Alternativní využití luskovin (1) - důvody a cíle

10. 03. 2017 Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D. a kol Technologie pěstování Zobrazeno 6247x

Půdní úrodnost je dlouhodobě diskutovanou otázkou. Obecně je vnímána jako schopnost půdy zajistit optimální podmínky pro vývoj rostlin po dobu jejich setrvání na stanovišti. Cílené působení člověka na zemědělskou půdu se samozřejmě projevuje změnou této schopnosti a vede ke vzniku tzv. umělé úrodnosti půdy. Z dlouhodobého hlediska se předpokládá, že umělá úrodnost vykazuje kvalitativně vyšší schopnost uspokojit dané nároky plodin ve srovnání s úrodností přirozenou.

Interakce mezi půdou a rostlinnými společenstvy, včetně společenstev mikroorganizmů, a působení abiotických faktorů prostředí je základem vývoje přirozené úrodnosti. Tedy schopnosti půdy poskytovat vhodné podmínky pro růst širokého spektra rostlin, které se projeví dosažením daného klimaxu. Umělou úrodnost lze na druhou stranu vnímat jako stav půdy, který je cíleně ovlivněn člověkem, za účelem vytvoření vhodných podmínek pro vývoj velice omezené skupiny plodin, většinou rostoucích jako prostorová a časová monokultura. Tím dochází na velké ploše půdy k výraznému pozměnění přirozených funkcí půdy.

V současné době se za zásadní faktory negativně ovlivňující půdní vlastnosti považují erozní procesy, úbytek organické hmoty, zhutnění, snížení obsahu některých prvků, špatný vláhový režim apod. Často bývají tyto procesy spojovány s absencí pěstování některých plodin, zejména luskovin.

Pozitivní vliv luskovin či jetelovin na půdu vychází především z jejich biologických vlastností. Obecně je vyzdvihována jejich schopnost vázat pomocí symbiózy s baktériemi vzdušný dusík, který následně přispívá ke zvýšení jeho obsahu v půdě. Vytvářejí biomasu s úzkým poměrem C:N, která je dobře degradovatelná mikroorganizmy a nevyvolává rizika imobilizace dusíku. Správně založené a nezaplevelené porosty vykazují vysokou pokryvnost půdy (obr. 1), která přispívá k tzv. stínové zralosti půdy. Vysoká pokryvnost půdy je také jedním z faktorů eliminujících erozní procesy. Za významnou se rovněž považuje osvojovací schopnost, zejména z hlediska příjmu fosforu. Všechny tyto schopnosti se následně promítají do zlepšení půdních vlastností a vedou ke snížení dodatkových vstupů při pěstování následných plodin. Z dlouhodobého pohledu však plochy luskovin pěstovaných pro produkci semen v České republice, ale i v evropských zemích klesají. Na druhou stranu se hledají alternativní možnosti jejich využití, zejména z důvodu jejich pozitivní funkce na celkovou stabilitu zemědělských systémů a půdu samotnou.

Obr. 1: Správně založené a nezaplevelené porosty luskovin se vyznačují vysokou pokryvností půdy; vlevo je porost hrachu setého odrůdy Eso (typ semi-leafless), uprostřed hrách setý Protecta (listový typ) a vpravo je porost ozimé pšenice (31. 5. 2016, lokalita Stupice)

