Humínové látky, základ účinnosti rôznych kondicionérov na báze uhlíka
Schopnosť humusových látok zlepšiť rast podzemných ako aj nadzemných častí rastlín je už vyše storočie preukazovaná mnohými štúdiami, vykonávanými v rozdielnych podmienkach a na každom z obývaných kontinentov. Prednostne ide o látky nachádzajúce sa v oblasti koreňov, prípadne o tie látky čo sú do koreňovej zóny zapracované až dodatočne. Zodpovedajúce mechanizmy účinku humusových látok na rast rastlín sú pritom objasnené len čiastkovo, či stále ostávajú skôr neznámymi. A získané poznatky nie sú ani zďaleka dostatočne zintegrované. V predkladanom príspevku by sme radi zhrnuli niektoré poznatky o humínových látkach a ich vplyve na pôdu a rast plodín, v rámci toho tiež predstavili určitý, nami zaznamenaný výsledný efekt na rozvoj koreňovej sústavy.
K myšlienke hľadať dostupné možnosti regenerácie pôdnej úrodnosti nás zhruba pred desaťročím viedla systémová analýza stavu a dlhodobého vývoja poľnohospodárskych sústav Slovenska i Českej republiky, resp. najmä z toho vyplývajúci očakávaný trend poklesu úrodnosti pôdy do budúcnosti. Do aktuálnej štátnej úlohy sme preto v rámci poľných stacionárnych pokusov so siedmymi plodinami zaradili testovanie perspektívneho domáceho pôdneho kondicionéra uhlíkového typu na báze humínových kyselín HUMAC Agro. V celku prekvapivé a pozitívne výsledky, diferencované podľa plodiny (pšenica ozimná, jačmeň jarný, kukurica na zrno, sója fazuľová, slnečnica ročná, bôb obyčajný, cirok zrnový), spôsobu obrábania (orbový, minimalizovaný, bezorbový) ako aj ročníka, v následnej vlne vygenerovali potrebu otestovať daný kondicionér aj v ďalších plodinách (cukrová repa) a kultúrach (chmeľ obyčajný, jahody obyčajné, vinič hroznorodý), jeho uplatnenie sa a realizáciu v medzinárodnom meradle a samozrejme tiež aj potrebu ďalšieho výskumu a vývoja. Tento príspevok zatiaľ unikátne dokumentuje hlavne to, čo na domácej odbornej scéne bolo doposiaľ veľmi ťažko merateľné a preukazateľné - efekt humínových kyselín na rast a celkovú architektúru koreňov.
Snáď nezaškodí pripomenúť, že humusové či humínové látky (HL) sú prírodné látky nachádzajúce sa v pôde a rôznych substrátoch organického pôvodu označované ako kaustobiolity (rašelina, hnedé uhlie, lignit, leonardit atď., kde sú jednou zo základných zložiek uhoľnej hmoty, resp. môžu byť hlavnou časťou celkovej organickej hmoty). HL sú zmesi rôznych látok, líšiacich sa svojimi fyzikálnymi aj chemickými vlastnosťami. Snahy izolovať jednotlivé zložky HL ako chemické indivíduum nie sú zvyčajne sprevádzané úspechom. Ide o žltohnedé až tmavohnedé látky, ktoré sa rozpúšťajú v roztokoch alkalicky reagujúcich látok a z nich sa opäť vylučujú pôsobením kyselín. Ako dôležitá zložka pôdy vznikajú biochemickými premenami (tlením) organických (prevažne rastlinných) zvyškov a sú hlavnou zložkou prírodného humusu (tzv. humifikácia). Podľa určitých prepočtov množstvo uhlíka, ktorý sa celosvetovo viaže na HL pôd a kaustobiolitov takmer štvornásobne prevyšuje množstvo uhlíka viazaného v organizmoch všetkých žijúcich rastlín a živočíchov.
