Chemia rolna

Prof. Witold Grzebisz

Wykład 1

Miejsce nawożenia we współczesnym rolnictwie

Czynniki wzrostu i planowanie roślin uprawnych

Treści wykładu => zagadnienia

1. Plon- eko-fizjologiczna koncepcja definicji

2. Czynniki plonotwórcze – charakterystyka ekologiczno produkcyjna

3. Skutki nieefektywnego gospodarowania środkami produkcji

4. Ograniczenia zasobów środków produkcji

5. Redefinicja celów produkcji rolniczej

6. Przyczynę niskich plonów w Polsce

Plon- Eko-fizjologoiczna koncepcja definicji

Część I

Plon- definicja operacyjna

Plon jest częścią rośliny uprawnej, którą człowiek może:

• Skonsumować

• Przeznaczyć na pasze dla inwentarza żywego

• Użyć jako włókno

• Przetworzyć w energie

• Przeznaczyć na przetwórstwo przemysłowe

1. Żywność ziarno:

• Mąka

• Olej

1. Pasze

• Ziarno

• Całe kolby

• Całe rośliny

1. Skrobie

• Przemysł

• Energetyka

Plon – czynniki plonotwórcze

Plon= G+Ś+G•Ś +A

P=F+A

G- genotyp

Ś-środowisko wzrostu rośliny

1. Czynniki agrotechniczne (około 1/3)

F- odmiana – fenotypowość

Ekofizjologiczna klasyfikacja czynników plonotwórczych

1. Czynniki definiujące plon:

   1. Roślina:

      1. Fizjologia fenotypu

      2. Odmiana

      3. Agrotechnika- architektura łanu

   2. Światło

   3. CO₂

   4. Temperatura

2. Czynniki ograniczające plon

   1. Woda

   2. Gleba:

      1. Odczyn

      2. Azot

      3. Pozostałe składniki pokarmowe głównie fosfor

3. Czynniki redukujące plon

   1. Zachwaszczenie

   2. Choroby i szkodniki

   3. Zanieczyszczenie środowiska

Kategorie plonów na przykładzie pszenicy ozimej

t/ha	4	6 8	…16

Absolutny potencjał plonowania

Hodowlany potencjał plonowania PP ^{absolutna rezerwa plonowania RP1}

Maksymalny plon rzeczywisty MPR ^{rezerwy gospodarcze plonowania (woda) RP2}

Plon realny PR (3,81) ^{Rezerwa gospodarcza plonu RP3 (składniki)}

Sposoby kategoryzacji plonu

1. Absolutny potencjał plonowania

   1. Modele plonowania – promieniowanie

2. Potencjał plonowania gatunku (odmiany

   1. modele plonowania => biomasa; indeks plonowania

   2. bezpośredni pomiar plonów odmian

3. Maksymalny plon rzeczywisty (ograniczenie woda i azot

   1. Modele plonowania- woda

   2. Efektywność produkcyjna azotu

   3. Pomiar plonów produkcyjnych – plony rekordowe

4. Plon rzeczywisty

   1. Średnie plony w regionie

Hodowlany potencjał plonowania HPP

Potencjał plonowania= plon potencjalny

Potencjał plonowania rośliny uprawnej określa maksymalny plon użytkowy najlepszej jej odmiany, uzyskany w warunkach minimalizacji ujemnego działania czynników ograniczających i redukujących plon

Czynniki ograniczające plon rzepaku na dolnym Śląsku

t/ha Czynniki plonotwórcze HPP

inne
	Zasobność gleby
woda	odczyn
źyzność

Urodzajnośc produktywność

Wpływ czynników agrotechnicznych na plony roślin uprawnych w Polsce

czynniki	Udział w procentach %
Nawożenie	30-60
Odmiana rośliny	10-15
Zmianowanie	12-15
Ochrona roślin	25-33
Siew /sadzenie	10-15
Zbiór	5-8
Uprawa roli	3-8

Stres – definicja

Stan fizyczny rośliny, wywołany działaniem czynników środowiskowych, objawiający się zahamowaniem procesów wzrostu rozwoju i reprodukcji

Woda

światło Stres temperatura

składniki mineralne

Podatność rośliny na stres

1. Charakterystyka czynnika stresowego

Uciążliwość działania, siła, długość, skala ( powierzchnia rośliny poddana działaniu) termin ujawnienia działania

1. Charakterystyki roślin, podatność odniesione do

   1. Gatunku:

      1. Odmiana

      2. Architektura rośliny

      3. Architektura łanu

   2. Wrażliwość organów- budowa morfologiczna, faza rozwoju

Czynniki stresowe a wzrost i plony roślin uprawnych

Wzrost

100%

stres

Kategorie plonów osiągalne

Ograniczone wodą

Ograniczone składnikami pokarmowymi

T czas

Żyzność gleby

Żyzność gleby określa naturalny potencjał gleby do zaopatrywania roślin wyższych w wodę, powietrze i składniki pokarmowe

Urodzajność gleby jest cechą lub zespołem cech nadanym glebom naturalnym przez rolnika w następstwie przeprowadzanych zabiegów uprawnych.

Produktywność oznacza zdolność gleby do dostarczania uprawianej roślinie wody, powietrza i składników w ilości, formie chemicznej i proporcjach niezbędnych do realizacji jej potencjału genetycznego.

Rola wody w produkcji roślinnej

1. Substrat i produkt reakcji

2. Środowisko wzrostu roślin uprawnych

3. Czynnik stabilizujący temperaturę

4. Nośnik związków w roślinie

Woda=> wzrost roślin=> zahamowanie procesów

Susza (rolnicza) - okres, w którym wilgotność gleby jest niedostateczna do zaspokojenia potrzeb wodnych w poszczególnych fazach wzrostu i rozwoju roślin uprawnych

Odczyn

1. Naturalny czynnik środowiska wzrostu roślin uprawnych => decyduje o doborze roślin

2. Czynnik niezbędny do funkcjonowania roślin => decyduje o ruchliwości składnika mineralnego w glebie

3. Czynniki ograniczające wzrost i plonowanie roślin- definiuje strefy eksploracji gleby z wody i składników pokarmowych

25% lesistości 40% powinno być zalesionych w Polsce by zatrzymać więcej wody

Zasobność gleby w składnik pokarmowe

1. Czynniki kształtujące ilość składnika

   1. Faza mineralna gleby

   2. Zawartość próchnicy

   3. Agrotechnika

2. Czynniki kształtujące dostępność

   1. pH

   2. woda

   3. warunki wzrostu korzenia

      1. pH

      2. zagęszczenie gleby

      3. odżywienie azotem

Urodzajność- uprawa roli i stanowisko

Produktywność gleby- realizacja potencjału plonotwórczego uprawianych odmian

Hodowlane elementy wzrostu plonów w produkcji roślinnej

1. Zwiększenie odporności na stresy

2. Zwiększenie reakcji nowych odmian na wzrost ilości składników

Między nawożeniem azotem a poziomem ochrony roślin zachodzi współdziałanie, wyższy poziom ochrony więcej nawożenia azotem

Gleba optymalnie produktywna

1. Umożliwia głęboką penetrację systemu korzeniowego uprawianej rośliny

2. Zawiera dostateczna ilość wody i jest w stanie efektywnie zaopatrywać roślinę

3. Jest dobrze natleniona w stosunku do potrzeb rośliny

4. Gromadzi składniki mineralne w formach dostępnych, chroniąc je jednocześnie przed stratami

5. Efektywnie przekształca rezerwy składników mineralnych w formy dostępne dla roślin

6. Uwstecznia związki toksyczne dla organizmów żywych

Skutki nieefektywnego gospodarowania środkami produkcji

Zagrożenia dla środowiska

1. Degradacja gleby

   1. Erozja=> fizyczne niszczenie gleby=> próchnicy

   2. Spływ składników mineralnych głównie fosfor

   3. Wyjałowienie gleb=> ujemny bilans składników-debet

   4. Zakwaszenie gleb- naturalny proces

2. Efekt cieplarniany-> zmiany w składzie atmosfery

3. Eutrofizacja wód=> zmiany produktywności wód

4. Degradacja ekosystemów naturalnych

   1. Wzrost podatności na działanie czynników stresowych

   2. Utrata cennych gatunków

Azot, Żywność, Człowiek, Środowisko

Skutki

środowisko

Żywność

Zdrowie człowieka

Zużycie azotu kg/ha

Zasoby surowcowe

Aktualne wyzwania dla rolnictwa (cele produkcji)

1. Rosnąca populacja ludzka=> pokrycie potrzeb żywnościowych

2. Zmniejszająca się powierzchnia gleb na per capita=> wzrost produkcji z jednostki powierzchni

3. Zmiany struktury konsumpcji => zaspokajanie potrzeb jakościowych

4. Nowe „pola” zapotrzebowania na produkty rolne => dostarczanie surowców

5. Sukcesywny wzrost zapotrzebowania na nawozy sztuczne, przez co zasoby powoli się wyczerpują, głównym źródłem amoniak którego producentami na świecie są Rosja Arabia saudyjska i Wenezuela, podobnie P2O5 który jest wydobywany w Maroko którego hipotetyczne zasoby skończą się około 2100roku. Wzrost zużycia potasu przez kraje rozwijające się, cena soli potasowej na świecie w ciągu 2 lat podwoiła się

Redefinicja zadań i celów współczesnego rolnictwa

Rolnictwo zrównoważone jest systemem łączącym jednoczesne użytkowanie i zachowanie zasobów naturalnych w sposób satysfakcjonujący pokrycie potrzeb obecnych i przyszłych pokoleń. Raport ONZ 1987rok „Our common Future”

Podstawowe założenia rolnictwa zrównoważonego

1. Pokrycie potrzeb każdego człowieka w zakresie żywności i włókna

2. Poprawa bazy surowcowej rolnictwa- gaz i surowce do pr. nawozów

3. Efektywne wykorzystanie zasobów nieodnawialnych;

4. Kontrola biologicznych cyklów rozwoju roślin i zwierząt

5. Wzrost rentowności gospodarstw rolnych

6. Systematyczne podnoszenie standardu życia w gospodarstwie rolnym i poziomu życia całych społeczeństw.

Konkurencyjne zadania rolnictwa

żywność

pasza produkcja roślinna energetyka (paliwa)

przemysł

Cele produkcji

Celem produkcji roślinnej jest maksymalne ukierunkowanie wykorzystanie potencjału produkcyjnego uprawianej rośliny przy minimalnej presji na środowisko.

Zadania i cele szczegółowe

Budowa efektywnych systemów:

• Następstwa roślin; cel=> maksymalizacja potencjału plonotwórczego uprawianych Rosin

• Eksploracji gleby przez roślinę; cel=> uruchomienie składników pokarmowych zawartych w glebie w potencjalnej strefie jej ukorzenienia

• Nawożenie azotem: cel=> optymalizacja produktywności azotu z nawozów mineralnych

• Recykling składników pokarmowych: cele=>

  • Wzrost stopnia wykorzystania składników

Bezpieczeństwo żywnościowe

Bezpieczeństwo żywnościowe definiuje stan spraw publicznych, gwarantujących, każdemu człowiekowi w każdym momencie czasowym dostęp do żywności w ilości pokrywającym potrzeby żywieniowe.

Dlaczego plony roślin uprawianych w Polsce są niskie-

1. Niskie nawożenie

2. Zakwaszenie gleby

3. Wzrost kosztów środków produkcji

4. Uproszczenia uprawowe

5. Niedobór wody

Gleby brunatne są naturalnie bogate we frakcje ilaste czyli naturalnie bogate w potas. W Polsce 12% gleb brunatnych a w Czechach 45%.

Warunki naturalne powodują że gleby w Polsce są niskiej jakości plus mamy jeszcze w polsce deficyt opadów.

Przyczyny niskich plonów w Polsce

1. Naturalnie niska, często zdegradowana żyzność gleby

   1. Mało próchnicy

   2. Niska aktywność biologiczna gleby – ¾ w zmianowaniu to zboża

   3. Mało składników mineralnych

      1. K

      2. S

      3. Mg

2. Mała naturalnie, często zdegradowana pojemność wodna gleb uprawnych

   1. Mała zawartość koloidów (mineralnych i próchnica)- można podnieść zawartość koloidów przez podniesienie poziomu próchnicznego

   2. Wadliwa struktura gleb – brak próchnicy brak struktury

   3. Słaba infiltracja wody w okresie opadowym

3. Ograniczone możliwości pobierania przez rośliny wody z gleby

   1. Gleby kwaśne

   2. Duże zagęszczenie warstwy powierzchniowych, a także głębszych- skutek- słabo rozwinięty system korzeniowy uprawianych roślin

Wykład 2 6.10.2008

Składniki pokarmowe roślin uprawnych

Mineralne żywienie roślin- główne zagadnienia:

1. Definicja składnika pokarmowego

   1. Które pierwiastki traktuje się jako składniki pokarmowe

   2. Dlaczego właśnie te pierwiastki a nie inne

   3. Kryteria klasyfikacji

2. Dlaczego składniki mineralne są potrzebne roślinom uprawnym

3. Reakcja rośliny na niedobór lub nadmiar składników mineralnych

4. Diagnostyka stanu odżywienia roślin

5. Organy rośliny aktywne w procesie pobierania składników mineralnych :

   1. Liść

   2. Korzeń- główny organ pobierania składników pokarmowych z gleby: budowa: morfologia, anatomia; powierzchnia korzenia

6. Mechanizmy akumulacji składników mineralnych przez rośliny

   1. Strefa wyczerpania

   2. Transport przez błonę cytoplazmatyczną

7. Indukowane przez rośliny procesy pobierania składników pokarmowych

8. Funkcje składników mineralnych w roślinach

Żywienie roślin- główne fakty:

1. Rośliny lądowe pobierają składniki pokarmowe z prostych związków nieorganicznych

2. Wszystkie rośliny wykazują zapotrzebowanie na co najmniej 3+13+4 (5 a może więcej) pierwiastków, reszta jest w pewnym względzie zbędne

3. Trzy pierwiastki (C,H, O) traktowane są oddzielnie, to znaczy zajmuje się nimi biochemia

4. Każdy z 13 pierwiastków pełni w komórkach roślinnych specyficzne funkcje biochemiczne czy też biofizyczne

5. Niedobór każdego z pierwiastków niezbędnych do wypełnienia funkcji życiowych rośliny

   1. Zakłóca jej procesy metaboliczne

   2. Hamuje wzrost

   3. Zakłóca rozwój i reprodukcję

Żywienie roślin – główne wnioski

1. Skład chemiczny komórek roślinnych różni się zasadniczo, jakościowo i ilościowo od składu chemicznego gleby, czy też roztworu glebowego

2. Rośliny wytworzyły w trakcie ewolucji różne mechanizmy pobierania składników mineralnych z gleby

3. Szybkość pobierania składników przez roślinę podlega modyfikacji w następstwie działania czynników zewnętrznych- światło woda węgiel azot tlen

Pierwiastki – składnik pokarmowy u składnik mineralny

Potrzeby pokarmowe roślin

• Prawie wszy skit rośliny są autotrofami

• Rośliny do życia potrzebują

  • Energię

  • CO₂

  • Tlen

  • Wodę

  • Składniki mineralne

Potrzeby pierwotne roślin:

• Woda- pęcznienie

• Ciepło- hydroliza związków organicznych nasienia

• Tlen- oddychanie

Źródła składników pokarmowych

1. Atmosfera: energia , O₂, CO₂

2. Gleba: składniki mineralne, woda

!! Kryteria niezbędności pierwiastka dla organizmu żywego wg Arnona i Stouta (1939)

1. Organizm żywy nie może żyć (wzrost, rozwój) przy braku danego pierwiastka ( kryterium niezbędności)

2. Dany pierwiastek nie może być zastąpiony, całkowicie przez żaden inny pierwiastek (kryterium wyłączności, wyjątkowości) Mn częściowo zastępuje Mg, N częściowo zastępuje K. np. Fosforu i cynku nie da się zastąpić

3. Dany pierwiastek ma bezpośredni wpływ na organizm i jest włączony w jego metabolizm (kryterium funkcjonalności, specyficzności)

