Optimalizace plánů hnojení: výsledky dlouhodobých pokusů v různých půdně-klimatických podmínkách ČR

22. 11. 2023 Ing. Lukáš Hlisnikovský, Ph.D., Ing. Eva Kunzová, CSc., Ing. Ladislav Menšík, Ph.D.; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha-Ruzyně Hnojení Zobrazeno 1075x

Pšenice ozimá je v Evropské unii i v České republice nejrozšířenější a nejdůležitější obilninou. U nás se pěstuje přibližně na 32 % osevní plochy a tvoří přibližně 57 % všech pěstovaných obilnin. Kvalita sklizeného zrna i výnosy jsou ovlivněny širokou škálou faktorů. Patří mezi ně např. předplodina v osevním postupu, odrůda pšenice nebo technologie obdělávání půdy. Dva nejvýznamnější faktory pak představují půdně-klimatické podmínky (půdní typ, podmínky počasí v konkrétních měsících) a forma hnojení (typ hnojiva a dávka).

Výživa plodin a optimalizace hnojení

Předpokladem dosažení vysokých výnosů a kvality pšeničného zrna je plnohodnotná výživa pěstovaných plodin. Tím se rozumí zabezpečení přístupu dostatečného množství pro rostlinu důležitých živin. V případě pšenice to jsou především dusík (N), fosfor (P) a draslík (K). Důležitou úlohu ve vývoji pšenice ale hrají i další prvky, jako je vápník (Ca), hořčík (Mg) a prvky spadající do skupiny tzv. mikroživin (např. síra, mangan, bór aj.). Ze všech těchto živin má prioritní postavení N. Objevení významu N pro rostliny se datuje do 18. století. V průběhu 19. století se aplikace N řešila pomocí statkových hnojiv, osevních postupů a zapravováním posklizňových zbytků zpět do půdy. Všude, kde to bylo možné a žádoucí, se aplikovala malá množství N hnojiv.

Ke konci 19. století a na počátku 20. století již zájem o N hnojiva narůstal, především se jednalo o chilský ledek. Se zájmem o N hnojiva se lidé snažili nalézt způsob, jak je vyrobit synteticky, čímž by se omezila závislost na chilském ledku a podpořila se rostlinná produkce. První krůčky představovaly pokusy probíhající na přelomu 19. a 20. století v Německu a Norsku. Nicméně tenkrát navržené technologie byly finančně i technologicky náročné.

Opravdový průlom byl zaznamenán až o několik let později v Německu, kde kooperace pana Habery a týmu ze společnosti BASF vedla k otevření první továrny na produkci amoniaku, který se vyráběl pomocí tzv. Haberovy-Boshovy syntézy. Tato syntéza nalezla uplatnění především ve vojenském průmyslu a v rostlinné produkci se uchytila až po ukončení 2. světové války. Díky tomuto procesu, a díky pokroku v oblasti genetiky (úspěšná implementace Rht genů vycházející z japonské školy pěstování obilnin, především z odrůdy Norin), se mohla rozběhnout tzv. Zelená revoluce, která stála u zrodu nevídaného nárůstu výnosů obilnin po celém světě. V průběhu druhé poloviny století postupně rostlo množství aplikovaných N hnojiv po celém světě, v Číně, USA, Evropě i v České republice (tehdejším Československu).

Výživa minerálním N je jedním z nejvýznamnějších faktorů pěstování pšenice v konvenčním zemědělství. Kromě svých pozitivních vlastností je ale aplikace minerálních N hnojiv posuzována i negativně. Neuvážená aplikace těchto hnojiv (příliš vysoké dávky) je neekonomická, neefektivní a zároveň snižuje kvalitu životního prostředí. Nadměrně vysoké dávky rovněž negativně působí na výnosy a kvalitu pěstovaných plodin. V případě ječmene s rostoucí dávkou N hnojiv klesají kvalitativní parametry důležité pro pivovarnický průmysl, neboť ječmen, pokud může, pokračuje v příjmu N a zvyšuje obsah proteinů v zrně. U cukrové řepy vede nadbytečné množství minerálního N k nerovnovážnému rozdělení asimilátů, snížení obsahu cukru a zvýšení obsahu nečistot, což snižuje množství extrahovaného cukru. Příliš nízké dávky hnojiv pak na druhou stranu vedou k nízkým výnosům i kvalitě pěstovaných plodin. Z těchto důvodů je nutné dávky N hnojiv optimalizovat.