Vliv luskovin na půdu

Podívejme se však na luskoviny z hlediska jejich vlivu na půdu podrobněji. Ve srovnání s většinou ostatních plodin se jejich biomasa vyznačuje úzkým poměrem mezi C:N a to po celou dobu vegetace. Obecně se uvádí, že poměr C:N se u nadzemní a podzemní biomasy kulturních luskovin dle stáří rostliny a druhu pohybuje v rozmezí 11 až 30 : 1. Tedy je většinou nižší nebo se blíží hodnotě optimálního poměru C:N pro rozklad biomasy mikroorganizmy, který činí asi 24:1. Tento poměr totiž zajišťuje požadované pokrytí energetické i růstové potřeby mikroorganizmů. Jeli tento poměr vyšší, spotřebovávají mikroorganizmy N z jiných zdrojů, což může být spojeno s jeho dočasnou imobilizací v jejich tělech. Širší poměr mezi C a N zvyšuje riziko vzniku dusíkové deprese, ale je spojen i s pomalejším rozkladem organické hmoty. Výrazně nižší hodnoty poměru C:N byly samozřejmě prokázány i u planých druhů luskovin ve srovnání s planými travami. V závislosti na růstové fázi se poměr C:N u listů pohyboval v rozmezí 13–17 : 1, u lodyh v rozmezí 20–28 : 1 a u kořenů 16–28 : 1. U trav byly tyto hodnoty výrazně vyšší. Obecně lze luskoviny považovat za urychlovače rozkladných procesů, protože nízkým poměrem C:N vlastně snižují celkový poměr mezi C:N u rozkládající se biomasy obsažené v půdě. Nejedná se zde jen o přirozené ekosystémy, ale i o ornou půdu. Pěstování luskovino-obilních směsek nevychází pouze ze zajištění mechanické opory proti poléhání luskovin, ze zvýšení konkurenceschopnosti porostů vůči plevelům či určitého pozitivního ovlivnění se rostlin, ale je výhodné i z důvodu rychlého a efektivního rozkladu posklizňových zbytků. Kombinace rostlinných zbytků luskovin s úzkým poměrem a obilnin se širším přispívá ke snížení celkového poměru C a N v půdě.

Kromě možnosti fixace vzdušného dusíku a jeho ukládání do biomasy se o luskovinách rovněž hovoří jako o zdroji „organického“ fosforu. Tento předpoklad vychází z jejich schopnosti získávat P z méně přístupných forem. Na základě literárních údajů se poměr C:P v rostlinných zbytcích kulturních luskovin může nacházet v rozmezí 60–640 : 1. U planých druhů vykazují rovněž luskoviny užší poměr mezi C a P než trávy.

Kromě samotné kvality biomasy je u luskovin popisována i pozitivní funkce kořenového systému na půdu. Kořenový systém se vyznačuje tvorbou kůlového kořene, jehož délka se mezi druhy liší. Krátký kůlový kořen je typický pro hrachy (obr. 2). Jeho délka se uvádí v rozpětí 0,2 až 0,25 m a do větších hloubek následně pronikají rozvětvené postranní kořeny. Zásadní roli na prokořenění půdy u luskovin tedy mají postranní kořeny. Intenzita prokořenění jednotlivých vrstev rovněž záleží na tvaru kořenového systému vycházejícího z jejich prostorového rozmístění v půdě. U luskovin se setkáme s válcovým a kuželovým tvarem. Některé druhy mohou v závislosti na půdních podmínkách vytvářet obě formy. Na začátku vývoje luskoviny vykazují rychlou tvorbu kořenového systému (obr. 3).

Kulturní luskoviny se vyznačují nejen rozdílnou hloubkou prokořenění půdy do hloubky, ale také prokořeněním půdy směrem od středu rostliny do stran (tab. 1). Samotné prostorové uspořádání kořenového systému však nedává informace o množství vytvořené hmoty kořenů. Z hlediska možného širokého rozložení kořenů, ale i hloubky prokořenění, v polních podmínkách a z důvodu snadného mechanického poškození kořenů je však kvantifikace kořenové hmoty u jetelovin v pozdějších fázích růstu standardními metodami problematická. Obtížné je z půdy vyjmout samotný kůlový kořen, který v místě kořenového krčku dosahuje i v pozdějších fázích růstu jen několik milimetrů. Přesnější údaje o produkci kořenové hmoty jetelovin stanovené v polních podmínkách jsou proto méně dostupné.