Składniki pokarmowe (SP) roślin

1. Biogeny C, H, O

2. Makroskładniki pierwszoplanowe N, P, K

3. Makroskładniki drugoplanowe Ca, Mg, S

4. Mikroskładniki Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl

5. Pierwiastki korzystne(stymulatory): Na, Ni, Si, Al., Co, V?, Ti?

Składniki pokarmowe to składniki mineralne z wyłączeniem biogenów

Zawartość składników w roślinie N- 1,5; K1,0; P 0,2; Ca 0,2

Kryteria działania korzystnego pierwiastka

1. Dodatnia reakcja organizmu na obecność:

   1. Wzrost

   2. Zdrowotność

2. Wzrasta aktywność co najmniej jednego enzymu

3. Wzrasta wykorzystanie innych pierwiastków Synergizm:

   1. Na=>N

   2. Co=>N

   3. Ni=> N (mocznik)

4. Zmniejszone toksyczne działanie innych pierwiastków (tzw. efekt antidotum )

Krytyka podziału ilościowego:

1. Paracelsus- od 1526 profesor uniwersytetu w Bazylei

2. Jeden z twórców jatrochemii- kierunek w nauce mówiącego o tym, że głównym zadaniem chemii jest odkrywanie nowych lekarstw

3. Główna teza- wszystko jest trujące tylko dawka warunkuje to od jakiego poziomu

Klasyfikacje funkcjonalne pierwiastków w organizmach żywych

1. Funkcje strukturalne: wchodzą w skład jednostek metabolicznych organizmu żywego ( białka, lipidy, węglowodany, kwasy nukleinowe) C, H, O| N, P, Si, S, Ca

2. Funkcje elektrolityczne- potencjał osmotyczny komórek metabolicznych K,Na,Ca,Mg,Cl

3. Funkcje enzymatyczne: aktywacja enzymów:

V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Se, F, I, Mg B

Pogrubione świat zwierząt

Podkreślone świat roślin

Formy chemiczne pierwiastków składników mineralnych

1. Przeważnie występują w formie jonowej (+/-)

   1. Kationy, cząstki naładowane dodatnio (Ca⁺⁺)

   2. Aniony- cząstki naładowane ujemnie (NO₃^-)

2. Cząstki obojętne elektrycznie

3. Cząstki obojętne elektrycznie- chylaty

Bor występuje w formie 0, -1, -2

Zapotrzebowanie roślin i zwierząt na składniki mineralne

1. Zbliżone: fosfor, siarka

2. Większe roślin: potas, bor, molibden

3. Większe zwierząt: sód, chlor, wapń, magnez

Skład chemiczny roślin- czynniki

1. Czynniki podstawowe:

   1. Ogólna natura gatunku

      1. Zboża (krzem, mało boru)

      2. Strączkowe (wapń, bor)

   2. Faza rozwoju rośliny; masa (efekt rozcieńczania)

   3. Współdziałanie między składnikami pokarmowymi

2. Czynniki modyfikujące

   1. Naturalne czynniki środowiska : klimat, gleba, woda

   2. Agrotechniczne czynniki wzrostu

      1. Wytworzona biomasa

      2. Wyprodukowany plon użytkowy

Metody oceny stanu odżywienia

1. Wizualna- optycznie widoczne symptomy niedoboru

2. Analiza chemiczna roślin- niedobory utajone

3. Analiza chemiczna gleby- niedobory potencjalne – np. brak magnezu fosforu i siarki

4. Analiza kompleksowa = pkt 2+3

5. Ocena działania potencjalnych czynników pozażywieniowych

Stany odżywienia rośliny

Niedobór- deficyt ( niedobór ostry , wyraźny)

Niedobór składnika mineralnego wywołuje

• Zahamowanie szybkości wzrostu rośliny

• Spadek plonu ekonomicznego

Objawy deficytu ujawnia się w kolejności:

• Liście

• Owoce

• Pędy

Formy ujawniania się niedoboru lub nadmiaru SM

1. Chlorozy:

   1. Żółknięcie tkanek roślinnych w następstwie ograniczonej syntezy chlorofilu

   2. Formy : chloroza całkowita, międzynaczyniowa

2. Nekrozy(stan pogłębionego niedoboru składnika):

   1. Obumieranie tkanek rośliny; głównie blaszki liściowej

   2. Formy: nekrozy brzegowe, punktowe, nieregularne

3. Przebarwienia

   1. Przyczyna: akumulacja antocyjanów

   2. Typy zabarwień: purpurowe, czerwonawe

Koncentracja składnika w roślinie

Wykład 3 13.10.2008

Pobieranie składników mineralnych (SM) przez roślinę

Zapotrzebowanie rośliny na SM dotyczy składników niezbędnych roślinie do

1. Pokrycia potrzeb podstawowych(bytowych)

   1. Fotosynteza

   2. Oddychanie

   3. Transpiracja

2. Przyrost biomasy- wtedy kiedy fotosynteza jest szybsza niż oddychanie

3. Rozwoju- propagacji(rozmnażanie się)

Jest zmienne w czasie:

1. Jakościowo (pierwiastki)

2. Ilościowo w trakcie rozwoju rośliny

Roślina, uprawna, wysoko plonująca- pobiera(zawiera) zawsze więcej potasu niż azotu, wówczas rozwój organizmu przebiega prawidłowo

W czasie rozwoju rośliny występuje faza maksymalnej akumulacji składnika(N, K), która wyprzedza fazę dojrzałości, a pozostałe w fazie dojrzałości.

Potrzeby pokarmowe roślin uprawnych, definicja produkcyjna

Potrzeby pokarmowe rośliny uprawnej oznaczają ilość składnika, którą roślina musi zakumulować w swoich organach, celem wydania plonu. Ilość i rozdział składnika między organy jest ściśle związana z właściwościami gatunkowymi rośliny, jak i kierunkiem użytkowania.

Potrzeby pokarmowe roślin uprawnych- algorytm

U=P•SM_j

Gdzie

U- potrzeby pokarmowe , kg/ha dla makroskładników lub g/ha dla mikroskładników

P- rzeczywisty lub oczekiwany plon użytkowy (nasiona, ziarno, bulwy, korzenie, siano itd.) t/ha

SM_j- pobranie jednostkowe (kg (lub g) / t plonu głównego z odpowiednią ilością w plonie ubocznym – słoma, liście itd.

Korzystanie z powyższego algorytmu wymaga zgromadzenia danych odnośnie:

1. Oczekiwanego plonu użytkowego

2. Możliwe precyzyjne ustalenie wartości SM_j

Obliczanie potrzeb pokarmowych łanu, plantacji

1. Dane

   1. Wartości pobrania jednostkowego

      1. Pszenica konsumpcyjna N_j= 30 kgN/t

      2. Pszenica paszowa N_j=22kgN/t

   2. Oczekiwany plon: 8t/ha ziarna

2. Obliczanie (zgodnie z algorytmem

   1. U=6*30

Pobieranie składników mineralnych (SM)

Definicja:

Pobieranie składników pokarmowych jest serią procesów wywołanych potrzebami metabolicznymi rośliny i związanych z przemieszczaniem się jonów, cząsteczek SM z określonego miejsca w glebie do rośliny.

Zjawisko to obejmuje procesy:

- geochemiczne określające tzw. Dostępność SM w glebie

- transportu SM z gleby i akumulacji na powierzchni korzenia

- transportu składników mineralnych przez membranę cytoplazmatyczną

- transportu w ksylemie do organów aktywnych metabolicznie

F_min= K_k•(dW/dt)•(1/W)•(W/2ΠrL)

F_min= K_k•RGR•(W/2ΠrL)

F_min- minimalne pobranie SM niezbędne dla maksymalnej szybkości wzrostu rośliny

K_k- krytyczna koncentracja składnika w roślinie

(dW/dt)•(1/W)= względna szybkość wzrostu rośliny- RGR= przyrost masy

W- masa nadziemna rośliny

2Πrl- powierzchnia korzenia

r- średnica korzenia

L- długość korzenia

Pobieranie SM przez rośliny uprawne z gleby- budowa korzenia

Przekrój poprzeczny korzenia

1. Epiderma- warstwy okrywy zewnętrznej ( ryzoderma z egzodermą)

2. Kora pierwotna z endodermą

3. Walec osiowy: okolnica wraz z floemem i ksylemem

Powierzchnia korzenia – w skład wchodzą wolne przestrzenie kory pierwotnej i zewnętrzna powierzchnia błon cytoplazmatycznych komórek

Ładunek ujemy- źródła

1. Blaszka środkowa wiązanie R-COO^-

2. Błona cytoplazmatyczna

R-HPO₄^-

R-COO^-

Powierzchnia korzenia to ta część korzenia w której akumulują się kationy

Tworzenie się korzeni włośnikowych

Korzenie włośnikowe, zwane potocznie włośnikami, powstają z wyspecjalizowanych komórek epiblemy, zwanych trichoblastami w odległości 5-10mm od czapeczki korzeniowej.

Ściany włośników są bardzo cienkie, delikatne i wrażliwe na czynniki zewnętrzne. Od wewnątrz pokryte pektynianem wapnia. Zewnętrzna powierzchnia włośnika pokryta jest śluzem pektynowym co ułatwia penetrację gleby

Podstawowymi funkcjami włośników korzeniowych są

1. Zakorzenienie rośliny

2. Pobieranie wody i składników

3. Rozwój bakterii

Tropizmy korzeniowe:

1. Geotropizm

2. Hydrotropizm

3. Trofitrofizm – rośnie w kierunku składnika- zjawisko nie do końca rozpoznane

Funkcje korzeni w glebie

Korzeń w roślinie spełnia szereg funkcji podstawowych

1. zakorzenienie rośliny w glebie

2. Pobieranie wody

3. Pobieranie składników mineralnych

korzeń spełnia ponadto wiele funkcji specyficznych:

1. Organ zapasowy roślin wieloletnich (bylin), w tym uprawnych(lucerna)

2. Organ użytkowy; przykładowo korzenie buraka cukrowego , pastewnego, cykorii

3. Synteza hormonów

Procesy transportu SM w glebie- faza bierna pobierania

1. Układ statyczny- przemieszczanie się jonów(cząsteczek) z określonego miejsca w glebie na powierzchnię korzenia

2. Układ dynamiczny- wzrost korzeni w strefy glebowe nie- eksploatowane dotychczas przez system korzeniowy rośliny- tworzenie korzenia bocznego w kierunku składnika

Oba procesy zachodzą jednocześnie; przewaga jednego z nich wynika z:

1. Aktywności metabolicznej rośliny

2. Właściwości fizyczno- chemicznych SM

3. Pojemności buforowej gleby względem składników pokarmowych- oporność do uwalniania

4. Właściwości fizyczno-chemicznych gleby=> woda, gęstość gleby=> wzrost korzenia

Mechanizmy transportu SM z roztworu glebowego na powierzchnię korzenia

1. Kontakt bezpośredni

2. Przepływ masowy

3. Dyfuzja

Teoria kontaktu bezpośredniego- wymiana kationów- proton z korzenia wybija potas z cząsteczki glebowej który przechodzi do włośnika- następuje wymiana.

Przepływ masowy- przepływ w strumieniu transpirującej wody

Przeplyw składników rozpuszczonych w roztworze glebowym wraz z wodą do korzenia

• Składniki występujące w dużej ilości Ca²⁺,Mg²⁺NO₃^-, SO₄^2-,Cl^-

• mikroskładniki

kierunek ruchu wody

korzeń

woda ciągnie za sobą składniki

Dyfuzja to przepływ składników w roztworze glebowym, zgodnie z gradientem koncentracji

Roztwór glebowy

Gleba K

P korzeń

Dyfuzja – prawo Ficka

Dyfuzja składników mineralnych w glebie podlega prawu Fick’a zgodnie z którym szybkość przemieszczania się jonów zależy od gradientu stężeń (Dc/dx) i współczynnika dyfuzji efektywnej (D_eff)

F=D_eff* dc/dr+ v*C₁

Gdzie

F- szybkość dyfuzji (ilość dyfundującego składnika na jednostkę powierzchni

Dyfuzja zależy również od :

• współczynnika dyfuzji jonów w glebie

• wielkości jonów

• lepkość wody

• temperatura

• wilgotność gleby

• krętość porów glebowych

Ruchliwość jonów w glebie

Współczynniki dyfuzji

• NO₃^-,Cl^- D= 10^-6cm²/sek

• NH₄⁺,K⁺,Ca²⁺Mg²⁺ D= 10^-7cm²/sek

• Zn²⁺,Mn²⁺ D= 10^-8cm²/sek

• H₂PO⁴ D= 10^-10cm²/sek

Ruchliwość składników mineralnych w glebie

Ruchliwe i rozpuszczalne	Względnie ruchliwe	Nieruchliwe i nierozpuszczalne
Azot(N-NO3) Siarka bor chlor	Potas azot(N-NH4)	Fosfor, miedź, żelazo, mangan, cynk

Roślina w swoim środowisku musi mieć wielokrotnie więcej składnika niż potrzebuje.

Strefa wyczerpania- fosfor głównie pobierany jest przez włośniki korzeniowe

korzeń

dyfuzja rośliny

duża koncentracj P

niska koncentracja P

strefa wyczerpania powstaje w sytuacji

1. Dużych potrzeb metabolicznych rośliny

2. Zbyt małej koncentracji jonów nie mobilnych w roztworze glebowym

3. Zbyt wolne przemieszczanie się jonów z roztworu glebowego na powierzchnię korzenia

4. Czas oddziaływania korzenia na glebę

Rozmiar strefy wyczerpania- algorytm

Rozmiar strefy definiują dwie zmienne

1. Wartość dyfuzji efektywnej jonów w glebie (d_eff)

2. Czas eksploataji gleby przez korzeń

B=(2XD_effXt)^1/2

gdzie

1. Rozmiar strefy wyczerpania cm

D współczynnik powierzchni efektywnej

t- czas

konkurencja

Miejsce bez konkurencji

Składniki immobilne – strefa wyczerpania

Adsorpcja K⁺ H₂PO₄^2- kationów mikroskładników zachodzi w wąskiej warstwie gleby w Okół korzenia

Powstaje strefa wyczerpania

Odżywienie rośliny zależy od koncentracji składnika na powierzchni korzenia, koncentracja składnika w glebie jest stała

Akumulacja i transport SM w korzeniu- miejsca akumulacji

Adsorpcja (przyłączanie) kationów przez korzeń:

Wolna przestrzeń Donnana – oraz zewnętrzna powierzchnia błon cytoplazmatycznych są miejscem adsorpcji kationów

Kationy podlegają adsorpcji, natomiast aniony zawarte w roztworze podlegają repulsji (odpychaniu) i przemieszczają się swobodnie w makroporach- aniony pobierane są szybciej

Możliwość akumulacji w korzeniu kationów wynika z obecności ładunków ujemnych, których źródłem są grupy karboksylowe kwasu poligalakturonowego

Głównym składnikiem akumulowanym są kationy wapnia, wynika to z tego że blaszka środkowa wysycona jest wapniem oraz kationami mikroskładników.

Rośliny dwuliścienne potrzebują więcej kationów- wynika to z budowy morfologicznej.

Mechanizm pobierania wody=> apoplastyczna- powierzchnia korzenia

Apoplastyczba droga

Droga symplastyczna

K⁺ droga symplastyczna=> H₂PO₄^-, NH₄⁺, NO₃^-

Ca ²⁺- droga apoplastyczna => Mg²⁺ kationy mikroskładników

Korzeń: przekrój anatomiczny podłużny

Ksylem – transport wody i składników mineralnych

Czynniki ograniczające pobieranie SM przez roślin z gleby

1. Aktywność rośliny

   1. Temperatura

2. Ruchliwość danego składnika w glebie

   1. Zawartość składnika przyswajalnego w glebie

   2. Zawartość wody w glebie

   3. Szybkość transportu gleby na powierzchnię korzenia

   4. Odczyn gleby

3. Wzrost korzeni w głąb profilu glebowego

   1. Zawartość wody w glebie

   2. Odczyn gleby

   3. Stopień zagęszczenia gleby

   4. Szkodniki korzeniowe

Niskie temperatury – pobieranie sM

1. Powolny wzrost rośliny zapotrzebowanie

2. Większa lepkość wody

3. Mniejsza szybkość dyfuzji pobieranie wody

4. Mniejsza przepuszczalność membrany cytoplazmatycznej adsorpcja

5. Mniejsza aktywność mikroorganizmów glebowych

6. Wolniejsze tempo mineralizacji materii organicznej

Niedobór wody

Zaburzenia w pobieraniu SM (współczynnik dyfuzji zależy od wilgotności gleby)

Odczyn – zbyt niski – zahamowanie wzrostu korzeni- składniki są wymywane

Zagęszczenia gleby-

Stres :

1. Mechaniczny np. ugniecenia gleby na uwrocie

2. Powietrzny

   1. Brak tlenu

Niedobór składnika pokarmowego w glebie, stres żywieniowy

Stres żywieniowy- niedobór składnika

Przyczyny niedoboru SM w roślinie

1. Niedostateczna dostępność składnika mineralnego z roztworu glebowego:

   1. Zawartość składnika w glebie jest niedostateczna – składniki mobilne- azotany

   2. Składniki nie akumulują się na powierzchni korzenia dostateczną szybkością- składniki im mobilne

2. Czynniki środowiska wzrostu rośliny

Rośliny nie są w stanie pobrać zawartych w glebie składników z powodu

1. Działania czynników ograniczających wzrost systemu korzeniowego

2. Zbyt powolnego uruchamiana składników z rezerw

Niedobór Sm=> teoria kaskadowego hamowania wzrostu rośliny

1. Koncentracja składnika w glebie , ściślej w roztworze glebowym zmniejsza się

2. Transport SM na powierzchnię korzenia zmniejsza się

3. Powierzchnia korzenia zmniejsza się

Auksyny

1. dobre odżywienie azotem=> stymuluje produkcje auksyn

2. Auksyny hamują wzrost korzenia głównego

3. Auksyny pobudzają tworzenie korzeni bocznych

Początkowo rośliny powinny być hodowane w stanie lekkiego głodu azotowego co sprzyja rozwojowi korzenia w naszej strefie.

