Půdní vlastnosti a jejich význam ve výživě rostlin

Výživu rostlin neovlivňuje pouze množství živin obsažených v půdě, ale také schopnost půdy poskytovat tyto živiny během vegetace pěstovaným plodinám. Složení půdy podmiňuje řadu dalších půdních vlastností, které ovlivňují příjem živin kořeny rostlin. Jsou to: sorpční schopnost půdy, půdní reakce, pufrační schopnost půd, redukčně oxidační poměry v půdě, biologická aktivita půdy.

Sorpční schopnost půdy

Jde o schopnost půdy poutat (sorbovat) ionty nebo celé molekuly různých sloučenin z půdního roztoku do pevné fáze půdy. Takto poutané látky (živiny) jsou podle druhu a intenzity sorpce chráněny proti vyplavení, vytváří rezervoár lehce přijatelných živin pro rostliny umožňující postupný příjem živin během vegetace a podstatně omezují nežádoucí zvýšení koncentrace solí v půdním roztoku.

Půda vykazuje několik druhů sorpce živin. Rozlišujeme následující druhy sorpce živin v půdě:

  1. mechanická,
  2. fyzikální,
  3. chemická,
  4. fyzikálně chemická,
  5. biologická.

Mechanická sorpce

Mechanická sorpce se uskutečňuje mechanickým zadržováním disperzních částic nebo velkých agregátů koloidních částic a sražením v povrchových, zúžených nebo slepě končících pórech. Pro výživu rostlin má omezený význam.

Fyzikální sorpce (adsorpce)

Při fyzikální sorpci dochází k vyvázání iontů i celých molekul vlivem fyzikálních sil. Jsou-li molekuly určité látky půdního roztoku přitahovány k pevným částicím půdy většími fyzikálními silami nežli molekuly vody, jde o kladnou fyzikální sorpci. V opačném případě se jedná o zápornou fyzikální adsorpci, která vede k vyplavování živin do spodních vrstev a ke kontaminaci podpovrchových vod.

Chemická sorpce

Jedná se o schopnost půdy zadržovat některé živiny v důsledku chemických reakcí, při nichž vznikají ze sloučenin rozpustných ve vodě (iontů) sloučeniny ve vodě málo rozpustné nebo nerozpustné (sraženiny).

Např. kationty Ca2+ vytváří s anionty CO32- a SO42- ve druhém stupni disociace ve vodě málo rozpustný uhličitan vápenatý (15 mg CaCO3 se rozpouští v 1 l vody) a rozpustnější síran vápenatý (CaSO4 . 2H2O, 2,1 g na 1 litr vody), jehož rozpustnost se zvyšuje se stoupajícím obsahem vody v půdním prostředí.

Anionty kyseliny ortofosforečné mohou na neutrálních nebo alkalických půdách vytvářet s ionty Ca2+ tři druhy solí. První je ve vodě rozpustný dihydrogenfosforečnan vápenatý - Ca(H2PO4)2. Druhou je hydrogenfosforečnan vápenatý - CaHPO4, který je nerozpustný ve vodě, ale rozpustný již ve slabých kyselinách. Třetí solí je fosforečnan vápenatý - Ca3(PO4)2, resp. oktokalciumfosfát - Ca4H(PO4)3 . 2H2O, z nějž po letech vzniká pravděpodobně apatit - Ca5(PO4)3.OH, v němž je fosfor velmi pevně chemicky sorbován, zvláště po jeho přeměně z amorfní do krystalické formy.

K chemosorpci iontů kyseliny ortofosforečné s trojmocnými kationty Al3+ a Fe3+, za vzniku nerozpustných sraženin, dochází hlavně v kyselých půdách (např. Al(OH)2.H2PO4 apod.). Čerstvě vysrážené fosfáty zejména hlinité, jsou amorfní a fosfor v nich je pro rostliny podstatně přístupnější nežli z fosfátů starších, kde již došlo k vytvoření krystalové mřížky.

K chemosorpci, a tím i ke snížení přístupnosti pro rostliny dochází i u mikroelementů (B, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo) v souvislosti se změnami některých půdních vlastností, např. pH, obsahu organických látek, vlhkosti aj.

Z hlediska praktické výživy rostlin je důležité omezit chemosorpci, při níž vznikají těžce rozpustné sloučeniny, z nichž rostliny nemohou živiny přijmout vůbec nebo v nedostačujícím množství.

