Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

A tápanyagellátás és a vízháztartás kapcsolata

A tápanyagellátás és a vízháztartás kapcsolata

A növényi produkció alapfeltétele a megfelelő víz- és tápanyagellátás. Az anyagcsere-folyamatok többnyire vizes közegben lejátszódó kémiai reakciók, ebből következik, hogy a víz fontos szerepet tölt be mint oldószer, mint szállító- és tárolóközeg. A víz biztosítja a növény kolloidállományának kedvező víztartalmát, és a víz egy része a fotoszintézis során beépül a növényi szervezetbe.

A növények a felvett víz mennyiségének mintegy 95–98%-át vízgőz formájában leadják (transzspiráció). A vízháztartást a vízfelvétel és a vízleadás határozza meg.

A vízfelvételre ható tényezők

A növények vízfelvételében a passzív vízfelvétel dominál. Az aktív vízfelvételnek csak a fejlődés kezdeti szakaszában van jelentősége. A fiatal, vakuólum nélküli sejtek vízfelvételét csak az anyagcsere-folyamatokkal összefüggő aktív vízfelvétellel tudjuk értelmezni. A fejlődés további szakaszaiban, vagyis a tenyészidő nagy részében a vízfelvétel alapja az ozmózis.

A vízfelvétel előfeltétele, hogy a talajoldat sókoncentrációja kisebb legyen, mint a gyökérsejtek koncentrációja. A sejtek telítődésével alakul ki a turgeszcens állapot. Ha a sejt nem teljesen telített vízzel, szívóerőt gyakorol, amely annál nagyobb, minél kisebb a sejt víztelítettsége, illetve minél nagyobb a sejtállomány koncentrációja. A kultúrnövények szívóereje általában 5–15 bar közötti érték, a sótűrő növények szívóereje azonban elérheti a 25 bart is.

A növények csak a szívóerőnél kisebb erővel kötött vizet képesek felvenni a talajból, a kapillárisvíz és a lazán kötött víz egy része hozzáférhető számukra. A higroszkópos vizet nem tudják hasznosítani, mivel ennek külső rétegei is mintegy 50 barnak megfelelő szívóerővel kötődnek a talajkolloidokhoz. Minél több valamely talajban a kolloid rész, annál nagyobb a hozzá nem férhető víz hányada. Ez utóbbit holtvíz-tartalomnak nevezik. A holtvíz-tartalom az a nedvességtartalom, amelynél a növényeken a hervadás tünetei tartósan mutatkoznak (hervadáspont). Számértéke közelítőleg négyszerese a Kuron-féle higroszkópossági értéknek (hy).

A hasznosítható vagy diszponibilis víz(DV) mindenkori nedvességtartalom és holt víz (HV) különbsége. Vízkapacitásig telített talajnál:

DV = VKSZ – HV.

Szabadföldi vízkapacitáson (VKSZ) azt a vízmennyiséget értjük, amelyet a talaj a gravitációs erővel szemben vissza tud tartani.

A hasznosítható víz tehát a talajok vízbefogadó és vízvisszatartó képességétől, illetve attól függ, hogy a víz milyen erővel kötődik a talajrészecskékhez.

A dipólus jellegű vízmolekulák pozitív töltésükkel a negatív töltésű kolloid részecskékhez rendeződnek, és Van der Waals-erőkkel a felülethez kötődnek.

6. ábra - Vízadszorpció a talajfelületen

kepek/6abra.png


A felülettel közvetlenül érintkező vízréteg kötődik a legerősebben, az adszorpciós felülettől távolodva egyre csökken a vízmegkötés erőssége. Azt az erőt, amellyel a víz a talajrészecskék felületéhez kötődik, Schofield nyomán a pF-értékkel jellemzik. A pF-érték a víz elszívásához szükséges, vízoszlop cm-ben kifejezett szívóerő tízes alapú logaritmusa:

1 (100) cm vízoszlop = 0 pF,

10 (101) cm vízoszlop = 1 pF,

100 (102) cm vízoszlop = 2 pF,

1000 (103) cm vízoszlop = 3 pF,

10 000 (104) cm vízoszlop = 4 pF.

A vízmegkötés közvetlenül a vizet adszorbeáló felületen vagy annak közelében elérheti a 10 000 bar nagyságrendet, ami 107 cm vízoszlopnak, illetve pF = 7-nek felel meg (1 bar = 103 cm vízoszlop).

A vízkapacitásnak megfelelő vízmennyiség az adszorpciós vízből, illetve a kapilláris pórusokban visszatartott vízből áll. A kapilláris pórusokban lévő ún. kapilláris víz kötődése függ a pórusok átmérőjétől: minél kisebb a pórusok átmérője, annál nagyobb mértékben kötődik. A 0,05 mm-nél nagyobb átmérőjű pórusok túl nagyok ahhoz, hogy visszatartsák a vizet, emiatt ezeket nem kapilláris pórusoknak nevezzük.