Aktywna reakcja rośliny na niedobór SM

1. Zwiększony transport węglowodanów do korzeni- inwestycja w organy adsorpcji(lekki stres):

   1. Wzrost korzeni włośnikowych

   2. Wzrost korzeni (korzenie boczne)

Wynik 1- większa powierzchnia adsorpcji SM

1. Wydzielanie metabolitów do rizosfery- aktywna mobilizacja składników mineralnych (stres ostry)

   1. Więcej węglowodanów w rizosferze

   2. Wzrost aktywności mikroorganizmów w rizosferze

   3. Produkcja specyficznych enzymów- fosfatazy- uwalnianie fosforu z zasobów organicznych gleby- roślina jest nastawiona na pobieranie fosforu

   4. Produkcja specyficznych nośników- fitosiderofory- pobieranie mikroskładników

Wynik 2- wzrost ilości dostępnych SM

Wykład 4

Transport jonów przez membrany cytoplazmatyczne.

Doświadczenie Hoaglanda z 1948 o stężeniu jonów.

Wniosek:

1. Komórki roślinne pobierają składniki selektywnie

2. Wyższe stężenie jonów w komórce, niż w środowisku zewnętrznym wskazuje na ich akumulację wbrew gradientowi stężenia

3. Pobieranie jonów wymaga energii, która pochodzi z procesów metabolicznych

Membrana cytoplazmatyczna.

Pobrać model budowy błony cytoplazmatycznej

Transport roztworów przez cytoplazmę:

1. Woda tak i cząsteczki niepolarne

2. Cząsteczki polarne i składniki mineralne- nie

Gradient koncentracji protonów H⁺=> gradient pH

H⁺

H⁺

H⁺

OH^-H^+, OH^-H⁺ H⁺

pH=7,0-7,5 pH <5,5

H⁺ H⁺

H⁺

ATPaza Membrana cytoplazmatyczna

Membrana cytoplazmatyczna kontroluje przemieszcznie się , powrotne, protonów do cytoplazmy.

Po obu stronach membrany występuje różnica potencjału- różnica koncentracji kationów i anionów.

Gradient kierunku jonów K⁺ od apoplastu do środka komórki

1. Jon jest cząsteczką substancji chemicznej=> różnica potencjału chemicznego=> gradient koncentracji kationów (K⁺) =>skutek-dyfuzja

2. Jon jest ładunkiem=> różnica potencjału elektrycznego =>gradient ładunku elektrycznego; skutek=> wyrównanie ładunku

3. Powstaje gradient elektro-chemiczny

Źródła protonów H⁺

H⁺-ATP-aza

ATP+nH₂O=> (n-1)H⁺+(n-1)OH^-+ADP

Pompa protonowa (ATPaza) zadanie- jednokierunkowy transport protonów z cytoplazmy do apoplastu.

Pompa protonowa- charakterystyka

1. Pompa protonowa- kompleks enzymatyczny-związany z enzymem H⁺ATP-azą

2. H⁺-ATP-aza-lipoproteina o masie cząsteczkowej 100-105kDa rozmieszczona w poprzek plazmolemy

3. Optyczny zakres odczynu dla enzymu pH 6,5-7,0.

4. Wydajność: jedna cząsteczka ATP hydrolizuje do apoplastu 1-3 protonów.

5. Aktywność H⁺-ATP-azy stymulują

   1. K⁺>NH₄⁺>Na⁺

   2. Auksyny (H⁺-zakwasza apoplast)

   3. Aniony nie wpływają na aktywność

6. Różnica potencjału elektrycznego od -100mV do -200mV

Jak jest dużo kationu azotanowego mniej jest K⁺

Pompa protonowa- dwa źródła energii

1. Gradient stężenia H⁺-gradient pH – ΔpH

2. Gradient ładunku protonowego.

Transport jonów, cząsteczek przez błonę cytoplazmatyczną

Etapy:

1. Pierwotny- wymaga nakładu energii metabolicznej komórki

2. Wtórny- bez nakładu energii-> bierny

   1. Dyfuzja prosta

   2. Dyfuzja ułatwiona

      1. Nośniki

      2. Kanały jonowe

Kinetyka transportu

Model Michaelisa – Menten

Założenia:

1. Koncentracja jonów w roztworze glebowym jest niska w porównaniu do koncentracji składników w roślinie (Mm->M) model Hoaglanda

2. Pobieranie jonów z roztworu glebowego zachodzi z udziałem kilku mechanizmów wykazujących różne zapotrzebowanie na energię metaboliczną

3. Roślina w warunkach niedoboru składników mineralnych uruchamia nowe- energochłonne miejsca adsorpcji korzeniu

4. W miarę wzrostu koncentracji roślina wygasza najbardziej energochłonne mechanizmy

5. Krzywą pobierania można opisać matematycznie

Równanie michaelisa Mentona forma graficzna

b v_max

KM=1/2 V_max

a

V/s

1. Dyfuzja prosta- cząsteczki nienaładowane (mocznik, chelaty)

2. Dyfuzja ułatwiona: nośniki, białka tunelowe

Roślina łatwiej pobiera cząsteczkę mocznika niż jon azotanowy gdyż nie musi wydatkować energię.

Charakterystyka dyfuzji ułatwionej

1. Każdy jon wymaga specyficznego nośnika lub wyspecjalizowanego kanału jonowego

2. Z upływem czasu koncentracja składników osiąga stan równowagi po obu stronach membrany cytoplazmatycznej(nie ustala się równowaga ładunków)

3. Transport jonów wymaga zwiększonego nakładu energii metabolicznej, ATP

Nośniki- jonofory( gr. Jon- cząstka, Poros – niosący)

Nośniki, aby wypełniać funkcje transportowe muszą spełniać dwa podstawowe warunki:

1. Przemieszczać się swobodnie w błonie cytoplazmatycznej

2. Posiadać mechanizm przyłączania i odłączania uwodnionego jonu

Kanał

nośnik

Walinomycyna:

1. Pierścień noisnika budują

   1. Mleczan

   2. Walina L,D

   3. Izohydroksytwaleriat

2. Grypy hydrofobowe zorientowane są na zewnątrz a hydrofilowe do wewnątrz pierścienia

3. Energia hydratacji

   1. K+ 315kJ

   2. Na+ 400 kJ

Nośniki jonów i ich właściwości

Nazwa	Masa cząsteczkowa	Slelktywność	K/Na
Walinomycyna	1110	K^+>NH4^+>Na^+	17000:1
Enniatyna	636	K^+>Na^+>Ca^++>Mg^++	2,8/1
Non aktyna	736	NH4^+>K^+>Na^+	16/1
Nigercyna	724	K+>Na+	45/1
Gramicydyna		H+>NH4+>K+>Na+

Wydajność kanałów jonowych jest od setek do tysięcy razy większa niż nośników.

Dyfuzja ułatwiona- kanały jonowe

1. Zwiększa, wielokrotnie koncentrację składnikw w cytoplazmie porównaniu do apoplastu

2. Wymaga podwyższonego nakładu energii w formie ATP

3. Trzy typu

   1. Uniport

   2. Symport

   3. Antyport

Kanał jonowy K⁺ UNIPORT

K⁺

Symport:

1. Symport czyli transport jonów, cząsteczek wraz z H+

2. Istotą tego rodzaju transportu jest protonacja czyli tworzenie ładunków dodatnich między jonem a H+

   1. Przykład. Anion azotanowy:

   2. {H+[H+(NO3-)]0}+

w symporcie aniony wymagają kationów do transportu apoplast

kation anion kation

Kation anion kation cytoplazma

H+ azotan H+

Symport dotyczy cząstek obojętnych i aminokwasów

Antyport- jedna cząstka jest pobierana druga jest wydalana- transport dwukierunkowy

Charakterystyki transporty SM przez błonę cytoplazmatyczną

Właściwości procesów pobierania.

Ładunek cząstki chemicznej i szybkość transportu przez błonę cytoplazmatyczną

1. Transport składników mineralnych przez błonę cytoplazmatyczną jest odwrotnie proporcjonalne do wielkości ładunku i stanu uwodnienia jonów

2. Transport cząstek substancji, ładunków elektrycznych nie podlega prawu Coulomba

3. Szereg transportowy:

Cząstki elektrycznie obojętne >ka+; an->ka++; anka+++/ an---…

Prawo Coulomba nie działa w przyrodzie

Właściwości fizyczno- chemiczne jonów

Średnica jonów

Kation	Średnica jonu, stan uwodniony nm	Pobieranie umol/g św.masy/3h
Li+	1,00	2,00
Na+	0,76	15,00
K+	0,54	26,00

Czynniki środowiska tlen względne pobieranie SM%

Zawartość tlenu	K	P
20	100	100
5	75	56
15	57	30

Temperatura

1. Oddychanie rośliny – energia

2. Cytoplazma- lepkość bezpośrednie

3. Transport przez błonę – gradient protonowy

4. Aktywność mikroorganizmów

5. Rozpuszczalność SM w wodzie

6. Ruchliwość- lepkość wody

Pomiędzy kationami zachodzi synergizm, antagonizm,

Np. Mg stymuluje pobieranie K+, ale jest antagonistyczne do sodu i wapnia

Antagonizm kationowy

Ogólną zasadę że zwiększanie stężenia jednego kationu prowadzi równocześnie do obniżenia stężenia innego kationu definiuje się jako antagonizm kationowy

Pary antagonistycznych kationów

K⁺<-> Na⁺

NH4⁺ -> K⁺

Ca²⁺<->Mg ²⁺; K^+?,H⁺,Al³⁺

Odżywiając rośliny nawozami amonowymi należy zwiększyć zawartość potasu wapnia i magnezu.

Niespecyficzna konkurencja- dyfuzja ułatwiona

Założenie:

1. Suma kationów w komórce jest stała

2. Składnik pobierany szybciej – równoważy większą część ładunku ujemnego cytoplazmy

3. Takim kationem jest K^+- w przyrodzie potas jest kationem poszukiwanym

Antagonizm anionowy

Pary antagonistycznych anionów zachodzi przy wysokim pH (około 7)

NO₃^-,->Cl^-

SO₄<->SeO₄

HPO₄<=>MnO₄

Przykłady antagonizmu między SM

1. Nadmierne wapnowanie zwiększa niedobory boru-> wiąże więcej boru w ścianie komórkowej

2. Nadmiar N zwiększa deficyt Cu i Zn-> kwasy organiczne chelatują kationy w komórce

3. Nadmiar potasu i sodu zmniejsz pobieranie manganu- antagonizm prosty

4. Nadmiar fosforanów wywołuje niedobór Zn, Fe, Cu- tworzenie związków nierozpuszczalnych

5. Nadmiar Zn, Mn, Cu, Mo zmniejsz pobieranie Fe -> prosty antagonizm

Synergizm jonowy

1. Jest to proces stymulowania pobierania jednego jonu przez drugi

2. Przykłady:

   1. Pobieranie N-NO₃ stymuluje pobieranie kationów

   2. Pobieranie N-NH₄ stymuluje pobieranie anionów fosforanowych

Efekt Vietsa- wzrost akumulacji netto jonow

Odczyn gleby zaopatrznie w Ca a pobieranie K+

Akumulacja K+

+

-Ca

+Ca

synergizm

depresja

-

2 4 6 8 10

Pektyny i błona cytoplazmatyczna- wapń jest potrzebny by te struktury działały prawidłowo

Wnioski:

1. Przy niskich stężeniach soli w roztworze zewnętrznym rola towarzyszącego jonu jest niewielka=> takie właśnie zjawisko występuje w glebie

2. Przy dużej koncentracji soli jon towarzyszący odgrywa dużą rolę

   1. Z soli prostej typu KCl szybciej oba jony pobierane są równo szybko

   2. Z soli złożonej jony jednowartościowe pobierane są wolniej

Saldo pobierania kationów i reakcja rośliny wniosek- jeżeli roślina pobiera szybciej kationy niż aniony wiąże więcej CO₂. Pobieranie kationów zależy od źródła azotu, azotany stymulują pobieranie kationów, w konsekwencji stymulują syntezę anionów organicznych co oznacza wzrost masy rośliny. Motorem przyrostu masy rośliny jest azot azotanowy.

Pobieranie mikroskładników

Rośliny wytworzyły specyficzne sposoby pobierania składników gdyż zawartość ich w glebie jest ekstremalnie niska.

Pobieranie anionów mikroskładników:

Transport anionów zachodzi (tak się generalnie zakłada) na tych samych zasadach co anionów makroskładników, czyli na zasadzie symportu( kompleks z protonami). Możliwa jest konkurencja z anionami makroskładników ( molibden i siarczany, molibden i fosforany).

Etapy pobierania kationów mikroskładników

1. Przeprowadzone w formę rozpuszczalną a więc potencjalnie dostępną,

2. Transport i akumulacja w apoplaście korzenia

3. Transport przez membranę cytoplazmatyczną

Mechanizmy pobierania żelaza

Włączenie żelaza w podstawowe składniki komórek jakimi są hemy oraz układy Fe-S, wymagają żelaza wyłącznie w formie Fe²⁺, co jest związane z redukcją formy Fe³⁺, jako dominującej w środowisku tlenowym a takim jest gleba

Procesy redukcji zachodzą na zewnątrz lub wewnątrz komórki lub w jej cytoplazmie

Rośliny w drodze ewolucji, pomimo obecności szerokiej gamy czynników ograniczających dostępność żelaza wytworzyły dwa specyficzne mechanizmy pobierania tego składnika z gleby.

Strategia I dotyczy roślin 2 liściennych

1. Wzrost wydajności H+-atepazy i transportu H+ do apoplastu

2. Pobudzenie aktywności reduktaz

Wykład 5 27.10.2008

Pobieranie składników mineralnych

Problematyka:

• Ryzosfera

• Mikoryza

• Pobieranie składników mineralnych przez liść

Ryzosfera jest strefą gleby poddaną bezpośredniemu lub pośredniemu oddziaływaniu żywego korzenia rośliny.

Całokształt zjawisk zachodzących w tej strefie definiuje się jako efekt ryzosferowy.

Etymologia terminu ryzosfera wywodzi się z greckich słów rhiza- korzeń oraz sphere- zakres oddziaływania.

Rola ryzosfery- teza główna

Przeżycie rośliny, jakiekolwiek gatunku, zależy od możliwości dostosowania środowiska wzrosty do własnych potrzeb metabolicznych, odniesionych do szeregu relacji w układzie korzeń/ roślina związanych nie tylko z pobieraniem składników pokarmowych.

Relacja roślina gleba

Działanie podstawowych systemów korzeniowych na glebę

Cecha	Zboża	strączkowe
Typ systemu korzenia Wielkość systemu korzeniowego Mechanizm wiązania N2 Bilans pobierania kationy / aniony Akumulacja wapnia Odczyn rizosfery Mechanizm pobierania żelaza	Wiązkowy Duży Brak Równowaga Mała Obojętny Strategia II	Palowy Mały Obecny Przewaga kationów Duża Kwaśny Strategia I

Procesy fizyczne w ryzosferze

Procesy pierwotne:

1. Wzrost:

   1. Dobowy cykl wzrosty

   2. Odporność mechaniczna

   3. Biopory

2. Pobieranie wody i jonów

3. Wymiana gazów: O₂/CO₂

4. Wydzielanie śluzów:

   1. Czapeczka korzeniowa- funkcja sensoryczna

   2. Stresy żywieniowe-> trofitropizm

   3. Stresy wodne-> hydrotropizm

Procesy wtórne:

1. Agregowanie podstawowych cząstek gleby

2. Budowa struktury gleby

3. Wymiana gazów

4. Transport wody

Roślina która wydziela więcej cukrów posiada funkcję strukturotwórczą- głównie rośliny dwuliścienne.

