Změny obsahu fosforu v půdě a jeho bilance v monokultuře kukuřice hnojené minerálními hnojivy

Bc. Alžběta Veberová

Master's thesis

Changes of bioavailable phosphorus in soil and its balance at long term maize monoculture fertilized using mineral fertilizers

Abstract:

Fosfor je hned za dusíkem považován za druhou nejvýznamnější živinu. Využitelnost fosforu rostlinami je však velmi nízká (pouhých 10–30 % z aplikovaného minerálního hnojiva). Proto je při hnojení fosforem nezbytné zvolit takový přístup, který zaručí jeho optimální obsah v půdě pro stabilní a adekvátní výnosy plodin. Tento přístup by měl respektovat agronomická doporučení a legislativu týkající se ochrany životního prostředí. V rámci této diplomové práce jsou hodnoceny různé systémy hnojení kukuřice pěstované v monokultuře po dobu 24 let (1996–2019) na stanovišti Červený Újezd. Cílem bylo zhodnotit vývoj výnosů a odběrů fosforu rostlinami kukuřice, charakterizovat změny obsahu různých forem fosforu, a za pomoci bilance a sorpčních ukazatelů vybrat nejvhodnější variantu hnojení a případně odhadnout riziko vyplavování. Varianty hnojené minerálními hnojivy (síran amonný, dusičnan amonný s močovinou (DAM390), DAM390 + P + K a DAM390 + P + Mg) byly porovnávány s nehnojenou kontrolou. Výnos i odběr fosforu rostlinami kukuřice v průběhu pokusu rostly v pořadí nehnojená kontrola < síran amonný < DAM390 < DAM390 + P + Mg < DAM390 + P + K. Během pokusu došlo na každé z variant k postupnému snížení výnosů. Jako nejperspektivnější varianta se především díky udržitelnosti výnosu a agronomické účinnosti jevila varianta hnojená DAM390 + P + K, protože draslík spolu s dusíkem představovaly jednu z výnosově limitujících živin. Bilance fosforu u variant hnojených pouze minerálními dusíkatými hnojivy (-548 kg/ha/24 let) byla zápornější oproti nehnojené kontrole (-416 kg/ha/24 let). To vedlo k čerpání fosforu z půdních zásob a zvýšilo se tak riziko budoucího nedostatku fosforu. Pozitivní a zároveň stabilní bilanci měly varianty hnojené fosforečnými hnojivy (+126 kg/ha/24 let), což naopak vedlo k vytvoření zásoby fosforu v půdě. U nehnojené kontroly i variant hnojených dusíkatými minerálními hnojivy došlo při porovnání začátku (1996) a konce (2019) sledovaného období k nárůstu sorpčního indexu fosforu a zároveň snížení stupně nasycení půdy fosforem. Nejvyšší sorpční index byl zaznamenán na variantách hnojených minerálními dusíkatými hnojivy (zejména síran amonný). Nižší sorpční index pak měly varianty hnojené fosforem, včetně nehnojené kontroly. Z toho důvodu lze předpokládat, že hnojení pouze minerálními dusíkatými hnojivy vedlo k výraznému snížení okamžitě přístupných i stabilnějších forem fosforu v půdě a mělo negativní dopad na sorpční charakteristiky fosforu a jeho celkovou udržitelnost. Kvůli vyšším výnosům i příjmu fosforu rostlinami kukuřice byl vliv systému hnojení dusíkatými minerálními hnojivy negativnější v porovnání s nehnojenou kontrolou, a i když fosfor nebyl limitující pro růst rostlin, lze předpokládat, že jeho nedostatek v blízké budoucnosti přímo ovlivní výnos kukuřice, zejména u variant hnojených síranem amonným a DAM390.

Abstract:

Phosphorus is considered the second most important nutrient after nitrogen. However, the utilization of phosphorus by plants is very low (only 10–30% of the applied mineral fertilizer). Therefore, it is essential to choose an approach to phosphorus fertilization that guarantees an optimal content for stable and adequate crop yields. This approach should respect agronomic recommendations and environmental legislation. In this thesis are evaluated different fertilization systems based on an experiment of maize monoculture conducted at Červený Újezd site in 1996–2019. The aim was to evaluate the development of yields and phosphorus uptake by maize plants, to characterize the changes in the content of different forms of phosphorus and to select the most suitable fertilization option using balance and sorption indices and try to estimate the risk of leaching. The variants fertilized with mineral fertilizers (ammonium sulfate, urea ammonium nitrate (UAN), UAN+PK and UAN+PMg) were compared with the unfertilized control. The yield and phosphorus uptake by maize plants increased in the following order during the experiment unfertilized control < ammonium sulfate < UAN < UAN+PMg < UAN+PK. There was a gradual decrease in yield on each of the treatments during the experiment. The variant fertilized with UAN+PK appeared to be the most promising, mainly due to its yield sustainability and agronomic efficiency, because potassium and nitrogen represented one of the yield-limiting nutrients. The phosphorus balance of the variants fertilized with mineral nitrogen fertilizer (-548 kg/ha/24 years) lower as compared to the unfertilized control (-416 kg/ha/24 years). This led to a drawdown of phosphorus from older soil reserves and increased the risk of future phosphorus deficiency. Phosphorus fertilized variants had a positive and stable balance (+126 kg/ha/24 years), which build up the phosphorus reserves in the soil. For both the unfertilized control and the variants fertilized with nitrogen mineral fertilizers, when comparing the beginning (1996) and the end (2019) of the study period, there was an increase in the phosphorus sorption index and, at the same time, a decrease in the degree of soil phosphorus saturation. The highest sorption index was recorded on the variants fertilized with mineral nitrogen fertilizers (mainly ammonium sulfate). The lower sorption index was found for the variants fertilized with phosphorus, including the unfertilized control. Therefore, it can be assumed that fertilization with mineral nitrogen fertilizers alone led to a significant reduction of both immediately available and more stable forms of phosphorus in the soil and had a negative impact on the sorption characteristics of phosphorus and its overall sustainability. Due to higher yields and phosphorus uptake by maize, the effect of the mineral nitrogen fertilizer system was lower compared to the unfertilized control. Although, phosphorus was not limiting factor of the plant growth, it can be expected to negatively affect maize yield soon, especially in the variants fertilized with ammonium sulfate and UAN.

Keywords

Kukuřice, Monokultura, Sorpce fosforu, Organický a minerální fosfor, Odběr P rostlinami

Keywords

Monoculture, Phosphorus sorption, Organic and mineral phosphorus, Phosphorus uptake by plants, Maize

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 23. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Martin Kulhánek, Ph.D.
• Reader: Jindřich Černý, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Plant Production / Plant Nutrition and Protection