HL predstavujú špecifickú skupinu vysokomolekulárnych látok. Štruktúra HL je veľmi rozmanitá a líši sa podľa náleziska ako aj doby odberu vzoriek, pretože za vhodných podmienok HL látky menia svoju štruktúru, polymerizujú. V rámci pôdnych procesov sú humifikácia a premeny HL ich dôležitou súčasťou. HL sa prejavujú ako netaviteľné amorfné zlúčeniny kyslého charakteru, ktoré pri karbonizácii neposkytujú decht, ale uvoľňujú veľké množstvo CO2. Sú nehydrolyzovateľné, peptizovateľné za normálnych teplôt a majú veľkú odolnosť voči rozkladu. V roztokoch sa prejavujú ako lyofóbne koloidy so značnou sorpčnou schopnosťou. Vyznačujú sa veľkým obsahom vody, ktorú nie je možné mechanicky odstrániť. Ide o zmes humínov (nerozpustné vo vode), humínových kyselín (rozpustné v alkáliách, nerozpustné v kyselinách, s obsahom uhlíka približne 57 %), fulvokyselín (zostávajú rozpustené v kyslom prostredí, obsah uhlíka nižší cca 46 %) a humatomelanových kyselín (rozpustné v alkohole a acetylbromide, s obsahom uhlíka cca 60 %). Nerozlišuje sa ostrá hranica medzi stanovením humínových a fulvokyselín z dôvodu rôzneho stupňa disperzity týchto látok, ktorá sa prejavuje rôznou rozpustnosťou vo vode a hodnotou disociačnej konštanty.
Preukázalo sa a je všeobecne známe, že HL plnia v pôde dôležité úlohy, pri v nej prebiehajúcich krátkotrvajúcich i dlhodobých chemických, fyzikálnych a biologických procesoch. Ide o pufrovanie pôdnej reakcie smerom k neutrálnemu pH, pH kyslej pôdy zvyšujú a pri zásaditej pôdy znižujú. Zabezpečujú sorpciu živín a následné zásobovanie rastlín živinami, tiež sprístupňovanie živín z ich neprístupných foriem a znižovanie ich úniku vyplavovaním. Za zmienku stojí tiež skutočnosť, že kvalitné prírodné preparáty HL sú popri morskej vode jedinou látkou obsahujúcou kompletné spektrum biotických prvkov, kým nedostatok niektorého prvku je veľmi častým spúšťačom fyziologických porúch plodín. Agregovanie HL s minerálnymi čiastočkami je základom tvorby pôdnej štruktúry, z čoho potom vyplýva účinok na reguláciu vodo-vzdušného a biologického režimu pôd ako aj na ochranu proti rôznym formám erózie. S vápnikom a horčíkom tvoria HL vo vode nerozpustné humáty vápenaté alebo horečnaté, ktoré priaznivo ovplyvňujú technologické vlastnosti pôd všetkých druhov, napr. zvyšujú súdržnosť ľahkých pôd a zlepšujú drobivosť a spracovateľnosť ťažkých pôd. HL znižujú toxický vplyv cudzorodých látok, ťažkých kovov a iných xenobiotík (vrátane modifikácie účinnosti a perzistencie rezíduí pesticídov), čo je významné pri asanačných, rekultivačnýh aj fyto-farmakologických opatreniach. Pôdnymi mikroorganizmami je ročne spotrebovaných zhruba 5 % HL, pričom HL vplývajú aj na početnosť a druhové zloženie mikrobiálneho spoločenstva. S prítomnosťou HL sa spája aj zvýšené viazanie vzdušného dusíka v pôde.