Procesy chemiczne i biochemiczne zachodzące w rizosferze:

Pierwotne:

1. Mechanizm pobierania jonów

2. Wydzielanie związków organicznych

3. Wydzielanie enzymów/ innych specyficznych związków

Wtórne:

1. Zakwaszanie / alkalizacja

2. Reakcja redox- aktywność mikroorganizmów Fe i Mn podlegają redukcji

3. Kompleksowanie /chelatyzacja

4. Hydroliza enzymatyczna( fosfor i siarka)

Depozycje korzeniowe

1. Makrocząstki ; reprezentują szeroki wachlarz materiału deponowanego od komórek po duże fragmenty korzeni, takie jak

1. Komórki brzegowe czapeczki korzeniowej

2. Komórki epidermy i włośniki korzeniowe

3. Martwe tkanki korzenia

4. Duże fragmenty systemu korzeniowego

1. Związki niskocząsteczkowe, które obejmują dwie grupy:

1. Śluzy roślinne

2. Wydzieliny korzeniowe- stymulowanie lub hamowanie grup mikroorganizmów patogennych

Funkcje kwasy organiczne-

• stymulacja aktywności mikroorganizmów

• Chelatowanie słabo dostępnych związków

• Detoksykacja związków glinu

• Uruchomienie składników

W rizosferze zachodzą silne procesy denitryfikacyjne prowadzące do redukcji azotu azotanowego.

Przykłady działania:

Zjawiska kształtowane przesz PGPR (plain grow promo rise)w zakresie krążenia składników

Mineralnych obejmują procesy

1. Niesymbiotycznego wiązania N₂

2. Zwiększenie przyswajalności fosforu i innych pierwiastków przez rośliny bobowate

3. Bakterie z rodzaju pseudomonas zwiększają nodulację i wiązanie N2 przez rośliny motylkowe

4. Bakterie zdolne do uwalniania fosforu ze związków słabo przyswajalnych określa się mianem PSB

Mikoryza-

Mikoryza- powszechnie niepasożynicze lub rzadziej słabo pasożytnicze współżycie korzeni lub innych organów roślin naczyniowych z grzybami.

Rośliny które nie podlegają infekcji w rodzinach krzyżowych, komosowatych i srebrnikowatych.

Ektomikoryza- rośliny drzewiaste- powstaje mufka, strzępki przerastają korę pierwotną

Endomikoryza- pęcherzykowato arbuskularna- strzępki w komórce roślinnej. Dotyczy roślin uprawnych

Ten rodzaj symbiozy wynika z tego że roślina zwiększa powierzchnię eksploracji gleby.

Warunki infekcji:

1. Zależy od typu systemu korzeniowego, z reguły zachodzi szybciej przy słabo rozwiniętym, rośliny o systemie wiązkowym są słabiej infekowane

2. Aktualny stan odżywienia rośliny i dotyczy – wydzielania węglowodanów do rizosfery, rośliny dobrze odżywione azotem, słabo fosforem lecz nie zagłodzone.

Arbuskuły tworzą się w 2 dniu infekcji. Średnica strzępek wynosi 0,01mm a drobnych korzeni 0,01-0,02mm.

Charakterystyka:

1. Wzrasta długość korzeni mikorytycznych 2-3krotnie

2. Konsekwencją jest wzrost powierzchni adsorpcji składników mineralnych

3. Gatunki żyjące w symbiozie to wszystkie z wyjątkiem krzyżowych i komosowatych.

Korzyści dla rośliny

• Wzrost odporności na suszę

• Wzrost pobierania składników z gleb o niskiej zasobności

• Wzrost odporności na patogeny

• Poprawa struktury gleby dlatego że strzępki wiążą glebę ze sobą

Pobieranie składnika przez liść:

Czy liść jest organem absorpcji SM?

Generalnie nie lecz:

• Liść pobiera niektóre składniki mineralne w formie gazowej NH3,SO2,NH3,NOx

• Epiderma pokryta kutikulą która ma charakter hydrofobowy

• Jony mają charakter hydrofilowy

• Kutikula zawiera także pektyny i nie- estryfikowane polimery kutyny dostarczające ładunku ujemnego

• Liść wchłania SM poprzez tzw. Ektodermy- naturalne pęknięcia kutykuli; miejsca kutykularnej i perystematycznej transpiracji

• Gradient ujemnego ładunku rośnie w głąb kutikuli

Liść jest zdolny do wchłaniania pewnej, ograniczonej ilości składników mineralnych

Uwarunkowanie dolistnego żywienia roślin

1. Wskaźnik fizjologiczny

   1. Wizualne objawy niedożywienia rośliny- za późno

   2. Utajone objawy niedożywienia rośliny- trzeba przewidywać

2. Produkcyjne

   1. Wzrost plonu

   2. Oczekiwana poprawa jakości plonu użytkowego: oprysk wapniem- owoce (jabłka, pomidory)

   3. Ekonomiczne: uzyskanie większej efektywności stosowanych nawozów

Warunki do dolistnego żywienia roślin

1. Mała dostępność niektórych SM z gleby

2. Uwstecznianie niektórych SM w glebie (mikroskładniki , fosfor)

3. Nieodpowiednie warunki pobierania SM z gleby- susza glebowa

4. Niska temperatura w czasie wegetacji

5. Zmniejszona aktywność korzeni w okresie reprodukcji

Praktyczne problemy dolistnej aplikacji nawozów

1. Słaba penetracja blaszki liściowej przez roztwór- zależnie od grubości kutikuli

2. Spływ roztworu z hydrofobowej powierzchni

3. Mała szybkość przemieszczania się składników mineralnych

4. Wybór terminu aplikacji

5. Ograniczona ilość składnika, która może być stosowana

6. Możliwość uszkodzenia liści

   1. Poparzenia

   2. nekrozy

Stężenie mocznika w dolistnym nawożeniu jęczmienia i pszenicy

Krzewienie – 20%

Strzelanie w źdźbło – 10-13

Kłoszenie- 5%

Dojrzałość mleczna- 3-4%

Nie stosować w fazie wzrostu i do 3 liścia.

Szybkość włączania składników mineralnych w metabolizm rośliny

Składnik mineralny	Szybkość akumulacji 50% składnika
Azot Fosfor potas Magnez Żelazo Mangan cynk	1-6godzin 2,5-6 dni 1-4 dni 20% w ciągu 1 godziny 8% w ciągu 24godzin 1-2 dni 1dzień

Oprysk wieczorem przed pkt. rosy

Funkcje azotu w roślinie

Azot paradoksy:

1. organizmy żywe żyją na Ziemi w atmosferze bogatej w azot 78% lecz azot jest głównym czynnikiem ograniczającym wzrost rośliny i produkcję żywności

2. organizmy żywe zbudowane są ze zredukowanych związków azotu podczas gdy w środowisku dominują formy obojętne lub utlenione

3. Azot atmosferyczny nie jest aktywny biochemicznie, lecz roślina aktywnie asymiluje azot w swoje struktury

4. Tylko niektóre mikroorganizmy glebowe są wyposażone w enzymy zdolne do redukcji azotu lecz jednocześnie tylko niektóre rośliny są zdolne do symbiozy z mikroorganizmami wiążącymi azot atmosferyczny

Koszt procesów życiowych rośliny

Procesy	G CO2 na 1g produktu
Wzrost Redukcja NO3- do NH4+ Wiązanie N2 Pobieranie NO3 Pobieranie NH4+ Pobieranie innych jonów Załadunek floemu	5,4 6,2 15-22 1,2 0,6 0,2 0,2

Źródła azoty- formy chemiczne !!!!!!!

Nawozy mineralne

saletrzano amonowe

amonowe amidowe

Gleba : NO₃^- NH₄⁺ roślina

Nawozy org. N₂ atmosfera

Warunki pobierania jonów amonowych NH₄⁺, warunki pobierania

1. Gleby kwaśne: niska aktywność bakterii nitryfikacyjnych

2. Charakterystyczny gatunek : rodzaj Ericaceae (wrzosowate)

3. Mogą być pobierane biernie

Jony amonowe NH₄⁺- zalety

1. Nie wymagają dodatkowego nakładu energii

2. Zwiększają pobieranie jonów ortofosforowych

   1. NH₄⁺=> NH₃+ H⁺

   2. HPO₄⁼+H⁺=>H₂PO₄^- (warunek pH>7,0)

Jony amonowe- wady

1. Są toksyczne dla żywych organizmów

   1. Silnie zakwaszają rizosferę

   2. Ograniczają produkcję ATP

2. Asymilacja azotu przebiega w korzeniach

   1. Duży nakład na transport cukrów z liści do korzeni- transport długodystansowy, co powoduje :

   2. Ograniczanie szybkości wzrosty roślin uprawnych

3. Antagonizm kationowy: NH₄⁺-> K⁺;Mg²⁺;Ca²⁺; !!!!!!!!!!!

4. Ogranicza pobieranie azotanów;

Kontrola działania N-NH₄ w roślinie

1. Utrzymanie odczynu gleby w zakresie obojętnym do lekko zasadowego; ogranicza nie tylko spadek pH ryzosfery, lecz także stymuluje proces nitryfikacji

2. Zaopatrzenie rośliny w krytyczny składnik jakim jest wapń

3. Ponad przeciętne zaopatrzenie roślin w potas i magnez; potas silnie ogranicza toksyczność N-NH₄

4. Jednoczesne stosowanie formy azotanowej z amonową; można uzyskać efekt synergiczny, który obserwuje się w szerokim spektrum roślin z wyłączeniem klasycznych roślin pobierających tylko N-NH₄, a klasycznym przykładem jest wrzos

Interakcja N-NO₃ i N-NH₄

Wzrost 100%

synergizm

N-NH₄

N-NO₃

Dawki N

Pobieranie azotanów warunki:

1. Gleby:

   1. O wysokim odczynie

   2. O dużym potencjale nitryfikacyjnym

   3. Zasobne w kationy , zwłaszcza K⁺,Mg⁺ oraz określonych gatunków Na⁺

2. Gatunki zależne od azotanów

   1. Euphorbiaceae (wilczomleczowate);

   2. Datura stramonium ( psiankowate, solanaceae

   3. Scabiosa (driakiew)

Pobieranie i transport azotanów:

1. Duży nakład energii na pobieranie anionu azotanowego

2. Przemiany NO3^- w komórce korzenia

   1. Redukcja do aminokwasów

   2. Usuwanie poza komórkę (Efflux)

   3. Transport do wakuoli

   4. Transport do ksylemu

Pobieranie azotanów wady:

1. Proces aktywnego pobierania- duże nakłady energii – ATP

2. Wymagają nakładu energii podczas redukcji do NH₃

3. Wzmagają deficyt żelaza i innych mikroskładników-

Pobieranie azotanów zalety

1. Nie są toksyczne dla roślin

2. Zwiększają pobieranie kationów K, Mg

3. Mechanizm redukcji objawia się głównie w liściach mniejsze nakłady na transport węglowodanów

4. Konkurencja z Cl^- większa produktywność roślin w warunkach zasolenia

Warunki asymilacji azotu przez roślinę

1. Warunki konieczne

   1. zredukowane związki azotu

   2. zredukowane związki węgla- keto kwasy

   3. nośniki redukujące

ad a redukcja azotanów

1. NO3-+2H++2e- NO2- + H2O

2. NO2- + 6H+ +6e- NH3 + H2O +O2

Ad 1.2 ketokwasy a- ketoglutarowy; szczawiooctowy

Ad 1.3 NADH, NADPH, ferrodoksyna (Fe, S)

Reduktaza azotanowa NR;

reduktaza azotynowa NiR.

Superfosfat- nośnik molibdenu

Azotany musi być K+ Mg2+, Mo, S, Fe.

Ogólna charakterystyka procesów redukcji azotanów

1. Lokalizacja procesu; korzenie lub pędy nadziemne (ściślej liście)

2. Miejsce redukcji wynika z:

   1. Zaopatrzenie rośliny w azot

   2. Gatunku

   3. Wieku rośliny- im starsza tym więcej w liściach

3. Mała zawartość azotanów w glebie dominuje dedukcja w korzeniach

4. Szeregi redukcyjne wg wzrastającego potencjału redukcji w liściach

   1. Rzepak(dużo w korzeniach mniej w liściach)< jęczmień < słonecznik <kukurydza

   2. Łubin< groch< soja

5. Dostępność potasu im większa, tym większa redukcja w liściach

Wzrost stężenia azotanów w glebie a miejsce redukcji.

Wzrost stężenia azotanów- wzrost redukcji w liściach

Aktywne w redukcji są młodsze liściach i najmłodszych partiach liścia.

Niedobór i nadmiar azotu- objawy wizualne

• Liście bladozielone- szczególnie starsze

• Chloroza liściowa- cało-powierzchniowa

• Małe liście

• Zahamowany wzrost

• Karlenie roślin- łan, plantacja

• Przyspieszone kwitnienie

• Redukcja plonu

• U kukurydzy objaw w postaci wcięcia litery V- chloroza specyficzna

Niedobór azotu- skutki produkcyjne:

1. Mniejsza liczba pędów kwiatonośnych, kłosów

2. Mniejsza liczba kwiatów, kwiatków, ziarniaków

3. Mniejsza masa nasion, ziarniaków, bulw, owoców

4. Mniejsza zawartość białka- ziarno bulwy.

5. Mniejszy plon użytkowy

Nadmiar azotu:

1. Większa podatność zbóż, kukurydzy, rzepaku na wyleganie

2. Wzrost podatno ścina porażenie przez choroby

3. Opóźnione kwitnienie

4. Opóźniony termin zbioru

5. Spadek plonu użytkowego- większa podatność na wyleganie,

6. Pogorszenie jakości plonu użytkowego, poza pszenicą- nadmiar glutenu

Rośliny wskaźniki nadmiaru azotu:

• Szarłat szorstki

• Komosa

• Kukurydza- nadmiar kolb

Wykład 03.11.2008

Główne grupy związków azotu w roślinie

Aminokwasy białka

No3- amidy kwasy nukleinowe

NH4+ białka

Aminy inne: koenzmy, alkaloidy

mocznik

zw. Nieorganiczne, niskocząsteczkowe wielkocząsteczkowe

Związki azotu w roślinie

1. Aminokwasy, amidy i białka

2. Zasady azotowe RNA i DNA

3. Grupy prostetyczne enzymów

4. Składniki hormonów ( auksyny ,ABA)

5. Nośniki energii: ATP, NADP, NADPH

6. Fitosiderofory

7. Związki osmoregulacyjne w komórce

8. Alkaloidy ochronne

Charakterystyka związków azotu w roślinie

1. Azotany i pochodne

   1. Azotany niska

Zawartość synteza aminokwasów

1. Azotyny zawartość w roślinie znikoma

2. Nitrozo aminy

Azotany – skutki dla organizmu człowieka

1. Regulacja do azotynów zmniejszenie zawartości tlenu met hemoglobinemia ( Fe 2+ hemoglobiny w Fe 3+ methemoglobina)

Źródła azotanów w diecie człowieka

1. 70-85% warzywa

2. <21% woda pitna

3. 6% produkty mięsne

Akumulacja azotanów w roślinach

1. Rośliny akumulujące:

   1. Szpinak, sałata, kapusta pekińska, endywia, boćwina

   2. Buraczki czerwone, rzodkiewka, rzodkiew

2. Umiarkowanie lub słabo akumulujące:

   1. Umiarkowanie:

Seler, marchew , kapusta głowiasta, ziemniaki, kalafior

1. Słabo:

Pomidory, ogórki, papryka, melony, kapusta czerwona, groch owoce pestkowe, ziarno zbóż

Azotany – czynniki odpowiedzialne za wzrost zawartości – dlaczego azotany się kumulują

1. Czynniki roślinne:

• Gatunek rośliny

• Kierunek użytkowania

• Termin zbioru

1. Czynniki środowiska- czynniki nadrzędne

• Nadmiar azotu w glebie

• Złe warunki pobierania

  • Nadmiar lub niedobór wody ( susza)

  • Niski odczyn gleby

  • Niedobór światła – nie ma keto kwasów

• Regulatory wzrostu ( herbicydy 2,4 D, 2,4,5 –T)

