Produkcia sušiny trvalého trávneho porastu ovplyvnená aplikovaním N a P živín na princípe rotácie v priestore a čase
Koncom prvej dekády 21. storočia boli na navrhnuté planetárne hranice alebo tzv. limity planéty. Tento komplexný prístup je zameraný na deväť globálnych ukazovateľov definujúcich či už činnosť ľudí prekročila, ktoré nám poskytuje planéta Zem, alebo ešte nie. Jedným z týchto indikátorov je biogeochemický cyklus. Ten je primárne zameraný na aplikovanie dusíkatých a fosforečných živín v poľnohospodárstve. Analýzou tohto cyklu pre živiny N a P boli stanovené nasledujúce limity pre poľnohospodárstvo: každoročné aplikovanie dusíkatých hnojív by sa malo znížiť na jednu tretinu až jednu štvrtinu zaužívanej praxe a pri fosfore sa stanovila maximálna výška aplikovanej živiny na desaťnásobok rýchlosti zvetrávania/uvoľňovania z materskej horniny. Problémom bolo to, že sa neuvádzali žiadne konkrétne čísla, ktoré by zodpovedali množstvu čistých živín dodaných na hektár...
Jedna štvrtina dusíka
...uvádzané boli približné odhady globálnych množstiev N a P v priemyselných a organických hnojivách. Prepočítaním tohto odhadu a výmery poľnohospodárskej pôdy vo svete (orná pôda + trvalé trávne porasty) sme sa dopracovali k hodnote 120 kg.ha-1. Akceptovaním navrhovanej použitej jednej tretiny dusíka až jednej štvrtiny dusíka zo súčasnej úrovne vychádza, že na plochu by mal byť každoročne aplikovaný vo výške 30 až 40 kg.ha-1.
Desaťnásobok rýchlosti zvetrávania
Spotreba fosforu síce bola odhadnutá, ale neboli spomenuté rýchlosti zvetrávania materských hornín, typických ako podložie pre najrozšírenejšie pôdne typy. Dokonca aj pri prehľadávaní literatúry sú takéto údaje nedostatkovým tovarom.
Stanovenie výšky aplikovaných živín
Zo 120 kg.ha-1 dusíka za rok a možnosti použiť 30 až 40 kg sme zvolili spodnú hranicu, aby bola rešpektovaná Nitrátová direktíva. Z literatúry vyplýva, že neperiodickým aplikovaním 30 až 40 kilogramová dávka dusíka neovplyvňuje druhovú pestrosť trávnych porastov. Ak sa aplikuje periodicky, tak 30 kg.ha-1 je v tomto ohľade istejších.
Pri fosfore bola situácia zložitejšia, ale podarilo sa nájsť relevantné údaje: 606 g.kg-1 je hodnota množstva fosforu v čistých živinách, ktorá sa za rok dostáva do ekosystémov z materskej horniny. V konečnom dôsledku je potom maximálna prípustná dávka fosforu na úrovni 6 kg.
Kontext uvedeného prístupu
Pre stabilitu úrod majú orné pôdy svoje osevné postupy. V rámci rybolovu sa v globálnom meradle začína presadzovať sektorový prístup k loveniu. Ten predstavuje oceány či moria prerozdeliť na sektory, v ktorých sa chytajú definované druhy rýb a ich veľkosť. Následne, po roku alebo inak definovanom období, sa v danom sektore začnú chytať iné druhy rýb. Pôvodným sa poskytuje priestor na zotavenie populácií, a tento druh sa začne chytať v inom sektore. Trvalé trávne porasty takéto rotačné prístupy pri obhospodarovaní nemajú. Môže to byť striedanie kosného využívania, alebo pasenia.
Trvalé trávne porasty majú vysokú diverzitu rastlinných druhov. Ako sa už uviedlo skôr, aplikovaním dusíka v rôznych formách hnojív dochádza k redukcii tejto rastlinnej pestrosti, nad limity 30 až 40 kg.ha-1. V globálnych podmienkach dusík pôsobí na diverzitu nepriamo, t.j. podporením rastu rýchlejšie rastúcich vyšších rastlín, ktoré konkurenčne zatieňujú vzrastom nízke a často aj pomaly rastúce rastliny. Naopak v celosvetovom meradle pôsobenie fosforu je priame. Fosfor je často rastlinám nedostupným prvkom, preto si rastliny vytvorili adaptačné mechanizmy na jeho osvojovanie z nedostupných foriem. Dodanie fosforu tak môže priamo redukovať druhovú pestrosť tým, že spôsobí „prehnojenie“ konkrétneho druhu rastúceho vo výraznom nedostatku tejto živiny.