Optimalizace N hnojiv je vždy místně specifická. Znamená to, že doporučení pro jednu oblast s charakteristickými půdně-klimatickými podmínkami je odlišné od jiné oblasti, která má své vlastní charakteristiky. Při optimalizaci hnojení se vychází z výživářských pokusů, ve kterých se aplikují rozdílné, stupňované dávky minerálních hnojiv. Pro hodnocení takovýchto pokusů se využívají různé statistické analýzy a metody, jednou z nich je kvadratický model. Ten umožňuje stanovit maximální průměrný výnos, který je spjat s konkrétní dávkou minerálního hnojiva. Je obzvláště vhodný pro obilniny, neboť ty mají většinou charakteristický průběh kvadratické funkce - odezvu na rostoucí dávky minerálního N. S rostoucí dávkou N zpočátku výnosy obilnin rostou. Po dosažení lokálního maxima funkce ale začnou výnosy s rostoucími dávkami minerálního N klesat z důvodu polehání. Právě implementace Rht genů do amerických linií pšenice vedla k tomu, že se ve světě začaly v průběhu Zelené revoluce pěstovat pšenice s nízkým stéblem, které polehání odolávaly lépe a byly schopné efektivněji využívat minerální dusík.

Nevýhodou tohoto modelu je fakt, že maximální průměrný výnos může být spojen se zbytečně velikou dávkou N. Jinými slovy, statisticky porovnatelného výnosu zrna může být dosaženo s nižšími dávkami N. Tuto problematiku řeší aplikace jiných neparametrických modelů, jako jsou linear-plateau, quadratic-plateau nebo lineárně-exponencionální modely. Ty dokážou stanovit tzv. bod ohybu, od kterého pak nejsou výnosy příliš rozdílné. Tak jako může být kvadratický model považován za model doporučující zbytečně vysokou dávku, mohou být ostatní výše zmíněné nelineární modely považovány za zbytečně konzervativní. Proto je doporučováno na základě zhodnocení konkrétních výnosů a dávek určit jako optimální dávku kompromis mezi kvadratickým a ostatními nelineárními modely.

Pro účely tohoto článku jsme hodnotili výnosy zrna pšenice ozimé (odrůda Julie), která byla pěstována v letech 2015–2018 na třech pokusných lokalitách s různými půdně-klimatickými podmínkami. Celkem jsme hodnotili pět variant hnojení se stupňovanými dávkami dusíku (Kontrola, PK, NPK1, NPK2 a NPK3 s dávkami minerálního dusíku 40, 80 a 120 kg/ha). Předplodinou pšenici byla v osevním sledu řepka ozimá.

Statistická analýza dat

Výnosy jednotlivých variant hnojení i celkové průměrné výnosy ve sledovaných ročnících byly analyzovány pro zjištění normality (Shapiro-Wilk test a Anderson-Darling test). Podle výsledku normality pak byly pro porovnání vlivu hnojení a ročníku na výnosy zvoleny Kruskal-Wallis ANOVA, následována Dunn’s a Conover-Iman testem. Pro analýzu reakce pšenice ozimé na stupňované dávky dusíku byly zvoleny kvadratický model a linear-plateau model. Veškeré analýzy byly provedeny v programech XLStat a SigmaPlot 14.5.

Charakteristika pokusných lokalit

Základní charakteristika pokusných lokalit (Čáslav, Ivanovice, Lukavec) je zobrazena v tabulce 1.

Tab. 1: Charakteristika lokalit dlouhodobých pokusů VOP

Výnosy pšenice ozimé

Výsledky výnosů zrna pšenice ozimé z jednotlivých pokusných lokalit a let jsou zobrazeny v tabulce 2.

Průběhy reakcí pšenice ozimé na rostoucí dávky N (výsledky kvadratických a linear-plateau modelů) jsou znázorněny v grafu 1.

Všechny tři lokality, na kterých probíhají dlouhodobé pokusy, jsou charakteristické odlišnou reakcí pšenice na analyzované varianty hnojení (tab. 2). Tyto odlišné reakce se odvíjejí od rozdílných půdně-klimatických podmínek. V Čáslavi i v Ivanovicích můžeme vidět, že kvadratická funkce má průběh charakteristický pro obiloviny (s rostoucí dávkou minerálního N výnosy rostou a po dosažení lokálního maxima započnou klesat, grafy 1 a 2).