1. Niezbilansowanie azotu- niedobór składników mineralnych: K, P, S , Mo !!!!!!!!!

Kontrola poziomu azotanów warzywach

1. Unikanie nadmiernych dawek azotu:

2. Akumulacja azotanów wzrasta w warunkach niedoboru światła i przy wysokich temperaturach;

3. Zbiory warzyw należy przeprowadzić po południu

   1. Najwyższy poziom azotany osiągają rano

   2. Najmniejszy poziom azotany osiągają wczesnym popołudniem

4. Należy usuwać ogonki liściowe- zawierają najwięcej azotanów

5. Wskazana selekcja liści

Azotany i azotyny osłabiają działanie witaminy C,E

Azotany mało toksyczne

Azotyny bardziej toksyczne

Objawy met hemoglobinemii:

• Niedobór tlenu

• Błękitność skóry

• Brązowa barwa krwi

• Śpiączka i irytacja

Aminokwasy egzogenne:

• Histydyna

• Izoleucyna

• Lizyna

• Metionina

• Leucyna

• Metionina

• Fenyloalanina

• Treonina

• Tryptofan

• Walina

Amidy

• Zmienna zawartość

• Zapasowe formy azotu w roślinie

• Dobrze wykorzystywane przez przeżuwacze

• Choroby roślin

• Łatwo pobierane przez patogenne grzyby i bakterie

Białka

1. Białko ogólne całkowita zawartość N w roślinie w praktyce zawartość Nx 6,25 lub 5,75 ( ziarno pszenicy)

2. Białko właściwe dominująca grupa związków azotu w roślinie ( enzymatyczne, strukturalne, zapasowe)

3. Białka zapasowe:

   1. Albuminy- rozpuszczalne w wodzie- najłatwiej przyswajalne zawartość

   2. Globuliny- rozpuszczalne w 0,85% NaCl – rośliny bobowate aminokwasów

   3. Prolaminy - rozpuszczalne w 70% alkoholu egzogennych

   4. Gluteliny rozpuszczalne w zasadach.

Synteza 1g kwasy glutaminowego wymaga 1,42 g a 1g lizyny 2,53 g glukozy

1. Aminy biogenne – poliamidy

1. Znaczenie metaboliczne

   1. Katony biogenny regulacja wymiany kationowo- amonowej

   2. Mają właściwości toksyczne

   3. Ochraniają enzymy

2. Niska zawartość w roślinach

1. Związki cykliczne:

   1. Chlorofil

   2. Witaminy B₁ tamina

   3. Choroba beri- beri

   4. Dieta poliwęglanowa

2. Alkaloidy:

• Nikotyna

• Teobromina- występuje w kakao

Azot- funkcje produkcyjne

Azot- wzrost roślin

Rola azotu w roślinie:

• Maksymalizacja wydajności fotosyntetycznej łanu, która polega na

  • Maksymalizacji jednostkowej produktywności liścia jako podstawowego składnika aparatu fotosyntetycznego rośliny

  • Optymalizacja powierzchni fotosyntetycznej łanu ( LAI – leaf area index- powierzchnia liści na powierzchni gleby)

Zawartość azotu w liściach a wskaźniki procesów fotosyntetycznych:

Wzrost N w liściach wzrost zawartości enzymu 1,5 – bisfostorybulozy

RuBP – rubisco :

Globalne zasoby białka w tym enzymie na ziemi szacuje się na 10mln t.

Masa cząsteczkowa enzymu obecnego w roślinach wyższych wynosi 550 000 Da ( daltony i składa się z 8 dużych jednostek o masie 55 000 Da oraz 8 małych o masie 15 000 Da, które łączą kationy magnezu.

Katalityczną aktywność karboksylazy 1,50 bisfosforybulozy, poprzedza utworzenie kompleksu CO2-Mg2+. Proces ten zachodzi 2 etopowo w obecności ATP.

Jeżeli roślina ma związać CO2 muszą być spełnione warunki – dostępność N, Mg, P !!!!!!!!!

Nawożenie azotem- pozostałe skutki morfologiczne, anatomiczne i fizjologiczne

1. Zmiana morfologii i anatomii blaszki liściowej ; większe liście, cieńsza epiderma, ciemna barwa liści

2. Zmiana pokroju rośliny

3. Wybujałość wzrostu

4. Przedłużona faza wzrostu wegetatywnego

5. Opóźnione kwitnienie

Efekty plonotwórcze

1. Zwiększa plon !!!!!!!!!!!!!!!

2. Zwiększa zawartość białka surowego ( ogólnego ) – glutenu w ziarnie zbóż

3. Zmniejsza zawartość

   1. Białka właściwego w tym aminokwasów egzogennych;

   2. Cukru – buraki cukrowe

   3. Skrobi – ziemniaki

   4. Oleju – rzepak

4. Zwiększa zawartość:

   1. Azotu szkodliwego w burakach cukrowych;

   2. Solaniny w ziemniakach;

Plon, jakość

plon

jakość

1 2 3

Dawka azotu

Nie zawsze przy dużej dawce azotu uzyskuje się dobrą jakość

Patogeny fakultatywne dopadają rośliny w stanie agonalnym

Wszystkie czynniki metaboliczne i syntetyczne oraz hamujące starzenie się roślin zwiększają odporność na pasożyty fakultatywne

Nawożenie azotem zwiększa udział tkanek młodych

Fosfor i potas w roślinie

Pobieranie składników

Fazą krytyczną rozwoju roślin jest faza szybkiego wzrostu zwaną w zbożach strzelaniem w źdźbło

W prawidłowo rozwijającym się łanie ilość akumulowanego potasu jest niższa niż azotu- po kwitnieniu.

Dla każdej rośliny można wytyczyć krytyczną koncentrację składników. Dla zbóż jest to koniec krzewienie ( przed fazą szybkiego wzrostu). Na początku krzewienia można stwierdzić jaki będzie poziom plonu.

Faza rozwoju:

1. Koniec krzewienia u zbóż

2. Na wysokości kolan u kukurydzy

3. Początek lipca u buraku cukrowego?

4. Początek kwitnienia – ziemniak ?

5. Tuż przed kwitnieniem- rzepak ozimy ?

Pierwotną przyczyną niedoboru Pi K w roślinie jest :

• Zbyt mała koncentracja jonów K, P w roztworze glebowym

• Zbyt wolne przemieszczanie się jonów K, P z roztworu glebowego na powierzchnię korzenia

Mechanizmy reakcji rośliny na niedobór P

niedobór : mały średni duży

P_i In w roślinie zmiany:

Profilacja systemu korzeniowego: | fizjologiczne: | procesy metaboliczne:

• Korzenie boczne | - remobilizajca P |-kwasy karboksylowe

• Włośniki |-enzymy: fosfataza kwaśna

• Mikoryza korzeni liściowe

pH cytoplazmy jest stałe, pH ryzosfery jest zmienne

Funkcje biochemiczno – fizjologiczne fosforu w roślinie:

1. ATP

2. Nukleotydy

3. Enzymy

4. Błony komórkowe

5. Składniki fityny

Fityna – forma zapasowa fosforu

1. Forma wyjściowa: kwas 6- inozyty- fosforowy

2. Forma zapasowa P rośliny – owoce ( ziarniaki)

3. Składnik blaszki środkowej liści

4. Nie występuje w korzeniach

Fityniany akumulują się po kwitnieniu.

Fosfor a Astan fizjologiczny rośliny:

• Wzrost korzeni stymuluje wzrost systemu korzeniowego i krzewienie się zbóż

• Pobieranie jonów zwiększa netto pobieranie jonów

• Tkankę mechaniczną łodyg bądź źdźbeł zwiększa zawartość związków budulcowych ( lignin)

• Reprodukcję zwiększa liczbę zawiązanych nasion

• Termin dojrzewania nasion Skraca okres dojrzewania rośliny; przykładowo odgrywa dużą rolę w produkcji kukurydzy ziarnowej

Fosfor- wizualne objawy

1. Niedoboru

• Zredukowana szybkość wzrostu liści i ich liczba

• Ciemnozielona barwa liści

• Zahamowanie wzrostu- klasyczna karłowatość

• Purpurowe przebarwienia na liściach, na ogonku liściowym, a nawet na łodydze ( niedożywienie totalne)

• Opóźnienie kwitnienia, słabe zawiązywanie nasion i owoców

• Niska jakość owoców

1. Nadmiaru

• Wywołuje niedobór Zn, Fe, Co- w Polsce nie ma takiego problemu

Skutki niedożywienia roślin uprawnych P

• Przerzedzenie ładu, plantacji

• Redukcja kwitnienia i zawiązywania nasion, przy drastycznym niedożywieniu brak

• Spadek plonu

Optymalne odżywienie fosforem- jakość plonów

• Wzrost zimotrwałości zbóż

• Mniejsza zawartość wody w ziarnie – u kukurydzy

• Wzrost zawartości białka w ziarnie, cukru, skrobi, oleju,

• Produkcja sadzeniaków- więcej bulw średnich, wyrównanych co do wielkości

Przykłady odporności na choroby wywołanych działaniem P

• Ziemniak zaraza ziemniaczana

Tolerancja na niedobór wody ( rośliny dobrze odżywione)

• Budowa ekstensywnego systemu korzeniowego

• Szybki wzrost liści

• Większa masa resztek pożniwnych

Tolerancja na niskie temperatury:

Wzrost tolerancji zbóż ( głównie pszenicy ozimej) na niskie temperatury wiąże się z dwoma grupami czynników

1. Lepsze ukorzenienie

2. Synteza skrobii

3. Metabolizm azotow

Plonotwórcze działanie fosforu:

• Stymulowanie wzrostu korzeni:

  • Wzrost tolerancji rośliny na niedobór wody

• Poprawa wartości biologicznej płodów rolnych

  • Synteza białek; szybsze przekształcenia

• Zmniejszenie zawartości azotanów w roślinach podatnych na akumulacje

  • Sałata, szpinak, burak ćwikłowy, rzodkiewka, marchew , seler, kalafior, ziemniak

• Wzrost odporności roślin na niektóre choroby

  • Przykład: zgorzel podstawy źdźbła

• Zwiększenie liczby i wielkości brodawek roślin motylkowych ( groch, fasola, lucerna, koniczyna)

Potas w roślinie

Składnik nr 1 ograniczający plony w Polsce

1. Regulacja procesów osmotycznych

   1. Wzrost komórek strefy elongacyjnej!!!!

   2. Regulacja cyklu dobowego pracy aparatów szparkowych!!!

2. Aktywacja enzymów roślinnych w procesach:

   1. Fotosynteza

   2. Produkcja energii

   3. Pobieranie jonów z gleby – w szczególności azotanowy

   4. Synteza węglowodanów białek tłuszczów

   5. Akumulacji asymilatów w organach zapasowych

3. Transport jonów i składników organicznych w ksylemie!

4. Transport związków organicznych i nieorganicznych we floemie!!!

Wzrost komórek elongacyjnych

1. Pierwiastek nie może zostać zastąpiony innym jednowartościowym kationem

2. Pierwszym objawem niedoboru potasu jest zahamowanie szybkości wzrostu najmłodszych roślin

Objawy niedoboru K:

1. Umiarkowany niedobór potasu ( utajony ) ujawnia się:

• Zwiększona transpiracja

• Utratą turgoru

• Przyspieszonym więdnięciem

• Zmniejszona asymilacja CO2

• Spowolnieniem szybkości wzrostu

• Wzrostem podatności roślin na choroby grzybowe i bakteryjne

1. Duży niedobór potasu ujawnia się w postaci:

• Chlorozy starszych liści

• Nekrotyczne plamy

• Więdnięcie i obumieranie liści

• Poparzenia liści- krawędzie liści poprzez rodniki tlenowe

Skutki plonotwórcze niedoboru K

1. Spowolniony wzrost roślin na słabo wykształconymi źdźbłami ( łodygami)- komórka nie rośnie na długość

2. Mniejsze rozmiary młodszych liści

3. Słabo rozwinięty system korzeniowy, który łatwo jest atakowany przez choroby

4. Mniejsze masy całych roślin- karłowacenie roślin

5. Zwiększona podatność roślin na niskie temperatury

   1. U roślin ozimych wzrost podatności na wymarznięcie i wypadanie z łanu

   2. U roślin jarych wzrost podatności na uszkodzenia

Niedobór K zwiększa podatność na wyleganie – K uczestniczy w syntezie rośliny , białek i amidów.

Dobre odżywienie roślin potasem zwiększa odporność na choroby grzybowe, wirusowe, bakteryjne oraz insekty.

Potas a jakość plonów- wybrane przykłady

1. Ziemniaki:

• Zapobiega ciemnieniu bulw przed i po gotowaniu

• Powinno być 2,5 % potasu w bulwie

• Zwiększa zawartość skrobi

• Zwiększa zawartość witaminy C

• Zwiększenie zawartości suchej masy, białka surowego

• Obniża zawartość cukrów redukujących , które powodują ciemnieni chipsów i frytek oraz nadają gorzki smak

1. Rzepak

• Wzrost zawartości tłuszczu

Wykład 7 17.11.2008

Składniki drugoplanowe i korzystne.

Formy :

Wapń Ca2+, Mg 2+, Siarka – SO4⁼, SO2, H2S

Krzem, Sód Na+,

Roślina prawidłowo funkcjonuje jeśli wapnia i magnezu jest więcej niż roślina potrzebuje, siarki tyle ile potrzebuje tyle powinno być.

Mg

P

Czas wegetacji

Akumulacja składnika.

Rośliny dwuliścienne mają wielokrotnie większe wymagania magnezu. Rośliny dwuliścienne akumulują więcej wapnia

Wapń w łańcuchu pokarmowym:

Funkcje wapnia:

1. Człowiek o masie 70kg zawiera około 1200g wapnia.

2. Ponad 98% wapnia rozmieszczone jest w kościach, głównie w postaci krystalicznych odmian fosforanu wapnia

Źródła wapnia

1. Warzywa liściaste- brokuły, szpinak, kapusta włoska, jarmuż, rzepa;

2. Owoce- pomarańcza

3. Fasole, grochy i produkty pochodne

4. Nasiona- sezamu, migdałowca

Wapń w roślinie – funkcje

1. Zawartość w roślinie:

   1. 1liścienne 0,15- 1,1%

   2. 2 liścienne 0,55- 1,3%

2. Nie jest pobierany na całej długości korzenia, lecz tylko w niewielkiej strefie, wierzchołkowej korzenia- niezsuberyzowana endoderma- aby pobierać składnik musi ciągle budować korzeń

3. Nieruchliwe we floemie- przemieszcza się tylko w ksylemie- ruch jednokomórkowy

4. Mechanizm pobierania

   1. Przepływ masowy

   2. Intercepcja

Funkcje biochemiczno fizjologiczne:

1. Stabilizacja komórek roślinnych- blaszka środkowa

2. stabilizacja membran cytoplazmatycznych- w tej funkcji wapń nie jest zastępowany przez jakiekolwiek inne. Jak rzeszoto

3. wzrost korzenia

4. aktywacja i modulacja enzymów

5. wtórne przekazywanie sygnału hormonalnego- dzisiejsza biochemia i fizjologia

6. transport auksyn- przemieszczane w ko transporcie razem z wapniem

W cytoplazmie koncentracja wapnia jest wyrażana w nM – nanomole. Tak niska koncentracja zapobiega wytrącaniu się fosforanów i zmniejsza współzawodnictwo z Mg²⁺ o miejsce wiązania, roślina nadmiar wapnia transportuje do wakuoli gdzie neutralizuje kwasy nieorganiczne np. szczawiany wapnia. W mitochondriach funkcja enzymatyczna- enzymy oddechowe, największe ilości wapnia występują w ścianie komórkowej i blaszce środkowej

cytoplazma

Wakuola blaszka ściana kom. plazmolema

środkowa

mitochondria

Wapń jeśli jest dostarczony w odpowiednim poziomie chroni naturalnie przed patogenem.

Wapń a wzrost korzenia- niedobór hamuje procesy podziału komórek

Wydłużanie się korzenia ( mm)

Dostateczna ilość wapnia

Niedobór po jakimś czasie

T (h)

Enzymy kontrolowane przez wapń - Niski poziom Ca2+ w cytoplazmie stymuluje wiązanie CO₂

Zaburzenia w rozwoju korzeniowego:

1. korzenie nitkowate

2. mała liczba rozgałęzień

3. mało włośników

4. barwa brunatna

5. śluzowaty nalot

Objawy wizualne:

1. nie rozwijają się najmłodsze liście – zamieranie pączków merystemów wierzchołkowych ( korzeniowych i pędów nadziemnych)

2. zaburzanie procesach podziału i różnicowania komórek- skrócenie międzywęźli u zbóż.