Fyzikálně chemická (výměnná) sorpce

Její podstatou jsou elektrostatické síly, resp. vzájemná neutralizace opačně nabitých částic. Na jedné straně jsou to koloidní částice minerálního i organického podílu pevné fáze půdy, na druhé straně je to půdní roztok obsahující ionty živin. Na rozhraní obou těchto fází vznikají povrchové náboje a v důsledku toho i různé adsorpční jevy. Výměna iontů mezi pevnou a kapalnou fází půdy je reverzibilní proces. Soubor všech půdních koloidů se běžně označuje jako výměnný sorpční komplex, který je tvořen půdními koloidy (do 0,001 mm).

  1. Výměnná sorpce kationtů

K výměnné sorpci kationtů dochází mezi půdním roztokem a jílovými minerály, resp. huminovými kyselinami.

Při výměně kationtů mezi půdním roztokem a sorpčním půdním komplexem dochází za určitých podmínek k rovnovážnému stavu. Změnou složení a koncentrace prvků v půdním roztoku (vlivem hnojení, závlahy, mineralizací organických hnojiv aj.) se rovnovážný stav narušuje. K obnovení rovnovážného stavu přecházejí kationty z půdního roztoku do sorpčního komplexu a opačně.

Výměna kationtů probíhá mezi jednovalentními a vícevalentními ionty. K výměně kationtů dochází o stejné valenci (K+ - NH4+, Ca2+ - Mg2+) nebo o různé valenci (Ca2+ - K+, Mg2+ - NH4+ aj.).

Jestliže výměna probíhá mezi kationty o stejné valenci, platí, že při dosažení rovnovážného stavu je vzájemný poměr adsorbovaných kationtů adekvátní jejich vzájemnému poměru v půdním roztoku. Pokud dochází k výměně mezi kationty o různé valenci, jsou vztahy složitější.

Platí také zásada, že intenzívněji jsou adsorbovány ionty o vyšší valenci. Intenzita adsorpce kationtů o stejné valenci závisí na jejich hydratačním obalu. Hydratační obal je tím větší, čím menší je velikost iontů.

Velikost hydratovaných kationtů v půdě

Ionty s malým poloměrem přitahují velké množství dipólů vody a mají tedy větší obal než ionty s velkými poloměry. Proto hydratované ionty stejného mocenství jsou slaběji adsorbovány (tzv. lyotropní řada):

Li+ < Na+ < K+ ≤ NH4+ ; Mg2+ < Ca2+ ; Al3+ < Fe3+

Hydratovanější ionty jsou lépe z výměnného sorpčního komplexu vytěsněny, poněvadž jsou slaběji poutány. Výjimkou je H+, který s H2O tvoří H3O+ o poloměru 0,135, proto je H+ adsorbován silněji než většina jednomocných a dvojmocných kationtů.

Uvedené poznatky mají značný praktický význam. Při dostatku vláhy v půdě (jaro, podzim) půda intenzivněji adsorbuje dvojmocné kationty a adsorpce jednomocných kationtů se snižuje. Do půdního roztoku přechází K+, NH4+, Na+. Při vysychání půdy je tomu naopak.

  1. Nevýměnná sorpce kationtů (fixace)

Ionty některých živin (NH4+, K+) mohou být v půdě sorbovány pevněji než výměnnou sorpcí, tzv. fixací. Je to nevratná adsorpce kationtů některými složkami půdy. Fixaci podléhají ty ionty, které se vejdou (za sucha bez hydratačního obalu) do dutiny v krystalové mřížce vrstevnatých hlinitokřemičitanů a mezi tyto vrstvy. Průměr dutiny je 0,28 nm. Z kationtů to jsou to především K+, NH4+. Hydratace zvětšuje rozměr iontů, a proto při vysychání bývá fixace větší.

Z půdního roztoku jsou nejvíce fixovány NH4+ a K+ ionty. Schopností fixovat kationty se z jílových minerálů vyznačují hlavně illity, montmorillonity, vermiculit. Fixované kationty mohou být rostlinami využívány. Zvláště fixovaný NH4+ z hnojiv je opět během vegetace postupně rostlinami využíván (až do 75 – 80 %).

  1. Výměnná sorpce aniontů

V našich půdách probíhá v omezené míře. Je umožněna hlavně vznikem kladných nábojů na organických i minerálních koloidech v kyselém prostředí, kdy dochází k disociaci některých funkčních skupin (např. OH-) a vzniklý kladný náboj koloidu může být neutralizován záporným nábojem iontu z půdního roztoku (např. H2PO4-).