Tab. 1: Hodnoty hloubky prokořenění, šířky prokořenění půdního profilu a tvaru kořenového systému u vybraných luskovin stanovené v evropských podmínkách (ze zahraniční literatury)

Obr. 2: Rozložení kořenového systému hrachu setého v orničním profilu; obrázek znázorňuje umístění kůlového kořene a primárních bočních kořenů dne 1. 6. 2016 (lokalita Česká Skalice)

Obr. 3: Srovnání kořenového systému hrachu rolního (Arkta) a hořčice bílé (Andromeda) 27. 4. 2016; výsev byl proveden 27. 3. 2016 (lokalita Červený Újezd)

Charakteristika luskovin

Znalost celkové produkce nadzemní a podzemní biomasy luskovin, či jejich směsí s ostatními plodinami, v jednotlivých růstových fázích je základním parametrem pro efektivní rozvoj alternativních způsobů jejich využití. Cílem alternativních systémů využití luskovin je především zajištění produkce nadzemní a podzemní biomasy za účelem stabilizace toků energie a hmoty v zemědělských systémech, optimalizace koloběhu živin v půdě vedoucí ke snížení jejich vstupů v podobě minerálních hnojiv, podpora struktury půdy, eliminace eroze, tvorba živého či mrtvého mulče, snížení monotónnosti osevních sledů a podobně. Opomenout nelze ani možnosti uplatnění luskovin v rámci „greeningu“ či standardů DZES. Výše uvedené alternativní možnosti využití se však výrazně liší daným pěstitelským cílem.

Zcela odlišné požadavky na pěstební systémy jsou při využití luskovin pro tvorbu biomasy určené k zapravení do půdy, pro tvorbu mulče s požadovanou mírou pokrytí půdy a stabilitou v čase, pro využití jako podsevových „pomocných“ plodin, komponentů směsek na produkci biomasy apod.

Z důvodu dosažení daného cíle je však potřebné znát základní biologické parametry plodin, zejména dynamiku tvorby nadzemní a podzemní biomasy a změny v její kvalitě. Především odrůdy hrachu se vyznačují značnou variabilitou. Zde se jedná již o samotné rozdíly v habitu rostlin hrachu setého a rolního. Dynamika růstu může být při jarních výsevech ovlivněna i ozimou či jarní formou. V neposlední řadě je uplatnitelnost rostlin, spíše odrůdy, určována jejich typem z hlediska habitu - listové až úponkové typy. I při mimoprodukčním využití hraje důležitou roli odolnost proti polehání, např. z důvodu mechanického umrtvení porostu (mulčování, použití řezných válců a další), možnosti zapravení do půdy apod.

Opomenout nelze ani biometrické parametry rostlin. Zásadní je třeba poměr listů a lodyh (či větví) na rostlině. Listové typy se jednoznačně vyznačují vyšším hmotnostním podílem listů na rostlině. Větší olistění je spojeno z nárůstem pokryvnosti půdy, samozřejmě ve vztahu k vývojové fázi rostlin, ale také může přispívat ke zvýšení rizika polehání. Na druhou stranu se biomasa listů vyznačuje užším poměrem C:N ve srovnání s lodyhou či větvemi. To znamená, že při zapravení do půdy budou listy podporovat efektivnější rozklad celkové biomasy v půdě. Zůstane-li však biomasa na povrchu půdy jako mulč, bude stabilita mrtvého mulče výrazně nižší, protože listu budou degradovány dříve. Při produkci biomasy nelze opomenout ani tvorbu lusků. Zelené lusky s nezralými semeny mají výrazný podíl na produkci nadzemní biomasy. Termín ukončení vývoje porostů z hlediska dosažení vysoké produkce nadzemní biomasy by měl být proveden v době, kdy lusky začínají dosahovat své plné velikosti, ale rostlina ještě neukončuje funkci listů, přibližně ve fázi BBCH 75.