3. Łamliwość liści

   1. Chloro tyczne

   2. Haczykowato skręcone

4. „Więdnięcie fuzaryjne”- gdy gleba jest piaszczyste i pH poniżej 4

5. Gorzka plamistość podskórna i brunatnienie miąższu jabłek

6. Sucha zgnilizna wierzchołków pomidora

Magnez

Ciało człowieka zwiera około 760mg Mg przy narodzinach, 5g w wieku 4-5 miesięcy i 20mg u dorosłych

Magnez pełni liczne funkcje w organizmie człowieka. Pierwiastek ten jest odpowiedzialny za prawidłowe funkcjonowania 300-350 enzymów. Dobra wydajność energetyczna organizmu, zdrowe i mocne zęby, silny kościec.

Przyczyny niedoboru magnezu w organizmie człowieka

1. Przyzwyczajeń żywieniowych konsumenta do żywnośći:

   1. Ubogiej w magnez ( białe pieczywa i mięsa)

   2. Bogate w białko lecz jednocześnie ubogiej w magnez

   3. Bardzo bogate w wapń, ubogie w witaminy B1, B6 bogatej w fosfor z nadmiarem witaminy D

2. Konsumpcaj alkoholu, cukru- usuwanie magnezu z organizmu

3. Chorobowe zakłócenia metabolizmu organizmu- diabetycy

Nasiona roślin o dużej ilości magnezu:

• Strączkowe,

• Żyto – całe nasiona

• Pszenica

• Owes

• Orzechy laskowe

• Orzechy włoskie

• Kakaowe

• Czekolada gorzka

• Ryż brązowy

• Migdały

• Soja

• Orzeszki ziemne

• Herbata

Rośliny takie jak pomarańcza i cytryna nie posiadają magnezu w owocach gdyż występują tam gleby alkaliczne i pobieranie tego składnika jest utrudnione.

Rośliny bogate w magnez:

• Kakaowiec

Magnez w organizmie człowieka przeciwdziała

1. Depresjom

2. Trudnościom dzieci w nauce

3. Bulom głowy, zmniejsza napięcie mięśni tylu głowy szyi i ramion

4. Zakłócenie w obiegu krwi

5. Podatność na zakrzepicę

6. Twardnieniu naczyń krwionośnyuch

7. Dusznicy bolesnej

8. Atakowi serca

9. Zakłócenie menstruacji i poronieniom

10. Skurczom żołądka i jelit

Magnez w roślinie:

Rośliny pobierają z gleby, ściślej z roztworu glebowego kation Mg2+ które do powierzchni korzenia docierają dwoma drogami (1) kontaktu bezpośredniego (12%) oraz ( 2) z prądem transpiracyjnym wody (88%)

Konkurenci magnezu to:

• Ca²⁺

• Mg²⁺

• Mn²⁺

• Cd²⁺

• Co²⁺

• Ni²⁺

• K⁺

• Na⁺

90% magnezu jest związane z ATP gdyż warunkuje to jego funkcje

Funkcje magnezu w roślinie

1. Składnik chlorofilu

2. Aktywator układów enzymatycznych regulujących procesy

   1. Fotosyntezy

   2. Przemian energetycznych

   3. Syntez węglowodanów, białek, tłuszczów

3. Aktywator procesów odpowiedzialnych za pobieranie składników mineralnych przez roślinę z gleby

Nie ma procesu w którym nie bierze udział magnez

Obecność magnezu w cząsteczce chlorofilu w której stanowi atom centralny, jest zjawiskiem powszechnie znanym. Niemniej ważnym jest fakt, że w tej specyficznej funkcji, jon Mg2+ nie może być zastąpiony przez żaden inny kation. Stanowi około 20% całkowitej ilości Mg w roślinie 1/5 magnezu w roślinie to magnez w chlorofilu.

• Powstanie kompleksów Mg-ATP decyduje o przemianach energetycznych w roślinie

• Niedobór magnezu w roślinach hamuje syntezę związków zapasowych, przykładowo syntezę skrobi w ziemniakach, czy tez w ziarnie zbóż

Objawy niedoboru magnezu:

• Mniejsze liście

• Jasne liście

• Chloroza

Cechy plonu które zależą od magnezu:

• Plon ziarna

• Masa ziarniaka

• Zawartość białka

• U strączkowych wiązanie azoty przez bakterie brodawkowe

• U oleistych zawartość i produkcja oleju

• Plon cukru u buraka cukrowego

• W owocach zawartość magnezu i witaminy A, podobnie w warzywach z tym że dodatkowo wzrost zawartości magnezu to obniżenie zawartości azotanów

Rola magnezu to stymulacja pobierania azotu z gleby- plonotwórcza rola

Siarka

Niedobory siarki u ludzi– grupa ryzyka:

1. Wegetarianie

2. Dzieci

3. Sportowcy

4. Nosiciele wirusa HIV

Siarka w roślinie:

Akumulacja siarki w roślinie przez rośliny ziarnkowe

kwitnienie

Czas, t

Odczyn gleby a pobieranie SO₄^2-

H⁺- zakwaszenie

Gleba kwaśna

SO₄^2- Gleba obojętna

SO₄^2-

OH^- odkwaszanie

Redukcja siarczanów w roślinie

SO42- +ATP+8e- + 8H+

Mg2+ + enzymy S2-+

Rola plonotwórcza

1. Bezpośredni wzrost plonu, jako wynik większej efektywności azoty ( nawozowego i glebowego)

2. Wzrost tolerancji roślin na stresy abiotyczne ( zbyt niskie i zbyt wysokie temperatury; niedobór wody)

3. Wzrost odporności roślin na stresy abiotyczne, choroby

Funkcje siarki w roślinie

1. Synteza białek

2. Synteza chlorofilu

3. Kontrola azotanów

4. Wiązanie N₂

5. Synteza lignin

6. Synteza kwasów tłuszczowych

7. Rośliny oleisty potrzebują 3X więcej niż zboża – synteza oleju

8. Walory smakowe i zapachowe

Związki siarki w roślinie:

1. Składnik aminokwasów: cysteina, metionina – test

2. Grupa prostetyczna enzymów ( 2Fe-2S): ferrodoksyna

3. Synteza ligniny

Funkcje ferrodoksyny:

1. Reduktaza azotynowa

2. Nitrogeneza- redukcja N₂

3. Wiązanie CO₂

4. Redukcja siarczanów

Pozostałe związki siarki:

1. Glutation –GSH

2. Koenzym A

3. Związki heterocykliczne:

   1. Taimina- witamina B₁

   2. Biotyna- witamina H

4. Związki lotne

   1. Olejki czosnkowe

   2. Olejki gorczyczne

Objawy niedoborów siarki- wizualne- kiedy stwierdzimy wizualne niedobory siarki już mamy utratę plonu, tzn. że roślina jest skrajnie niedożywiona siarką. Siarka nie podlega demobilizacji- wtórne uruchomienie. Objawy pojawiają się zawsze na liściach nowych, dojrzałych.

Krzem

1. Występuje w postaci krzemionki, jest najbardziej stabilnym jej składnikiem

2. Może występować w formie kwasu ortokrzemianowego

Czynniki kształtujące pobieranie krzemu:

1. Gatunek rośliny, odmiana ( ryż ,trawy)

2. Wielkość rośliny- wzrasta do fazy kwitnienia

3. Organ rośliny- blaszki liściowe ( epiderma)- ściany ksylemu

4. Wilgotność gleby- generalnie zwiększa

5. Nawożenie azotem- generalnie zwiększa

Glyceria Maxima, Eleocharis palustris, Equisetum arvense- bardzo dużo

Lotus corniculatus- bardzo mało

Funkcje krzemu w roślinie:

1. Akumulacja : 0,1-10%

2. Podział roślin ze względu na akumulację:

   1. >1% akumulujące ( skrzypy, trawy)

   2. <1% nieakumulujące (motylkowate)

3. Forma depozycji w roślinie – opal

Funkcje specyficzne krzemu

1. Stymuluje produkcje związków fenolowych- są toksyczne dla grzybów

2. Synteza lignin- jak produkuje fenole to syntetyzuje ligniny

3. Stymulacja wzrostu roślin ( korzenie; pędy nadziemne – ryż; trzcina cukrowa; jęczmień)

4. Reguluje niezbilansowanie SM w roślinie;

5. Zmniejsza toksyczne działanie manganu i żelaza

6. Zmniejsza szkody wywołane działaniem promieni ultrafioletowych- największe znaczenie w Argentynie

7. Zmniejsza współczynnik transpiracji

8. Zwiększa odporność na wyleganie

9. Zwiększa odporność roślin na atak chorób grzybowych ( mączniak prawdziwy, phytium)

Sód

1. Duża zawartość w skorupie ziemskiej 2-8%

2. Zawartość w roztworze glebowym w strefy umiarkowanej

3. Zawartość w roztworze glebowym gleb strefy suchej

4. Selektywność pobierania przez rośliny:

   1. Nitrofile- rośliny zależne od sodu

   2. Nitrofoby- niezależne od sodu i wrażliwe na nadmiar- nie wolno stosować nawozów zawierających sód

Tolerancyjność roślin na sód- reakcja na sód

1. Duża – nitrofile ( znaczny wzrost plonu): buraki cukrowe, boćwina , rzepik , rzepak?!, niektóre trawy ( Rhodes grass)

2. Umiarkowana: kapusta, rzodkiew, bawełna, groch, len, pszenica, szpinak

3. Ujemna- rośliny wrażliwe: jęczmień, proso, owies, ryż, pomidor, ziemniak, rajgras

4. Bardzo negatywna- (nitrofoby): kukurydza, żyto, soja, fasola, sałata, tymotka

Funkcje specyficzne sodu

1. Zastępowanie jonów K⁺ ; skutek wzrostu suchej masy buraków i traw!!!! Szukanie nawozów sodowych by częściowo zastąpić potas

2. Dodatni wpływ na wydłużanie się komórek

3. Wzrost grubości liści i liczby aparatów szparkowych- sukulentyzacja liści- ważne ze względu na suszę

4. Dodatni wpływ na gospodarkę wodną roślin- wzrost odporności na stres wodny

5. Kontrola syntezy skrobi przez buraki ( hamowanie aktywności)

Wykład 31.12.2008

Główne procesy geochemiczno- geologiczne

1. Transformacja w węgiel kopalny

2. Rozkład i cykl skalny

   1. C _org- CO₂(gleba zawiera 3Xwiecej węgla niż atmosfera 750GT w atmosferze)

Rodzaje materii organicznej w glebie uprawnej:

1. Świeża materia organiczna do 1 roku od wprowadzenie do gleby, jest rozpoznawalna wizualnie

2. Materia organiczna labilna; od 2- 5 lat od wprowadzenia- oznacza efekt działania z 1pkt.

3. Materia organiczna stabilna; od 5- 100lat- też się rozkłada, co prawda znacznie wolniej

4. Materia organiczna trwała; powyżej 100lat- materia którą można przyjąć że się nie rozkłada

CO₂( 60-80%)

K, Mg, P

Resztki

organiczne 100% CO₂

próchnica ( 15-35%)

mikroorganizmy

glebowe (3-8%)

Czynniki warunkujące rozkład ŚMO

1. Podatność na biodegradację

   1. Zawartość azoty

   2. Stosunek C:N

   3. Zawartość ligniny

2. Środowisko – warunki fizyczno-chemiczne w glebie:

   1. Temperatura

   2. Wilgotność gleby

   3. Żyzność gleby

   4. Związki toksyczne

Zawartość N%	C:N	Stan dostępności N mineralnego w glebie
<1,2	>1:33	Ubytek, biologiczne uwstecznianie Nmin
1,2-1,8	1:22-33	Labilny, zmienny w czasie
>1,8	<1:22	Wzrost, mineralizacja C organicznego

Zawartość azotu- biologiczne uwstecznianie azoty

D_N= 12- Nrr

Nrr- zawartość azotu w resztkach pożniwnych

Obliczanie dawki kompensacji azotu

Przykład. Obliczanie dawki azotu równoważącej ujemne, biologiczne saldo bilansowe składnika

Dane:

1. P_u plon uboczny , 6t/ ha

2. N_u ilość azotu w plonie ubocznym 5kg N/t

Obliczania: zgodnie z algorytmem

N_SB= 6(12-5)= 6*7=42

Rodzaj materiału	Wartość C:N
Bakterie glebowe	5(8):1
Gleba	10:1
Koniczyna, młode rośliny	20:1
Obornik	20:1
Koniczyna, rośliny dojrzałe	23:1
Żyto, rośliny młode	36:1
Kukurydza, słoma	60:1
Zboża, słoma	80:1
Trociny , dąb	200:1
Trociny , sosna	286:1

Rośliny młode szybciej się rozkładają, mają mniejszy stosunek C:N, zawierające mniej ligniny

Podatność materiału ogranicznego resztek roślinnych, nawozów organicznych i naturalnych wprowadzanej do gleby na rozkład mikrobiologiczny

Świeża materia organiczna

Grupa przejściowa

Zmienny stosunek C:N

Celuloza, hemiceluloza

Składniki labilne Składniki stabilne

wąski stosunek C:N – cukry, skrobia, białka szeroki stosunek C:N

Kinetyka rozkładu resztek roślinnych w glebie

Ubytek C %

t- miesiące, lata

Zawartość próchnicy w glebie %

Gatunek gleby	Niska	Średnia	Wysoka
Piaszczyste GL. Bardzo lekka	<0,85	0,85-1,7	>1,7
Gliny piaszczyste GL. Lekka	<1,2	1,20-2,40	>2,4
Gliny średnie	<1,55	1,55-3,1	>3,1
Gliny ciężkie i iły	<2,0	2,0 – 3,4	>3,4

Skorelowane z częściami spławianymi gleby

Bilans próchnicy w glebie lekkiej

1. Zmianowanie

   1. Rzepak pszenica ozima pszenżyto ozime

2. Produkcja resztek roślinnych , wg modelu gospodarki RR:

   1. Klasyczny: 103 3=16 t/ha

   2. Ekologiczny: 10 67= 23t/ha

3. Aktualna zawartość próchnicy w glebie = 1% 30t/ha

4. Oczekiwana zawartość próchnicy w glebie : 2,4 72t/ha

5. Mineralizacja próchnicy naturalnej = 1,5%/rok 3lata X30tX1,,5% = 1,32t/ha

6. Współczynnik humifikacji resztek roślinnych ( to co zostanie jako próchnica po 3 latach w glebie ) = o,2

   1. Klasyczny 3,2

   2. Ekologiczny 4,6

7. Bilans próchnicy

   1. 30-1,35+ 3,2 = 31,85t/ha

   2. 30-1,35+4,6=33,25t/ha

8. Czas potrzebny do osiągnięcia celu -72t/ha

   1. Klasyczny- 23lata

   2. Ekologiczny -13lat

Funkcje próchnicy w glebie :

1. Sekwestracja (eliminacja) atmosferycznego C

2. Kształtowanie właściwości gleby

   1. naturalna żyzność

   2. gospodarką wodną

3. Uwstecznianie związków toksycznych

Właściwości biologiczne gleby

1. Mineralizacja – uwalnianie składników pokarmowych:

   1. Cykl obiegu składników pokarmowych w środowisku

   2. Hamowanie wzrostu i rozwoju patogenów glebowych

2. Synteza polisacharydów

   1. Struktura gleby- sklejają elementarne cząstki gleby ze sobą

   2. Synteza próchnicy- akumulacja wody, wzrost korzeni

3. Rozkład toksycznych związków organicznych

Właściwości fizyczne gleby

1. Struktura gleby, włąściowści wodne ( infiltracja , retencja), regulacja właściwości powietrznych gleby:

   1. Zmniejsza zagrożenie erozyjne ( wodna powietrzna)

   2. Zmniejsza koszty przeprowadzania zabiegów uprawowych

Właściwości chemiczne :

1. Źródło składników mineralnych

2. Reguluje wielkość glebowego kompleksu sorpcyjnego!!

3. Wyłączenie toksycznych kationów, co najmniej czasowe z obiegu

4. Wyłączenie, neutralizacja toksycznych związków organicznych.

Azot

1. Azot jest pierwiastkiem, który naturalnie kontroluje wielkość produkcji pierwotnej ( ilość związanego C w biomasie roślin);

2. Azot jest pierwiastkiem który decyduje o wielkości produkcji żywności

3. N₂ główny składnik atmosfery, nie jest składnikiem pokarmowym roślin

4. Rośliny pobierają azot tylko z form nieorganicznych

5. Zdolność do biologicznego wiązania azotu wykazują tylko niektóre rośliny

6. Produkty przemian azotu stanowią największy problem ekologiczny

Organizmy wiążące azot atmosferyczny:

1. Wolno żyjące bakterie tlenowe Azotobakter

2. Wolno żyjące bakterie beztlenowe Clostridium…

Wiązanie czyli przekształcenie atmosferycznego N2 w NH3 wymaga:

• Obecności organizmów wiążących N2

• Dopływu energii

• Obecności jonów Mg

• Obecność Mo, Fe, S

• Dobrego zaopatrzenia gleby w tlen

Symbioza roślina – bakteria fazy:

1. Pasożytnicza: powstająca bakteroida rozwija się kosztam energii i asymilatów z rośliny żywicielskiej

2. Symbiotyczna: oba organizmy współpracują ze sobą z obopólną korzyścią

3. Deklinacyjna

Lucerna wiąże 200kg, koniczyna 150, fasola 50kg, soja łubiny 100kg.