Popri mnohorakom vplyve na pôdu (nepriamy vplyv na rastliny) sa následne preukázal a v súčasnosti sa postupne objasňuje aj priamy vplyv HL na niektoré metabolické a fyziologické procesy rastlín. HL zvyšujú klíčivosť semien, odolnosť rastlín voči suchu či chladu (voči abiotickému stresu všeobecne viac ako voči biotickému), tvorbu chlorofylu, katalyzujú mnoho biologických procesov v rastlinách čo zvyšuje vzrast nadzemných častí a v konečnom dôsledku aj úrodu plodín. Mnoho štúdií tiež popisuje, ako HL podporujú rast koreňov a pri mnohých druhoch rastlín sa zaznamenala modifikácia architektúry ich koreňov. Všeobecne platí, že HL zvyšujú objem koreňov (množstvo jej sušiny) ako aj predlžovanie koreňov a tiež tvorbu bočných koreňov a vlásočníc. Zoširoka sa preveruje a diskutuje napr. téma hormonálnej účinnosti HL (auxinovitá, gibberellinovitá), podobne efekt na aktivitu niektorých kľúčových enzýmov, protónových púmp, prepis genómu, atď. Popri vyššie zmienenom sorpčnom (nepriamom) účinku, HL priamo zvyšujú aj samotný príjem živín, napr. dusíka preukazným zvýšením aktivity H+-ATPázy na plazmatickej membráne koreňov, podobne síranov, fosforu, niektorých mikroživín, atď. Kým podpora príjmu draslíka a niektorých iných mikroživín nie je ešte podrobne preštudovaná. Podstatným je poznatok, že nepriamy účinok HL (na pôdu) na príjem mikroživín je preukazovaný už pri koncentrácii HL v pôdnom roztoku 2-50 mg.l-1, k priamemu efektu HL na biostimuláciu rastlín dochádza až pri koncentrácii 150-350 mg.l-1. To všetko sa preukazuje v situácii, kedy úrodnosť pôdy všeobecne degraduje a kedy sa ku koncu minulého storočia regulátory rastu zdajú byť obdobnou súčasťou pestovania plodín akými sú vysoko výkonné odrody, efektívne spôsoby poľnohospodárskej techniky a fytotechniky, pesticídy a hnojivá.
Už niekoľko desaťročí sú preto vo svete zrejmé početné snahy získať humínový preparát s vylepšenými či aspoň veľmi podobnými vlastnosťami ako majú prírodné HL a s možnosťou použitia za účelom zlepšenia pôdnych podmienok, či posilnenia fyziológie rastlín. Táto snaha je spojená s rôznou úspešnosťou a humnové preparáty sa tradične získavajú z vyššie zmienených kaustobiolitov. Avšak kvalitných zdrojov nie je veľa a nálezisko musí spĺňať množstvo náležitých požiadaviek, napr. veľmi častým obmedzením je vysoký obsah ťažkých kovov v surovine. Novšie snahy sa pokúšajú klásť dôraz na využitie obnoviteľných zdrojov, akými sú napr. čistiarenské splašky, čo je tiež spojené s rôznou úspešnosťou a rovnakými obmedzeniami. Tieto okolnosti vyvolali v posledných rokoch aktívny rozvoj trhu s ponukami koncentrovaných humínových preparátov. Na západoeurópskom trhu sú humínové preparáty burzovým produktom a za posledné roky sa objem ich veľkoobchodného predaja zvýšil niekoľkonásobne. Hlavnými spotrebiteľmi sú krajiny, kde sa po celý rok intenzívne využíva pôda a v súvislosti s tým je tam tiež intenzívnejší prirodzený úbytok humusu. Najväčšími výrobcami a spotrebiteľmi humínových preparátov sú USA, Austrália, Čína a Rusko. V samotnom Rusku, kde bol primárny výskum vždy na vysokej úrovni, sa za posledné desaťročie zvýšil objemu predaja týchto preparátov rádovo. Najväčšími spotrebiteľmi HL na území Ruska sú južné oblasti (napr. Krasnodarský kraj), kde je dlhodobým intenzívnym hospodárením pôda stresovaná vysokým obsahom rezíduí chemických prostriedkov na ochranu rastlín. Kvôli tomu pôda, hoci ide o černozem, neobsahuje tzv. aktívne časti humínového spektra. Humáty sú veľmi účinným pomocníkom i v oblastiach, kde sú poľnohospodári obmedzovaní tzv. „nitrátovou smernicou.” Použitím preparátov HL sa pri digestáte bioplynových staníc znižuje pomer C:N, čo umožňuje predĺžiť dobu aplikácie digestátu do pôdy o celý mesiac. Tím sa adekvátne znižuje aj potreba skladovacích kapacít. Znižovanie dávok minerálnych hnojív vďaka humatizácii a zvyšovanie odolnosti rastlín proti chorobám vďaka ochrannému efektu humátov bude v budúcnosti pravdepodobne intenzívne sa rozvíjajúcou problematikou. Ide aj o zvýšenú účinnosť priemyselných hnojív obalených HL preparátmi, zvýšenie perzistencie a účinnosti adaptogénnych látok, zvýšenie hygienickej kvality krmovín aj potravín stabilizačným efektom HL, atď.