Rovněž některé amorfní gely a sraženiny v půdě vykazují určitou schopnost výměnné sorpce aniontů.

Vzhledem k relativně nízkému obsahu kladných nábojů v půdě je schopnost výměnné sorpce aniontů zvláště v neutrálních půdách malá a pohybuje se v rozpětí 1 – 5 %.

Biologická sorpce

Jde v podstatě o živiny poutané v živých i odumřelých tělech půdních mikroorganismů, jejichž hmotnost na 1 ha dosahuje 5 i více tun. V průběhu svého životního cyklu spotřebovávají půdní organismy značnou část rostlinných živin nacházejících se v půdě v přijatelném stavu, které kumulují v hmotě svých těl, a tím snižují obsah živin přijatelných rostlinami.

Živiny vázané biologickou sorpcí jsou do přijatelné formy uvolňovány teprve po odumření a úplné mineralizaci organické hmoty. Intenzita biologické sorpce, množství biologicky sorbovaných živin a intenzita mineralizace je závislá na celé řadě podmínek: obsah organických látek, poměr C:N, vlhkost, teplota, aerace aj. Nepříznivým projevem biologické sorpce živin v půdě může být tzv. dusíková deprese, ke které dochází při zaorávání organické hmoty s širokým poměrem C:N.

Biologická sorpce má význam při bilancování živin. Výrazně ovlivňuje zvláště dynamiku N v půdě. Průměrně asi 30 % N z hnojiv je zabudováno touto sorpcí. U hnojiv ledkových představuje biologická sorpce 10-20 % a z hnojiv amonných 20 - 40 % z dodaného dusíku.

Půdní reakce

Půdní reakce je dána přítomností a aktivitou vodíkových iontů, které se ve vodných roztocích spojují s molekulou vody a tvoří s ní anionty H3O+ (hydroxoniové nebo oxoniové ionty). V půdním roztoku rozpuštěné kyseliny a koloidní acidoidy uvolňují vodíkové ionty; rozpuštěné zásady a bazoidy se s nimi slučují.

K okyselení půdy dochází:

  1. v důsledku odstranění alkalických bází (Ca a Mg) z půdních substancí,
  2. nitrifikací,
  3. vlivem intenzívní biologické činnosti půdy (tvorba H2CO3),
  4. hnojením fyziologicky kyselými hnojivy (síran amonný, draselná sůl aj.),
  5. kyselými spady (HNO3 z emitovaných NOX).

K alkalické reakci půdy přispívá hlavně:

  1. vysoký obsah Na v prostředí,
  2. vysoký obsah CaCO3 (způsobuje vápenaté chlorózy),
  3. používání hnojiv s vyšším obsahem sodíku.

Vzhledem k tomu, že půda je třífázový systém, rozeznáváme u ní dvě základní formy půdní reakce:

  1. Půdní reakce aktivní (aktuální),
  2. Půdní reakce potenciální, která se dělí na:
    1. výměnnou,
    2. hydrolytickou.

Aktivní půdní reakce je dána koncentrací iontů H+ v půdním roztoku. Má bezprostřední vliv na příjem živin rostlinami. Stanovuje se ve výluhu půdy vodou.

Výměnná půdní reakce je způsobená adsorbovanými H+ a Al3+ (příp. Fe3+) ionty, které se vyměňují za bazické ionty roztokem neutrální soli KCl (CaCl2). Výměnné půdní reakce se využívá ke stanovení potřeby vápnění. Pro potřeby AZP se půdy rozdělují v závislosti na půdním druhu na silně kyselé, kyselé, slabě kyselé, neutrální a zásadité.

Hydrolytická půdní reakce. Extrakcí půdy roztokem neutrální soli (KCl) se všechny ionty H+ nepodaří z půdy vytěsnit. K vytěsnění pevněji vázaných H+ je proto používáno hydrolyticky alkalických solí octanu sodného nebo vápenatého. V některých zemích se hodnot hydrolytické kyselosti využívá ke stanovení potřeby vápnění půd a k maximální sorpční kapacitě půd.

Půdní reakce má bezprostřední vztah k příjmu živin. Závislost přístupnosti živin na reakci živného prostředí uvádí obrázek.

Vliv pH na příjem živin (Ivanič et al. 1984)

Jednotlivé druhy polních plodin mají také na reakci půdy rozdílné požadavky (viz tabulka).

Nároky vybraných plodin na půdní reakci (pH/KCl) (Baier, Baierová 1985)

Plodina

pH/KCl

 

Plodina

pH/KCl

žito ozimé

4,8 - 7,1

 

luční trávy

5,3 - 6,2

pšenice ozimá

6,0 - 7,2

 

srha, jílek vytr.