Pracovné metódy
Z vyššie uvedeného potom vyplýva, že pre experimentálne účely je vhodné vziať do úvahy dávku 30 kg dusíka a 6 kg fosforu v čistých živinách ako základ pre výpočty ročných dávok priemyselných hnojív. Avšak takéto množstvá nie sú praktické. Preto sme zvolili prístup, ktorý by simuloval limity v maximálnej možnej miere a zapracovali aplikovanie týchto živín na spôsob „osevného postupu“ na trvalý trávny porast v horskej výrobnej oblasti (kataster obce Liptovská Teplička). Experiment prebiehal počas rokov 2020 – 2023, čím sa absolvoval celý jeden cyklus. Záhlavie a vysvetlivky uvedené v tabuľke 1 zobrazujú štyri varianty, na ktorých sa rotačným spôsobom striedalo použitie jednotlivých živín (v štyroch opakovaniach), pri plnej aplikačnej dávke a zníženej o polovicu. Zvyšné varianty predstavujú sady kontrol. Ich spoločným znakom je to, že za štvorročné obdobie sumárne živiny musia dosiahnuť 120 kg dusíka a 24 kg fosforu. Aplikovanie týchto živín bolo samostatne, alebo v kombinácii. Napríklad aj každoročné uvedené dávky (vrátane pridania draslíka), alebo aj nehnojená kontrola. Porasty sa využívali dvakrát ročne. Pre úplnosť uvádzame, že varianty označené „permanentne“ mali štvrtinovú dávku oboch živín a tie boli aplikované každoročne. Slovom „prerušovane“ bola aplikovaná dávka polovičná a dodávala sa v prvom a treťom roku sledovaní. „Jednorazovo“ bolo dodané celé množstvo živín, ale len v prvom roku sledovaní a v ďalších troch rokoch absentovala výživa. Výrazom „vždy“ sa každoročne dodala plná dávka živín, či už ako NP, alebo ako NPK hnojenie.
Tabuľka 1: Produkcia sušiny nadzemnej fytomasy (t.ha-1)
Zhodnotenie prvého cyklu – produkcia a jej stabilita
Počas prvého štvorročného cyklu boli dva „normálne“ meteorologické roky, jeden suchý rok (2022) a jeden čiastočne suchý a čiastočne vlhký (2023). V prvom roku sledovaní je možné si všimnúť, že aj napriek maximálnemu počtu variantov s hnojením bola produkcia sušiny nízka (posledný riadok tabuľky 1). Pripisujeme to druhovému zloženiu, ktoré bolo počas predchádzajúcich cca 30 rokov ovplyvňované len kosením, bez aplikovania živín. Počas tohto obdobia prítomné produkčné druhy znížili zastúpenie. Zaradenie hnojenia ich podporilo v zastúpení (nárast od prvej do druhej kosby), ale produkčne sa ešte v dôsledku hnojenia neprejavili. Až od druhého roku sledovaní možno badať nárast produkcie.
Aplikovaná dávka dusíka zvyšovala produkciu. V suchom roku podporila produkciu a v roku po suchu podporila schopnosť trávneho porastu vysporiadať sa s jeho dôsledkami. Rovnaké pôsobenie bolo zaznamenané aj pri fosfore. Toto konštatovanie platí pre obe rotačné aplikácie v plnej dávke a raz za štyri roky.
Samostatne aplikovaný fosfor prekonal nielen efekt samostatne aplikovaného dusíka, ale aj obe živiny v rotácii (tabuľka 2, stĺpce venované produkcii).
Tabuľka 2: Priemerná produkcia sušiny (t.ha-1) a stabilita úroda v prvom cykle
Kombinácia oboch živín dosahovala najvyššie miry produkcie pri zvolenom obhospodarovaní, rešpektujúcom limity planéty. Zaujímavosťou je to, že trvalý trávny porast, ktorý rastie na rendzine s extrémne nízkou koncentráciou rastlinám dostupného fosforu, poskytuje najvyššiu úrodu pri systéme hnojenia raz za dva roky, buď ako živina aplikovaná samostatne, alebo v kombinácii s dusíkom. Prístup každoročného dodania „permanentne“ minimálneho množstva dusíka úrodou prekonal „prerušovanú“ ako aj „jednorazovú“ aplikáciu dusíka.