Wiązanie azotu przez rośliny uprawne- efekty jakościowe:

1. Wzrost aktywności mikroorganizmów

2. Poprawa struktury gleby

3. Wzrost zawartości próchnicy glebowej

4. Uruchamianie przyswajalnego fosforu

5. Uruchomienie mikroskładników

6. Wzbogacenie gleby w azot

Straty azotu

Ulatnianie amoniaku:

Inwentarz żywy

Dzikie zwierzęta

Gleba i roślinność NH₃ w atmosferze

Nawozy

Człowiek

Grupa zwierząt	Kg NH3/sztukę / rok
Krowy mleczne	22,57
Pozostałe bydło	10,12
Trzoda	6,21
Konie	8,1
Owce	1,36-2,6

Mechanizm ulatniania NH3 z gleby

NH4+ + OH- NH3 +H2O

Warunki: wysokie pH

Czynniki sprzyjające stratom NH3 z gleby

1. Wysokie temperatury duże tempo mineralizacji, ale nitryfikacja

2. Wiatr zmniejsza koncentracje NH3 w atmosferze

3. Duża wilgotność gleby patrz pkt 1.

4. Mały kompleks sorpcyjny gleby mała pojemność względem NH4+

Nawozy amonowe w glebie świeżo wapnowanej lub o odczynie alkalicznym

1. (NH4)2SO4 +CaCO3=

   1. (NH4)2SO4= 2NH4+ + SO4

   2. CaCO3+3H2O + CO2= Ca2+ +2OH- + 2H2CO3

2. Ca2+ + SO42- = CaSO4

3. 2NH4+ + 2)H- = 2NH3 + 2H2O

4. Lecz 2NH4+ + 4O 2NO3- + 4H+ + 2H2O

Straty NH3 z mocznika

1. Przemiany mocznika w glebie – ureaza

CO(NH2)2 + 2H2O 2NH4+ + CO32-

CO32- + H2O HCO3- + OH-

NH4++OH- NH3 + H2O

Z tej przyczyny mocznik zawsze trzeba mieszać z glebą

Zabiegi agrotechniczne ograniczające straty amoniaku z nawozów

1. Zakwaszanie nawozów zawierających formę amonową

2. Natychmiastowe, tuż po zabiegu mieszanie nawozów amonowych z glebą

3. Stosowanie nawozów zawierających formę amonową tylko przed deszczem

4. Na glebach wapiennych , świeżo wapnowanych, stosowanie nawozów zawierających tylko formę azotanową

Wymywanie azotanów- czynniki sprzyjające

1. Rozkład opadów w okresie jesienno zimowym

   1. Późna jesień

   2. Lekka zima

   3. Duże opady śniegu zimą i roztopy wczesną wiosną

2. Gleba

   1. Przepuszczalna dla wody opadowej; gleby bardzo lekkie i lekkie

3. Gospodarka azotem

   1. Duża ilość azotu mineralnego w glebie na początku jesieni

   2. Zakładany brak okrywy roślinnej zimą

   3. Duże dawki azotu mineralnego wczesną wiosną

Podatność składników mineralnych na wymywanie

Duża	Umiarkowana	Niska
Azot azotanowy (NO3-) Chlorki (Cl-) Borany Kwaśne węglany wapnia i magnezu	siarka siarczanowa (SO42-) Sód(Na+)	Ortofosforany (H2PO4-) Potas( K+) Mikroskładniki ( Fe , Mn, Cu, Zn)

Dyrektywa azotanowa- w 1991 91/676/EWG– celem rozporządzenia jest ograniczenie zanieczyszczenia wód powierzchniowych i głębinowych azotem pochodzącym bezpośrednio ze źródeł rolniczych.

Pola uprawne – sposoby ograniczenia strat N-NO3

1. Zmniejszenie nawozowych dawek azotu-

2. Podział dawki ogólnej

3. Precyzyjna technika nawożenia

4. Dolistna aplikacja azotu

5. Pożniwna kontrola tzw. Azotu resztkowego

6. Oparcie dawki azotu o pomiar azotu mineralnego w glebie

Produkty denitryfikacji azotanów

Proces przemiany azotanów przez organizmy żywe.

NO3 NO2NH2OH NH3N_org

NON2O N2 – związki ulatniają się do atmosfery

NH₃

Uzupełnić ostatnie 10minut wykładu

Wykład 8.12.2008

Fosfor

Źródła i procesy

Fosfor w glebie- rozmieszczenie

Roztwór glebowy 1%

P mineralny 40-60% P organicznyt 60-40% ( do 90%)

H2PO4- - występuje w pH lekko kwaśnej i obojętnej

W glebach po odczynie powyżej 6 rośliny krzyżowe i motylkowate zakwaszają. Maksymalny odczyn dostępności P 4-8pH. Źródła i procesy kontrolujące ruchliwość Pi w glebie.

1. Źródła

   1. Minerały

   2. Tlenki Al./Fe

   3. Materia organiczna

   4. Nawozy : naturalne, organiczne ( recykling)) i mineralne

2. Procesy:

   1. Rozpuszczanie / wytrącanie

   2. Adsorpcja/ desorpcja

   3. Mineralizacja/ immobilizacja

Zawartość ogólnego P w glebie w warstwie 0-15cm waha się w zakresie 500-2000kg/ha, lecz tylko niewielką część składnika rośliny mogą pobrać z gleby w okresie wegetacji.

Minerały fosforowe:

1. Odczyn powyżej pH 6.5

Ca5(PO4)3OH hydroksyapatyt

Ca5(PO4)3F fluoroapatyt

Ca3(PO4)2 fosforan trójwapniowy

CaHPO4 fosforan jednowapniowy

1. Odczyn poniżej pH 6.5

SlPO42H2O waryscyt

FePO42H2O strengit

Czynniki ograniczające przyswajalność P dla roślin

Zawartość dostępnego P w glebie, ściślej w roztworze glebowym jest bardzo niska ( 0,1 – 1 mg/dm3)

Odczyn gleby : <6.5 i >7.5

Gleby zasadowe: rędziny, para rędziny

Gleby piaszczyste

Niskie temperatury

Nadmierne uwilgocenie

Procesy kontrolujące fosfor aktywny w glebie- kwaśny i zasadowo- wytrącanie P zbliżone do Al sorpcja, zasadowy stan niezależny

Kontrola aktywności fosforu w glebie

1. Stan początkowy w glebie po zastosowaniu nawozu fosforowego

Ca(H2PO4)2 Ca2+ + 2H2PO4-

Wariant I odczyn bardzo kwaśny gleby ( typowy w warunkach Polski)

9. Glin występuje w postaci : Al.( OH)2+

10. Al.(OH)2 + + H2PO4- AlPO4 +H2O

Wariant II odczyn zasadowy ( w g)2lebach świeżo wapnowanych

9. Wzrost odczynu : Ca (OH)2 +Ca2+ 2CaHPO4

10. 2Ca HPO4+Ca2+

Fosfor organiczny w glebie

Pochodne inozytolu ( związki fitynowe) 10-50%

Fosfolipidy 1-5%

Kwasy nukleinowe 0,2-0,5%

Mineralizacja – immobilizacja

1. Stosunek C:P w resztkach roślinnych

C:P

<200 200-300 >300

>0,2 0,2- 0.13 <0,13

Mineralizacja stan równowagi biologiczne uwstecznianie - słoma

W słomie z reguły fosforu jest mało.

Fosfor i środowisko

Fosfor przemieszcza się do środowiska wówczas gdy osiąga wody płynące- zbiorniki powierzchniowe:

• Erozja –nachylenie stoku, struktura, opady,

• Wymywanie- cząstkowe przemieszczanie się- wraz z glebą i transportowany w formie zawiesiny.

Fosfor w środowisku wodnym wywołuje eutrofizację

Fosfor

Glony

eutrofizacja

tlen obumieranie

rozkład

Czynniki glebowe	Wpływ czynnika na fosfor	Ryzyko środowiskowe
Duże P w glebie	Duża zawartość ogólnego fosforu	Wysokie
Duża zawartość Ca, Al., Fe	Prowadzą do wytrącania się P zmniejsza tym samym zawartość P w roztworze glebowym	niskie

Wpływ zabiegów agrotechnicznych na migrację P w środowisku

Zabieg agrotechniczny	Skutek	Ryzyko środowiskowe
Wieloletnie, duże dawki P	Wzrost zawartości P ( DRP) w glebie	Duże
Nawiżenie obornikiem ( gnojowicą ) w nieodpowiednim terminie	Zawartość P ( DRP) w glebie	Duże
Wypas pastwiskowy	Lokalny wzrost P (DRP)	Duże
Uprawa wzdłuż stoku	Zwiększona podatność gleby na erozję	Duże
Uprawa w poprzek stoku	Zmniejszona podatność gleby na erozję	Małe
Melioracja	Zwiększona infiltracja wód opadowych	Małe
Optymalne nawożenie P	Zmniejszona ilość P w glebie	Mała

Zabiegi naprawcze obejmują:

1. Źródła fosforu- kontrola

• Zasobność gleby w P

• Regulacja odczynu gleby

• Zmniejszenie dawek P

• Zmiany w technologii nawożenia P:

  • Dzielenie dawki fosforu

  • Nawozy fosforowe

  • Poszukiwanie nowych metod stosowania nawozów fosforowych( nawożenie punktowe , zlokalizowane, dolistne)

• Racjonalizacja żywienia zwierząt:

  • Unikanie nadmiaru P w paszach

  • Wprowadzanie pasz o wysokiej jakości P

  • Wzbogacanie pasz w fitazy(przyspieszają rozkład fosforu fitynowego) pochodzenia mikrobiologicznego

1. Kontrola procesów odpowiedzialnych za transport P:

• Mniany struktury użytkowania terenu:

  • Odtworzenie , na dużych powierzchniach pól uprawnych, oczek wytopiskowych

  • Odtworzenie w zagłębieniach terenu podmokłych zbiorowiski roślinnych

• Tworzenie lub rozbudowa roślinnych stref buforowych

  • Zakładanie pasów roślinności zatrzymujących wody spływające po stoku

  • Zakładanie pasów trwa u podnóża stoków oraz wokół zbiorników wodnych

• Wprowadzenie nowych metod uprawy roli ( tzw. Metod konserwujących)

  • Wprowadzenie na stoki podatne na erozję roślin wieloletnich

Siarka

Źródła siarki w glebie

1. Pierwotnym źródłem siarki jest gleba

2. Resztki roślinne

3. Nawozy organiczne i niektóre mineralne

4. Środki ochrony roślin

5. Atmosfera (kwaśne deszcze) – czy jeszcze i nie tak dużo…

Mineralizacja siarki w glebie

Stosunek C:S

<80	80-160	>160
Mineralizacja	Krótkotrwała stabilizacja	immobilizacja

Mineralizacja i utlenianie siarki

1. Mineralizacja:

   1. Biologiczna C:S

   2. Biochemiczne : C-O-S:

R-C-O-SO3 - + H2O R-C-OH + SO42- +H+

Hydroliza połączeń estrowych jest podstawowym źródłem siarki dla rośliny

1. Utlenianie:

H2S+ 2O2 H2SO4< H+ + HSO4- <-> 2H+ + SO42-

Główne kationy

Pojemność sorpcyjna gleby:

1. Ujemny ładunek koloidów w glebie zobojętniają kationy z roztwory glebowego; powstaje elektrycznie obojętna micela

Koloid + kation micela

1. Pojemność sorpcyjna w glebie zależy od zawartości koloidów mineralnych i próchnicy

2. Gleby w Polsce są ubogie w koloidy mineralne(<0,02mm), a więc o pojemności sorpcyjnej decyduje zawartość próchnicy

W glebie jak wzrasta pH to wzrasta ładunek, za jego wzrost odpowiedzialna jest próchnica

100% wiązanie kationów

Próchnica, ładunek zmienny

Minerały ilasta, ładunek stały pH= 2-10

Czynniki kształtujące zawartość K w glebie

1. Skład granulometryczny gleby: im więcej cząstek ilastych, tym więcej potasu

2. Minerały budujące glebą: glinokrzemiany pierwotne i minerały ilaste

Formy potasu w glebie:

Roztwór glebowy K+

Wymiana jonowa

desorpcja

K+ K wymienny K niewymienny K strukturalny

fiksacja wietrzenie

z tych trzech form korzysta roślina

Procesy kształtujące wymianę K+ między fazą stałą a roztworem glebowym

1. Mineralizacja resztek roślinnych – uwolnienie do gleby protonów , H+

2. Wapnowanie wprowadzenie do roztworu glebowego Ca2+

Schemat procesy Gleba ] K+ + H+ Gleba ] H+ + K+

Roztwór glebowy Roztwór glebowy

Straty K z gleby

1. Eksport potasu w produktach rolnych poza gospodarstwo

2. Niewymienne wiązanie jonów K+ przez minerały ilaste, czyli fiksacja- zamykanie w pakietach- illit

3. Erozja i wymywanie jonów K+ poza zasięg systemu korzeniowego

Wapń i Magnez

Główne minerały zawierające wapń i magnez:

1. Węglany ( kalcyt, magnezyt, dolomit)

2. Krzemiany ( piroksen, hornblenda, oliwin, serpentynit, wollastonit)

3. Glinokrzemiany ( anortyt, biotyt, chloryt)

4. Siarczany ( anhydryt, gips, kizeryt, sól gorzka)

Czynniki naturalne kształtujące wymywanie wapnia i magnezu

1. Niski odczyn gleby:

2. Mała zdolność gleby do akumulacji kationów zasadowych

3. Intensywne opady w okresie zimowym

4. Intensywna mineralizacja materii organicznej

Mikroskładniki

• Kationy – Fe 2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+, Cu2+

• Aniony MoO42-, Cl-

• Obojętne B(H3BO3)Mikroskładniki- źródła i procesy

Nawozy roślina

Nawożenie pobieranie

Materia organiczna mineralizacja roztw. Glebowy wymiana wymienne

Gleby- chelaty uwstecznianie adsorpcja

Rozpuszcznie i wytrącanie

Minerały glebowe

Żelazo (Fe)

1. Charakterystyka ogólna

• bardzo niska rozpuszczalność 10^-15 to 10^-20M

  • zbyt niska aby pokryć potrzeby roślin

• spodziewane niedobor: duże pH ( powyżej 5,5)

1. Formy w glebie:

• minerały: hematyt, magnezyt, syderyt, piryt ( FeS2)

  • aktywność zależy od odczynu roztwory

• roztwór glebowy Fe 2+ i 3+

• kompleksowany przez materię organiczną gleby

• zaopatrzenie roślin zapewniają chylaty

Mangan

1. Średnia zawartość w glebie - 600ppm ( mg/kg) gleby

2. Forma w glebie

   1. Minerały : piroluzyt ( Mn)2); manganit ( Mn)/OH)

      1. Bardzo niska rozpuszczalność

      2. Aktywność zależy od pH roztworu

      3. Zmniana stanu utlenienia zależnie od potencjału erdoks gleby

   2. Mn2+ roztworu glebowego

   3. Kompleksowany przez materię organiczną 60%

Miedź (Cu)

1. Zawartość w glebie:

• Średnio, 9mg.kg gleby

1. Formy w glebie:

• 90% związanego z materią organiczną

• Niewielkie ilości adsorbowane przez glebowy kompleks sorpcyjny

• Zaopatrzenie roślin zależy od chylatów

Cynk (Zn)

1. Zawartość w glebie

• 50mg.kg gleby

1. Formy przyswajalne w glebie:

• Minerały

• Minerały zawierające cynk są słabo rozpuszczalne: blenda cynklowa, sfaleryt,m cynkit

• Dostępne w formie chylatów

Bor

1. Charakterystyka ogólna

• Niemetal

• 7-8 mg.kg gleby

1. Formy w glebie

• Pobieranie zależy od ilości składnika w roztworze glebowym

• Pobierany prądem transpiracyjnym

Molibden

1. Charakterystyka ogólna:

• 2mg/kg gleby

1. Formy dostępne

• Przyswajalność wzrasta wraz ze wzrostem pH

• Adsorbowany przez tlenki Fe i Al.