6,7 - 7,1

ječmen jarní

6,2 -7,5

 

salát

5,7 - 6,8

oves

4,7 - 7,3

 

mrkev

5,2 - 6,7

brambory

4,7 - 6,2

 

řepa červená

6,5 - 7,1

cukrovka

6,7 - 7,4

 

kapusta

6,4 - 7,0

kukuřice

5,5 - 6,8

 

zelí

7,0 - 8,4

hrách setý

5,7 - 7,0

 

cibule

6,8 - 8,5

bob obecný

6,0 - 6,6

 

okurky

5,7 - 7,5

řepka ozimá

6,0 - 7,5

 

rajčata

6,0 - 6,9

mák

6,3 - 7,2

 

peckoviny

6,2 - 8,0

slunečnice

5,7 - 6,2

 

jádroviny

6,0 - 8,0

jetel luční

5,4 - 6,7

 

bobuloviny

5,5 - 7,0

vojtěška

6,7 - 7,8

 

jahodník

4,5 - 6,5

Obecně můžeme shrnout, že polní plodiny bramborářského a horského výrobního typu i trvalé travní porosty vyžadují pH kyselejší, zatímco plodiny řepařského a kukuřičného výrobního typu spíše pH neutrální. Ze zelenin převládá pH neutrální až zásadité u košťálovin a plodových zelenin.

Půdní reakce má výrazný vliv na úrodnost půdy. V silně kyselých půdách se nedaří některým užitečným bakteriím (Rhizobia, Azotobacter chroococum, nitrifikační bakterie aj.). Naopak dochází ke vzniku příznivých podmínek pro rozvoj plísní, hub apod., které jsou pro úrodnost půdy méně vhodné. Mineralizační procesy jsou v kyselých podmínkách vesměs zpomaleny a syntetické procesy vedou ke tvorbě méně kvalitních humusových látek (fulvokyselin). Vysoká kyselost půdy nepříznivě ovlivňuje efektivnost využití některých hnojiv. V tomto prostředí je také aktivován hliník a řada těžkých kovů, jejichž přebytek rostlinám škodí a vede k jejich začlenění do potravního řetězce. Účinným opatřením k odstranění půdní kyselosti je pravidelné vápnění.

Zvýšená alkalita půdy způsobuje peptizaci půdních koloidů (tvorba škraloupu), omezuje příjem některých živin (bór, zinek, měď, železo a většiny těžkých kovů).

Půdní reakci mohou výrazně ovlivňovat minerální hnojiva, u kterých rozlišujeme:

  1. reakci aktuální způsobenou chemickým složením hnojiva a
  2. reakci fyziologickou odvozenou podle selektivního příjmu aniontů nebo kationtů kořeny rostlin.

Půdní reakci můžeme negativně ovlivnit jednostranným používáním fyziologicky kyselých hnojiv. Fyziologická reakce hnojiva je způsobena vlivem rostliny v závislosti na selektivním příjmu aniontu nebo kationtu kořeny rostlin. Jsou-li přednostně z hnojiva přijímány kationty, jedná se o hnojiva fyziologicky kyselá (síran amonný, draselná sůl, síran draselný aj.), při intenzívním příjmu aniontů působí použitá hnojiva fyziologicky zásaditě (ledek vápenatý, dusíkaté vápno, vápenec aj.) a pokud jsou přijímány stejným podílem anionty i kationty, jedná se o hnojiva fyziologicky neutrální.

Vápnění půd

Úpravu půdní reakce na optimální hodnotu pH provádíme vápněním. Pro stanovení dávky vápnění vycházíme z hodnoty výměnné půdní kyselosti (pH/KCl nebo pH/CaCl2) a zrnitostního složení půdy. Dále připočteme ztráty vápníku, způsobené jeho vymýváním z půdy, odběrem plodinami, působením fyziologicky kyselých minerálních hnojiv a vlivem kyselých deštů.