Posledné tri varianty kontrol – bez hnojenia, maximálna dávka, rovnaká dávka aplikovaná každoročne ako aj totožná aplikácia obohatená o draslík, sa vyvíjali očakávaným spôsobom. Nehnojená kontrola mala najnižšiu produkciu počas celého štvorročného obdobia (tabuľka 2), pričom bola zvlášť citlivá na nedostatok zrážok. Ten sa prejavil aj v roku nasledujúcom (2023), poukazujúc tak na to, že takto obhospodarované trávne porasty nie sú schopné okamžite sa vysporiadať s negatívami vyplývajúcimi z abiotického prostredia a preto vyžadujú dlhší časové obdobie. Na ostatných variantoch, ktoré boli v čase sucha hnojené, t.j. v roku 2022, sa prípadný pokles aj očakával, nakoľko v roku 2023 hnojenie absentovalo. Pre väčšiu zrozumiteľnosť uvádzame, že to platí pre varianty, ktoré boli hnojené prerušovane. Na variantoch, ktoré neboli hnojené počas sucha, bol zaznamenaný nárast.
Každoročné hnojenie plnou dávkou (a rovnaký variant s draslíkom) poskytli najvyššie úrody. Ale tieto úrody sú sprevádzané práve znížením druhovej diverzity, ktorá je rovnako zaradená do ukazovateľov planetárnych medzí (hodnoty tu nezobrazované).
Pri hodnotení prvého cyklu a pri porovnaní oboch cyklov (plný k polovičnému aplikovanému množstvu živín) je polovičný produkčnejší. Momentálne nevieme čo podmienilo toto cca viac ako 6,5% zvýšenie produkcie sušiny. Vysloviť môžeme rôzne hypotézy, ktoré by boli v prospech polovičnej aplikačnej dávky aplikovaných živín na rotačnom princípe: nižší porast, avšak hustejší porast; zvýšená pravdepodobnosť prítomnosti vyšších, vzrastanejších rastlinný druhov; vyššia koncentrácia rastlinám dostupných živín; nižšia skeletovitosť pôdy; nižšia prítomnosť edafónu lákajúceho a prejavujúceho sa v činnosti krtov, hrabošov; menší objem naakumulovanej stariny; ap.
Stabilita úrod (tabuľka 2), resp. tento parameter bol vypočítaný ako podiel priemernej úrody a smerodajnej odchýlky (postup je presným opakom variability). Je tak intuitívnou charakteristikou, ktorej najlepšie hodnoty sú vo výsledku práve tie najvyššie. Paradoxne nehnojený variant má najvyššiu stabilitu. Ale táto stabilita nie je požadovaná, nakoľko je sprevádzaná najnižšou produkciou. Pridanie draslíka znamená ku každoročnej aplikácii dusíka a fosforu znamená to, že sa maximálna produkcia stabilizuje. Stabilita produkcie rastie smerom od samostatnej aplikácie fosforu, cez samostatné dodávanie dusíka porastu až k obom živinám dodávaných v kombinácii. Polovičná dávka oboch sledovaných živín v rotácii mala najnižšiu stabilitu produkcie vôbec. Je to spôsobené aj tým, že každá z oboch dodaných živín pôsobí na porast a jeho zložky inak. Pri plnej aplikačnej dávke bola produkcia sušiny trvalého trávneho porastu stabilnejšia (v porovnaní s polovičnou).
Toľko k prvému štvorročnému cyklu. Predložené výsledky sú výstupom tzv. „výživárskej“ fázy. Táto fáza pri obhospodarovaní trávnych porastov je často sprevádzaná maximálnym využitím dodaných zdrojov. Zároveň priniesla prekvapenie v podobne priemerne vyššej produkcie trávneho porastu pri polovičnej dávke N a P živín v rotácii. Predpokladáme, že v ďalšom cykle práve živiny s maximálne možnou aplikáciou pri plnej rotácii z produkčného hľadiska naplní naše očakávanie a bude maximalizovať produkciu sušiny, jej stabilitu a pri zachovávaní diverzity v rámci planetárnych hraníc. Preto očakávame, že v environmentálnej fáze (trvanie experimentov v intervale 5 až 12 rokov) by mali nastať negatívne trendy v aplikáciách vysokých (viac či menej nepravidelných), alebo jednostranných dávok živín (chronicky nízkych). Pri rotačnom princípe, kde sa uvedenými živinami vyhnojí len 25 % plochy dusíkom, 25 % fosforom a 50 % plochy nie je hnojená, predpokladáme, že sa tieto trendy neobjavia.