• Roztwór glebowy : MoO42-, HMoO4-,

Chlor

1. Charakterystyka ogólna

• 0,02-0,05% w glebie

1. Formy w glebie:

• Rozpuszczalne sole : Na Cl, CaCl2, MgCl2 itd.

• W roztworze glebowym jako Cl-

• Ruchliwość na poziomie azotanów NO3

• pH nie wpływa na pobieranie

Bilans składników pokarmowych

Specyfika krążenia składników pokarmowych w Agro-ekosystemie

Obieg składników mineralnych w ekosystemach nigdy nie był procesem zamknięty co wynika z obecności naturalnych procesów.

Bilans czy budżet

1. bilans w rozumieniu ekonomicznym jest rachunkiem zysków ( dopływów środków) i strat ( odpływów środków) ( działanie operacyjne)

2. Budżet, ekonomicznie oznacza okresowe (miesiąc, rok, itp.) zestawienie dochodów i wydatków a głównym celem jego sporządzania jest racjonalizacja wydatków ( działanie strategiczne)

Bilans składników mineralnych i węgla ( składniki pokarmowe) jest podstawowym narzędziem budowy zintegrowanego systemu nawożenia w przedsiębiorstwie rolnym.

Jednak tylko wówczas staje się efektywnym narzędziem zarządzania składnikami pokarmowymi ( zawartość formy przyswajalnej składnika np. fosfor, potas) lub dostępnej ( np. azot mineralny)

Typy bilansów składników pokarmowych

1. „ u wrót gospodarstwa” – Bu WG ( bilans handlowy – BH)

2. Na powierzchni pola – BnPP ( bilans biologiczny)

3. Systemowy gospodarstwa – BSG ( bilans ekologiczny – BE)

Bilans ekonomiczny

Dopływ

(Input I) odpływ

(Output )

SB= I-O

E_H= (O/I)/100

Wykład 11 15.12.2008

Nawozy naturalne i organiczne

Pecunia non olet – pieniądz nie cuchnie – słowa Wespazjana dot. Opodatkowania latryn

Zwykła dobra praktyka rolnicza- ZDPR

Zakres tematyczny ZDPR:

1. Stosowanie i przechowywanie nawozów

2. Rolnicze wykorzystanie ścieków na terenie gospodarstwa

3. Rolnicze wykorzystanie ścieków komunalnych

4. Zasady zastosowania środków ochrony roślin

5. Gospodarowanie na użytkach zielonych

6. Utrzymanie porządku i czystości w gospodarstwie

7. Ochrona siedlisk przyrodniczych

8. Ochrona gleb

9. Ochrona zasobów wodnych

Wymogi wzajemnej zgodności ( cross- compliance) PROW (2007-2013)

Zadania stawiane gospodarstwom rolnym:

1. Utrzymanie dobrej kultury rolnej gruntów

2. Zapewnienie ochrony środowiska naturalnego

3. Zapewnienie bezpieczeństwa produkcji żywności

4. Zabezpieczenie zdrowotności ludzi, zwierząt i roślin

5. Utrzymanie dobrostanu zwierząt

Ustawa z dnia 26lipca 2000r o nawozach i nawożeniu ( 200 z licznymi poprawkami; ostatnia w roku 2007)

Definicja nawozu

Nawozy- produkty przeznaczone do dostarczania roślinom składników pokarmowych lub zwiększania żyzności gleb albo zwiększania żyzności stawów rybnych

Podział nawozów:

1. Nawozy mineralne- nawozy nieorganiczne produkowane w drodze przemian chemicznych lub przerobu surowców mineralnych, w tym wapno nawozowe, także zawierające magnez,

2. Nawozy naturalne:

   1. Obornik( przefermentowany kał mocz oraz ściółka), gnojówka i gnojowica

   2. Odchody zwierząt gospodarskich w rozumieniu przepisów o organizacji hodowli i rozrodzie zwierząt gospodarskich, z wyjątkiem odchodów pszczół i zwierząt futerkowych, bez dodatków innych substancji

   3. Guano- przeznaczone do rolniczego wykorzystania

3. Nawozy organiczne – nawozy wyprodukowane z substancji organicznej lub mieszanin substancji organicznych w tym komposty, także wyprodukowane przy udziale dżdżownic

4. Nawozy organiczno mineralne- mieszaniny nawozów mineralnych i organicznych

Zasady stosowania nawozów naturalnych:

Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi w sprawie szczegółowego sposobu stosowania nawozów z dnia 1 czerwca 2001r. reguluje:

1. Nawozy naturalne należy stosować równomiernie na całej powierzchni Pola w sposób wykluczających nawożenie pól i upraw do tego nie przeznaczonych

2. Nawozy naturalne w postaci stałej stosuje się za pomocą rozrzutników nawozów lub ręcznie;

3. Stosowanie nawozów naturalnych w postaci stałej, podczas wegetacji roślin ( pogłównie) dopuszczalne jest tylko na użytkach zielonych oraz na wieloletnich uprawach polowych

4. Nawozy naturalne powinny być przykryte lub wymieszane z glebą nie później niż następnego dnia po ich zastosowaniu; nie dotyczy to jedynie nawozów naturalnych stosowanych na trwałych użytkach zielonych

5. Nawozy naturalne mogą być stosowane w odległości co najmniej 20 m od strefy ochrony źródeł wody, brzegów zbiorników, cieków wodnych, kąpielisk zlokalizowanych na wodach powierzchniowych oraz obszarów morskiego pasa nadbrzeżnego;

Terminy stosowania nawozów

Nawozy naturalne oraz organiczne powinny być stosowane w okresie od 1 marca do 30 listopada, z wyjątkiem nawozów stosowanych na uprawy pod osłonami ( szklarnie, inspekty, namioty foliowe);

Dawka nawozu naturalnego: zastosowana w ciągu roku nie może zawierać więcej niż 170kg azotu (N) w czystym składniku na 1 ha użytków rolnych.

Ograniczenia w stosowaniu nawozów naturalnych zabrania się stosowania nawozów:

1. Na glebach zalanych wodą oraz przykrytych śniegiem lub zamarzniętych do głębokości 30 cm

2. Naturalnych w postaci płynnej oraz azotowych na glebach bez okrywy roślinnej, położonych na stokach o nachyleniu większym niż 10%

3. Naturalnych w postaci płynnej podczas wegetacji roślin przeznaczonych do bezpośredniego spożycia przez ludzi

Lokalizacja płyt obornikowych

Odległość płyt obornikowych powinna wynosić co najmniej:

• Od otworów okiennych i drzwiowych pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi na działkach sąsiednich – 30m

• Od budynków przetwórstwa rolno- spożywczego i magazynów środków spożywczych 50m

• Od budynków magazynowych pasz i ziarna – 10m

• Od granicy działki sąsiedniej 4m

• Od silosów na zboża i pasze 5m

• Od silosów na kiszonki – 10m

DJP- duża jednostka przeliczeniowa lub sztuka duża ( SD) to umowne jednostki przeliczeniowe inwentarza odpowiadający fizycznej masie ciała 500kg

Nawozy naturalne

Etapy produkcji nawozów naturalnych:

1. Produkcja odchodów przez inwentarz żywych

2. Gromadzenie odchodów

3. Przechowywanie świeżego obornika fermentacja

4. Stosowanie obornika

Każdy z etapów wymaga szczegółowych rozwiązań technicznych i organizacyjnych, przeprowadzanych w sposób:

1. Zachowujący jak największą, pierwotną wartość nawozową odchodów pochodzących od inwentarza żywego gospodarstwa- wielkość strat powinna być minimalizowana, celem zwiększenia efektywności i opłacalności produkcji rolnej

2. Minimalizujący straty suchej masy i składników mineralnych do środowiska celem zmniejszenia zagrożenia jakie stwarza produkcja zwierzęca dla środowiska

Produkcja odchodów- DJP

Produkcja odchodów w gospodarstwie – czynniki warunkujące wielkość produkcji:

1. Skład gatunkowy inwentarza żywego w gospodarstwie

2. Kierunek użytkowania zwierząt

3. System żywienia- wynika z pkt. 1,2

4. Struktura stada- DJP

5. System chowu zwierząt

Gatunki inwentarza żywego w gospodarstwie:

1. Bydło

2. Trzoda chlewna

3. Owce, kozy

4. Konie

5. Drób

6. Inne: króliki, szynszyle, nutrie, psy itd.

Kierunki użytkowania zwierząt, przykłady

1. Bydło:

   1. Mleczny

   2. Mięsny

   3. Pociągowy

2. Trzoda chlewna

   1. Mięsny

3. Owce

   1. Wełna

   2. Mleko

   3. Mięso itd.

Grupy inwentarza żywego, DJP

• Struktura stada- obrót stada- tzw. Przelotowość podstawa do obliczania produkcji odchodów

Produkcja odchodów

Większość składników mineralnych jest wydalanych przez zwierzęta- kał, mocz.

Im większa intensywność żywienia tym większa kompensacja azotu w moczu.

Produkcja odchodów: metoda pomiaru bezpośredniego:

Pomiar ilości produkowanych odchodów polega na systematycznym, codziennym pomiarze ilości odchodów dla danej grupy inwentarza, a nawet podgrupy zwierząt

Metody pośrednie- dwie grupy czynników, rozważane w aspekcie:

• Fizjologiczno żywieniowa

  • Jednostkowe zużycie suchej masy

  • Wydalanie składników mineralnych w stosunku do masy ciała

• Produkcyjnym:

  • Szybkość przyrostu masy ciała

  • Wydajność mleczna

Metoda Wolfa

Założenia:

• Udział paszy nie strawionej= 33%

• Zawartość wody w odchodach= 88%

Od= [(P/3) * 8,33]8365

Produkcja odchodów- algorytm, masa ciała

Od= 25x masa ciała

Lub Od= 30x masa ciała

Przykład krowa o masie ciała 500kg

Od= 25x500=12 500kg

Koncentracja azotu w odchodach i współczynniki wydalania azotu przez zwierzęta względem masy ciała. Istnieje zależność pomiędzy ilością wydalanego azotu a ilością wydalanych odchodów.

Produkcja – wydajność

1. Produkcja mleka, faza udojowa ( 305dni)

Od= ( masa ciała x 0, 647) + 43,212

1. Okres suchy ( 60 dni)

Od= ( masa ciała x 0,022) +21, 844

Produkcja moczu

Pm= ( masa ciała x 0,017) + 11,704

Odchody struktura składników mineralnych w % (stare dane)

Rodzaj odchodów	SO	N	P2O5	K2O	CaO	MgO
Kał	88	55	99	20	97	82
Mocz, SO- substancja organiczna	12	45	1	80	3	18

Gromadzenie odchodów- systemy chowu i utrzymania zwierząt

Decyduje o miejscu gromadzenia odchodów w gospodarstwie rolnym

1. Oborowy ( 12 miesięcy w oborze) – płyty obornikowe; zbiorniki na gnojowicę

2. Pastwiskowy całoroczny ( 12 miesięcy na pastwisku ) – odchody pozostają na pastwisku

3. Mieszany- przemienny- obora+ pastwisko lub wybieg

Systemy utrzymania zwierząt

1. Systemy ściółkowe:

   1. Obora głęboka

   2. Obora płytka

2. Systemy bezściółkowe

   1. Płytki bezściółkowe

   2. Rusztowe

Ściółka:

1. Słoma

   1. Długa

   2. Pocięta

2. Trociny

3. Inne: nać ziemniaczana, torf, piasek

Ściółką może być różny materiał służący do wchłaniania krotnego moczu i higieny, zwiera składniki mineralne, zawiera materię organiczną.

Chłonność ściółki i dobowy bilans moczu

Gromadzenie odchodów – obornik świeży

Oś [( )d x 0,75) + S]x tŻob

Gdzie

Oś- obornik świeży

Pod – masa odchodów

0,75 – straty wody z odchodów w oborze

S- masa ściółki

tŻob- okres żywienia oborowego

(= liczba miesięcy żywienia oborowego w roku/12

Produkcja obornika świeżego- wielkość strat wody z odchodów w trakcie ich gromadzenia

Przechowywanie obornika- fermentacja obornika:

1. Pryzma na polu

2. Szamba obornikowe- gnojownia

3. Płyta obornikowa + zbiornik na gnojówkę- przefermentowany mocz zwierząt gospodarskich

4. Zbiornik na gnojowicę- przefermentowana mieszanina kału moczu i wody

Pryzma na polu- pryzma luźna- dostęp tlenu, straty azotu, węgla, potasu i sodu- straty przekraczają 50%

Pyzma- szamba gnojownie- warunki beztlenowe- straty ok15%- należy ugniatać i zalewać

Fermentacja i straty składników pokarmowych

Przechowywanie- fermentacja obornika

Rolnik jest zobowiązany do przechowywania odchodów, czyli obornika świeżego w okresie od 4- 6 miesięcy. W tym okresie występują procesy określane mianem fermentacji obornika.

Podczas fermentacji obornika, spośród składników zawartych w świeżym oborniku, dwa podlegają znacznym stratom. Są nimi węgiel ( C) oraz azot (N).

O wielkości strat Ci N decyduje sposób przechowywania obornika czyli sposób fermentacji.

Przemiany związków węgla

1. Warunki tlenowe

C₆H₁₂O₆+6O₂=6CO₂+H₂O + 586 kcal

1. Warunki beztlenowe

C₆H₁₂O₆= 3CH₄ + 3CO₂ + 54 kcal

1. Ograniczony dostęp tlenu

   1. C₆H₁₂O₆= 2C₂H₅OH + CO₂

   2. C₂H₅OH + O₂+ CH₃COOH + H₂O

Przemiany związków azotu- gnojówka, gnojowica

1. Mocznik – hydroliza

CO(NH₂)₂+2H₂O (NH₄)₂CO3 +2H₂O 2NH₄OH +H₂CO₃ 2NH3 +CO₂+2H₂O

Stosowanie nawozów naturalnych

Wartość nawozowa obornika- kontrola strat

1. Obora- zachodzą intensywne straty azotu gdyż pH moczu wynosi 7

2. Gnojownia- intensywne procesy zachodzące procesy wywołują znaczny ubytek azotu, węgla

3. Pole – stosowanie obornika prowadzi do strat azotu

Zawartość składników

Rodzaj nawozu/składniki nawozowe w kg/t/m^3	N	P2O5	K2O
Obornik	5,0	3,0	7,0

W gnojowicy świńskiej 60% azotu jest w postaci amoniaku

Wykorzystanie składników mineralnych przez rośliny z obornika w kolejnych latach od zastosowania nawozu- dobry obornik:

Termin aplikacji obornika, rok	Azot	Fosfor	Potas
W roku zastosowania	30-40	30	50
2	15-20	20	20
3	5-10	10	10
4	0-5	10	10
SUMA	45-75	70	90

Wartość nawozowa N obornika w roku i kolejnych latach od zastosowania średnio

Równoważniki nawozowe- obornik:

Równoważnik nawozowy określa, w porównaniu do nawozów mineralnych, wartość nawozową składników mineralnych w nawozie naturalnym w roku zastosowania

Odpowiednie współczynniki pozwalają przeliczyć formę ogólną składnika w nawozie na formę działającą.

Współczynniki te bez względu na termin stosowania wynoszą: dla azotu 40 dl fosforu 70 dla potasu 90.

Wartość nawozowa gnojówki- skład chemiczny gnojówki uzależniony jest od gatunku zwierząt oraz od sposobu i czasu przechowywania

Gnojówka jest nawozem azotowo- potasowym, zawiera śladowe ilości fosforu. Zawartość azotu i potasu dobrze przechowywanej gnojówce wynosi N- 0,4% K2O – 0.8%. w źle przechowywanej gnojówce zawartość azoty zmniejsza się do 0,1% N

Kategoria gleby	Okres wegetacji- stosowania
	VII-IX
Lekka	30
Średnia	40
Ciężka	60