Mnohdy opomíjenou skutečností je kompenzační schopnost luskovin z hlediska produkce nadzemní biomasy v závislosti na struktuře porostu. Zde se jedná o dosažení vysoké produkce biomasy i při nižším počtu rostlin na jednotku plochy. U hrachů, ale i u sóji, je pokles počtu jedinců většinou spojen s vyšší tvorbou větví, které následně zajistí produkci biomasy (obr. 4). Tato skutečnost je důležitá zejména z důvodu možného snížení výsevků, které přispěje nejen k úsporám na osivu, ale také sníží náročnost logistiky při setí. Nižší výsevek zvýší plošnou výkonnost v důsledku poklesu počtu doplnění zásobníku osiva.

Nesmíme však zapomenout ani na parametry osiva. Jednotlivé druhy a odrůdy vykazují rozdílnost v hodnotách hmotnosti tisíce semen (HTS). Z tohoto důvodu lze u hrachů a pelušek z hlediska alternativního využití považovat za výhodnější odrůdy vyznačující se nižší hmotností a velikostí semen. Menší semena jsou lépe využitelná pro směsi s jinými plodinami a snižují rizika segmentace komponentů. U menších semen je lépe dodržena hloubka setí, zejména je-li osivo vyséváno do méně kvalitně zpracované půdy. Velikost a nižší HTS opět zvýší výkon při setí z důvodu většího množství semen v zásobníku osiva.

Zajímavou otázkou jsou i vícedruhové nebo víceodrůdové směsi luskovin, které se vyznačují vyšší plasticitou z hlediska adaptability vůči povětrnostním podmínkám, omezením polehání porostů, zvýšením konkurence vůči plevelům a podobně (obr. 5).

Obr. 4: Vliv hustoty porostu na habitus rostlin hrachu setého, odrůda Protecta (2016)

Obr. 5: Porost směsi hrachu setého (odrůda Eso) a hrachu rolního (Arkta) založený na jaře 2016 vykazoval dobrou odolnost vůči polehání

Alternativní využití luskovin

Možnosti alternativního uplatnění luskovin v sobě zahrnují jak již dlouhodoběji využívané postupy, tak se začínají ověřovat způsoby nové.

Mezi dlouhodoběji využívané způsoby patří jednoznačně uplatnění luskovin jako strniskových meziplodin (vymrzajících i nevymrzajících) a použití jako luskovino-obilné směsky pro produkci nadzemní biomasy zakládané na podzim nebo na jaře. Zejména ozimé luskovino-obilné směsky se vyznačují vysokou produkcí biomasy a dobrou konkurenceschopností vůči plevelům. Na základě našich dřívějších pokusů dosahovala celková produkce suché nadzemní biomasy ozimých luskovino-obilních směsek na konci května až 12 t/ha. Jejich pěstování je dlouhodobá pozornost věnována především v Rakousku, ale také v Německu. Jednoznačné uplatnění nacházejí luskovino-obilné směsky pro produkci biomasy, ale i semene, v systémech ekologického zemědělství. Jako strniskové či letní meziplodiny je využívána většina kulturních luskovin. Dominantní postavení má jejich zařazení do vícedruhových směsí.

Pro zakládání druhově pestrých směsí meziplodin a podobných vegetačních pokryvů půdy obsahujících velkosemenné luskoviny za účelem podpory mimoprodukčních funkcí zemědělství jsou využívány secí stroje nebo kypřiče osazené výsevními ústrojími, které provádějí řádkový výsev druhů s větší velikostí osiva a pro výsev drobnosemenných druhů jsou využívány systémy pneumatického transportu osiva s následným rozptýlením pomocí nárazové destičky. Při zakládání luskovinoobilních směsí jsou využívány secí stroje, které provádějí výsev luskoviny a obilniny do samostatných řádků odděleně. Následně vzniká porost se střídavými řádky obilniny a luskoviny.