Roční normativy dávek vápnění podle výměnné půdní reakce a zrnitostního složení

Orná půda + ovocné sady

lehká půda

střední půda

těžká půda

pH

t CaO.ha-1

pH

t CaO.ha-1

pH

t CaO.ha-1

Do 4,5

1,20

do 4,5

1,50

do 4,5

1,70

4,6-5,0

0,80

4,6-5,0

1,00

4,6-5,0

1,25

5,1-5,5

0,60

5,1-5,5

0,70

5,1-5,5

0,85

5,6-6,0

0,30

5,6-6,0

0,40

5,6-6,0

0,50

6,1-6,5

0,20

6,1-6,5

0,25

6,6-6,7

0,20

Trvalé travní porosty

lehká půda

střední půda

těžká půda

pH

t CaO.ha-1

pH

t CaO.ha-1

pH

t CaO.ha-1

Do 4,5

0,60

do 4,5

0,70

do 4,5

0,90

4,6-5,0

0,30

4,6-5,0

0,50

4,6-5,0

0,70

5,1-5,6

0,25

5,1-5,6

0,35

5,6-6,0

0,20

V posledních 20 letech došlo k silnému poklesu ve spotřebě vápenatých hnojiv a zvyšuje se podíl kyselejších půd. Proto je třeba přednostně vápnit pozemky, které se nejvíce vzdalují od optimálního pH, a na nichž budou pěstovány plodiny dobře reagující na vápnění (vojtěška, cukrovka, řepka, hořčice, zelí, sója, kukuřice, ječmen, pšenice, jetel, bob, hrách, krmná kapusta). Vápnění představuje jedno ze základních opatření v péči o půdní úrodnost, protože

  1. upravuje půdní reakci,
  2. dosycuje sorpční komplex vápníkem a hořčíkem (zvláště u dolomitických vápenců),
  3. podporuje tvorbu kvalitních humusových látek,
  4. stimuluje biologickou činnost půdy,
  5. upravuje vodní režim půdy,
  6. zlepšuje obsah přístupných živin v půdě,
  7. ovlivňuje zdravotní stav půdy (ničí nebo omezuje choroboplodné houby a plísně).

Pufrační schopnost půd

Pufrovitost (ústojnost) půd je schopnost půd odolávat změnám pH díky přítomnosti ústojných systémů. Ústojné systémy sestávají ze slabé kyseliny a její hydrolyzované soli. Jako kyselá složka ústojných systémů se v půdě uplatňují zejména huminové kyseliny, kyselina uhličitá, fosforečná, křemičitá a koloidní hlinitokřemičitany. Na ústojné schopnosti humusových horizontů se nejvíce podílí bázemi adsorpčně nasycený humus a jílové minerály. Je-li sorpční komplex silně nasycen výměnnými bázemi, snadno odstraňuje vznikající kyselost výměnnou H+ za báze. Půdy těžší s vysokým obsahem jílů mají proto vysokou ústojnou schopnost.

Pufrační schopnost půd zvyšujeme vápněním a dodáváním organické hmoty. Půdy, které obsahují alespoň 0,3 % CaCO3 a 2 % humusu, vykazují většinou dobrou pufrovitost.

Biologická činnost půdy

Důležitou podmínkou úrodnosti každé půdy je vysoká intenzita její biologické činnosti, umožněná přítomností velkého počtu nejrůznějších mikroorganismů, hlavně bakterií, plísní, aktinomycet apod. Tyto mikroorganismy se zúčastňují metabolismu uhlíku, dusíku i síry, biologické sorpce živin, humifikačních a dalších procesů v půdě.

Svou životní činností produkují řadu fyziologicky aktivních látek, jako jsou vitaminy, antibiotika, auxiny aj. Jde vesměs o sloučeniny ovlivňující metabolismus rostlin, některé z nich jsou složkami enzymů, jiné zvyšují baktericidní vlastnosti buněčné šťávy. Často jsou považovány za látky podporující příjem živin rostlinami.

Optimální podmínky pro rozvoj zemědělsky významných mikroorganismů, a tím i pro intenzívní biologickou činnost půdy zajišťuje dostatek snadno rozložitelných organických látek, příznivá vlhkost půdy (cca 60 % max. kapilární vodní kapacity), teplota kolem 25 °C a půdní reakce a přístup vzduchu podle charakteru jednotlivých skupin mikroorganismů.

Podmínky pro složité přeměny v půdě, které zasahují také do dynamiky změn obsahu a forem živin v půdě a tedy i do výživy rostlin, nelze oddělovat od půdního edafonu, který zajišťuje v půdě funkce rozkladné a syntetické. Edafon dělíme podle velikosti na:

  1. mikroedafon (fytoedafon, prvoci, nematoda),
  2. mezoedafon (roupice, roztoči, chvostoskoci aj.),
  3. makroedafon (mnohonožky, larvy hmyzu, měkkýši aj.),
  4. megaedafon (žížaly, obratlovci).