Na základě analýzy dat byly výsledky kvadratického modelu pro lokalitu Čáslav Q_max = 68 kg/ha N, čemuž odpovídal průměrný maximální výnos 7,9 t/ha. Výsledek LP modelu pak byla dávka 36 kg/ha N, odpovídající průměrnému výnosu 7,2 t/ha. Po zprůměrování výsledků obou modelů (viz výše) se jako rozumná dávka minerálního N pro lokalitu Čáslav jeví množství 52 kg/ha N, odpovídající průměrnému výnosu 7,6 t/ha.

V případě Ivanovic je výsledek kvadratického modelu Q_max = 95 kg/ha N, odpovídající průměrnému maximálnímu výnosu 8,2 t/ha. Podle LP modelu pak jako rozumná dávka vychází množství 52 kg/ha N, odpovídající průměrnému výnosu 8,0 t/ha. Rozdíl mezi výsledky obou modelů je zanedbatelný (0,2 t/ha), proto můžeme vynechat průměrování a jako doporučení pro danou lokalitu vycházet z výsledku LP modelu. Obě dvě lokality ve výsledku počítají s obdobnými dávkami minerálního N (52 kg/ha), nicméně výsledný výnos je v Čáslavi nižší (0,4 t/ha).

Tento rozdíl vychází z faktu, že obě dvě lokality si jsou velice podobné jak podnebními, tak i půdními podmínkami. Mírné rozdíly nalezneme v půdě, kdy v Ivanovicích se hospodaří na černozemi, zatímco v Čáslavi na degradované černozemi, která je méně úrodná. Slovo „degradovaná“ nesmí být chápáno ve slova smyslu „poškozená“ (např. nevhodným způsobem obhospodařování či nehodou), nýbrž vychází z rozdílných půdně-formačních procesů v daleké historii.

Zcela odlišná reakce pšenice na rostoucí dávky minerálního N byla zaznamenána v Lukavci (tab. 2). Zde můžeme vidět, že s rostoucí dávkou minerálního N výnosy rostou a všechny hodnocené varianty hnojení se od sebe statisticky významně liší. Důvodem jsou půdně-klimatické podmínky, které v Lukavci nejsou pro pšenici optimální (nižší teploty, vyšší srážky). Půda je zde méně úrodná, a proto jakékoliv dodání dusíku pšenice velice dobře využije ke svému růstu a vývoji. S takovýmto výsledkem ANOVY je potřeba optimalizace (využití neparametrických modelů) zbytečná, neboť rozdíl mezi NPK2 a NPK3 je významný, a proto pro doporučení můžeme vycházet z této analýzy.

Nakonec se podívejme na variantu PK (bez minerálního N). Na všech třech lokalitách byl výnos zrna u této varianty vždy vyšší než u nehnojené Kontroly. V případě Čáslavi a Ivanovic to bylo v průměru 0,8 a 0,6 t/ha. Na obou těchto lokalitách však nebyly rozdíly statisticky průkazné (tab. 2). V Lukavci již rozdíl statisticky významný byl (+0,4 t ve prospěch PK varianty). Opět to poukazuje na méně úrodnou půdu v Lukavci, kdy pšenice ozimá velice dobře využívá živiny dodané v minerální formě. Naopak přirozeně úrodné půdy v Ivanovicích a Čáslavi nejsou pro pšenici z pohledu P a K limitující. Porovnáním variant Kontrola a PK s variantami hnojenými minerálním dusíkem (NPK1, NPK2, NPK3) můžeme vidět významnost aplikace minerálního N ke pšenici, obzvláště pak ve vyšších nadmořských výškách České republiky.

Graf 1: Reakce výnosu zrna pšenice ozimé na stupňované dávky minerálního dusíku v Čáslavi a Ivanovicích na Hané

Tab. 2: Průměrné výnosy zrna pšenice ozimé na pokusných lokalitách (t/ha, 2015–18)

Vznik článku byl podpořen Ministerstvem Zemědělství České republiky skrz projekty RO0423, QK21010124, QK21020155, QK22010251 a QK23020056.

Použitá literatura je u autorů článku.