Novější záležitostí, která otevírá možnosti pro alternativní využití luskovin, jsou podmínky stanovené NV 50/2015 Sb. Zde se jedná zejména o paragraf 18 - Plocha s plodinami, které vážou dusík. Při využití luskovin pro mimoprodukční využití v souladu s výše uvedeným nařízením je potřebné z hlediska ekonomiky pěstování, konkurenceschopnosti porostů proti plevelům a z důvodu zajištění dostatečné produkce nadzemní biomasy spíše volit směsi luskovin a jiných druhů při zachování požadovaného minimálního zastoupení plodin vázajících dusík.

V posledních letech se intenzivně ověřují pěstební systémy využívající luskoviny jako tzv. pomocné rostliny. Luskoviny jsou zde využívány jako plodiny, které zejména po odumření či jejich umělém umrtvení slouží jako zdroj dusíku. Mezi tyto systémy patří přísevy vymrzajících luskovin do ozimých plodin, např. do řepky (obr. 7). Využitelnost se však v určitých oblastech s vhodným průběhem zimy a při dané struktuře porostu hlavní plodiny nabízí i v ozimých obilninách. Po vymrznutí nebo po chemickém umrtvení na jaře, slouží podzemní a nadzemní biomasa luskovin jako zdroj živin pro hlavní plodinu. Z hlediska částečného zajištění N a P se zejména v Německu ověřují podsevy luskovin do kukuřice, které mají plnit případně i protierozní funkci. Dalším důvodem je využití synergického vlivu rostlin, v tomto případě fazolu a kukuřice. Druhou alternativou je založení porostů ozimých luskovin na podzim, do kterých je na jaře proveden výsev kukuřice. V těchto systémech mají luskoviny zajistit několik funkcí. Přítomnost luskovin od podzimu zajistí dostatečnou produkci podzemní a nadzemní biomasy do výsevu kukuřice. Porosty luskovin lze před či při výsevu kukuřice umrtvit mechanicky nebo chemicky. Mechanické umrtvení porostu spočívá v zalomení lodyh či jejich přeříznutí pomocí řezných válců. Na rozdíl od trav, vykazují luskoviny malou schopnost regenerace po zalomení či přeříznutí lodyhy nebo větve. Po zasetí poskytuje rozkládající se biomasa živiny, především dusík v době, kdy ho kukuřice výrazně potřebuje. Mulč vytvořený luskovinou snižuje po zasetí erozní rizika a eliminuje i neproduktivní výpar vody z půdy. U dobře narostlých a zapojených porostů luskovin jsou na počátku vegetace mulčem dobře regulovány i jednoleté plevelné druhy.

Alternativní využití luskovin je spojeno s výrazným pozitivním vlivem na půdu a stabilitu zemědělských systémů. Jednoznačným problémem je nalezení ekonomicky efektivních způsobů jejich uplatnění. Jednou z možností je právě dokonalá znalost růstového potenciálu jednotlivých druhů a hledání jejich kombinovatelnosti s dalšími plodinami, které mohou náklady na založení alternativních porostů luskovin snížit. Na druhou stranu je potřebné specifikovat a kvantifikovat jejich přínosy v rámci celého pěstebního systému podniku vůči následným či hlavním plodinám, zejména ve vztahu ke snížení spotřeby energetických a ekonomických vstupů.

Obr. 6: Ozimé luskovinoobilné směsky vykazují dobrou konkurenceschopnost vůči plevelům - směs hrachu rolního - odrůda Arkta a tritikale - Ticino (3. 5. 2007)

Obr. 7: Porost ozimé řepky s přísevem vikví před nástupem zimy

Práce vznikla v rámci projektu NAZV - QJ1530181. Autoři děkují za finanční a technickou podporu firmě Selgen, a.s.

Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D., Ing. Petr Zábranský, Ph.D. , Ing. Michaela Škeříková, Jiří Vailich, Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D., Ing. Pavel Procházka, Ph.D.; Česká zemědělská univerzita v Praze

Ing. Jiří Kunte; Selgen, a.s.

all photos © V. Brant

Alternativní využití luskovin (1) - důvody a cíle