Z niekoľkých dôvodov ostáva problematickým určiť kvalitu humínového preparátu. Sú založené na báze HL, prírodných organických zlúčenín s veľmi rozmanitou štruktúrou, ktorá závisí od pôvodu. Prakticky v závislosti od náleziska môžu byť násobné rozdiely v obsahu dusíka, typu a koncentrácii funkčných skupín, atď. Preparáty HL prechádzajú rôznou technologickou úpravou a môžu byť rôzne aktivované. Z chemického hľadiska majú preparáty HL vysokomolekulárnu a nízkomolekulárnu zložku. Vysokomolekulárne zložky pôsobia pozitívne na fyziológiu rastliny, avšak do systému rastliny a buniek prenikajú len vďaka nízkomolekulárnym, resp. deagregovaným častiam. Rôzne štúdie potvrdzujú, že biologická účinnosť týchto deagregovaných častí je veľmi rozmanitá, presahuje výživový efekt a je často až prekvapivá a zároveň nie celkom predvídateľná. Na rozdiel od umelo vyrábaných humínových preparátov, zvyčajne aplikovaných na list a v malých dávkach, ktoré sa vyznačujú ľahko definovateľným zložením (nie rozmanitou štruktúrou) a vyrovnanou účinnosťou. Pôvodne nepredpokladanú skutočnosť, že prírodné preparáty HL sa určitou biologickou účinnosťou vyznačujú, bude asi potrebné zobrať na vedomie, i keď je takáto účinnosť podmienená veľmi mladým vekom kaustobiolitov a zrejme súvisí s charakterom flóry predpotopného environmentu.
Pri sledovaní vplyvu HL na rast koreňov sme v dostatočnom časovom predstihu (dva mesiace pred výsevom) do zóny klíčenia v pôde zapracovali prípravok HUMAC Agro vo zvýšenej dávke 700 kg.ha-1, vo forme prášku. Modelovou plodinou bola kukurica na zrno, hybrid CODICLAR s FAO 340, pre ktorú boli klimatické podmienky vegetačného obdobia ideálne (tabuľka 1). V porovnaní s kontrolným variantom (neošetrený humínovým preparátom) sme pri variante ošetrenom HL zaznamenali skorší fenologický vývin, počas celej vegetačnej doby kukurice. Pri vzchádzaní bol predstih dva dni, v čase metania sedem dní. Rozdiely v nadzemnej a podzemnej fytomase sledovaných jedincov dokumentujú údaje v tabuľke 3. Kukurica ošetrená HL bola mohutnejšia, vyššia, mala väčší počet listov a nasadila o jeden plodný šúľok viac. K nedostatočnému opeleniu prvého šúľka na kukurici so skorším vývinom došlo zrejme pre hlavne cudzoopelivý charakter tejto plodiny. S rozdielmi v nadzemnej fytomase korelovali rozdiely v objeme a dynamike tvorby koreňovej hmoty (obrázok 1 a 2). S vyššou úrodou kukurice súvisel vyšší odber živín z pôdy (tabuľka 2), priemyselné hnojivá použité neboli a nízka zásoba celkového dusíka úrodu zrejme limitovala.
Tabuľka 1: klimatické a pôdne ukazovatele za hlavné vegetačné obdobie 2017
Tabuľka 2: chemické vlastnosti pôdy (odber vzoriek pôdy v deň zberu kukurice)
Tabuľka 3: sledované biometrické parametre pod- a nadzemných častí rastlín (v deň zberu kukurice, vrátane koreňového skenu)