A talaj különböző átmérőjű pórusaiban található víz felvehetőségét, illetve pF-értékét a 10. táblázat tartalmazza. A növények a kis erővel kötött (alacsony pF-értékű) vizet képesek hasznosítani. A korábban említett holtvíz-tartalom vagy hervadáspont nem jellemezhető egyértelműen a pF-értékkel, mivel növényfajonként eltérő. Általában a pF =4,2-nél nagyobb erővel kötött vizet nem tudják a növények hasznosítani.

10. táblázat - Összefüggés a talaj pórusátmérője és a pF-érték között

Pórusméret

Átmérő (µm)

pF

Vízfelvehetőség

Nagy

> 50

< 1,8

könnyű

Közepes

50–10,1

1,8–2,5

közepes

Finom

10–0,2

2,5–4,2

nehéz

Nagyon finom

< 0,2

4,2–

nem vehető fel


Ha a kísérleti úton meghatározott pF-értékeket a talaj víztartalmának függvényében ábrázoljuk, jellegzetes görbéket kapunk. A 7. ábrán négy, különböző mechanikai összetételű talaj pF-görbéje látható. A víztartalom növekedésével mindegyik talajon csökken a pF értéke (javul a víz felvehetősége), de eltérő mértékben. A homoktalajon a víztartalom növekedésével hirtelen esik a pF, az agyagtalajon viszont még 29% víztartalom mellett is 4,2 a pF értéke, vagyis csak az ezt meghaladó víztartalom esetén tudják a növények a vizet hasznosítani.

7. ábra - Különböző mechanikai összetételű talajok pF-görbéi (Várallyay 1976)

kepek/7abra.png


A görbékről leolvasható a szabadföldi vízkapacitás (VKSZ) és holt víz (HV) számértéke, amiből a diszponibilis víz (DV) számítható. Az ábrán bemutatott különböző mechanikai összetételű talajok jellemzői:

VKSZ HV DV

térfogat%

Durva homok  3  1  2

Homokos vályog 20  7 13

Vályog 33 17 16

Agyag 47 29 18

Az agyagtalaj tehát lényegesen több hasznos vizet tud tárolni, mint a homoktalaj, de az agyagtalajon kisebb a diszponibilis víz hányada, mint a lazább talajokon.

A vízleadásra ható tényezők

A növény vízfelvétele és vízleadása dinamikus egyensúlyban van a talaj és a levegő víztartalmával:

talaj növény légkör

A növény vízleadása. A transzspiráció fő szervei a levelek. A transzspiráció mértékét a sztómákszáma, eloszlása, nagysága és nyitottsága szabja meg. A transzspirációt döntő mértékben befolyásoló fizikai tényező a levegő vízgőztartalma.

A levegő csak ritkán telített. A mindenkori vízgőzhiányt vízgőzdeficitnek nevezzük, amely a levegő lehetséges és tényleges vízgőztartalmának különbsége. A levegő a növekvő hőmérséklettel egyre több vizet képes felvenni a telítési állapot eléréséig (8. ábra). Minél nagyobb a vízgőz hiánya, annál nagyobb szívóerő jön létre, ami fokozza a transzspirációt.

8. ábra - A levegő telítettségi vízgőztartalma (g/m3) a hőmérséklet függvényében (Schmalfuss 1963)

kepek/8abra.png


A transzspirációt meghatározó fiziológiaitényező a sztómák nyitottsági állapota. A sztómák nyílásai a zárósejtek turgora esetén teljesen nyitottak, ennek csökkenésével záródnak. A zárósejtek turgorát az ozmotikusan aktív anyagok szabályozzák.

A sztómák nyitottságát a fény-, hő-, vízellátás és más körülmények is befolyásolják. Az egyéb körülmények közül fontos szerepet játszik a tápanyagellátás is. Az egyértékű ionok, pl. a K+, Na+, Cl, NO3, elősegítik a vízfelvételt, és gátolják a transzspirációt. Ellenkező hatást fejtenek ki a kétértékű ionok, pl. a Ca2+ és SO42–, amelyek kolloidzsugorító hatásuk következtében gátolják az egyéb anyagok, köztük a víz felvételét is, ugyanakkor elősegítik a transzspirációt.

A vízmérleg a felvett és elpárologtatott víz különbségéből számítható. Kiegyenlítetlen vagy deficites a vízmérleg, ha nagyobb a transzspiráció, mint a vízfelvétel. Ebből következik, hogy forró, száraz napokon jelentős vízhiány léphet fel. Ilyenkor az ozmotikus potenciál megnő, és növekszik a gyökerek szívóereje, vagyis a növény bizonyos mértékig képes alkalmazkodni a vízhiányhoz, ami azonban gátolja a növekedést és a szárazanyag-produkciót.

A tápanyag-ellátottság az egy- és kétértékű ionok hatásán keresztül kedvezően, illetve kedvezőtlenül befolyásolhatja a vízmérleget. Ez azonban nem szól az egyoldalú táplálkozás mellett; minden esetben harmonikus tápanyagarányok biztosítására kell törekedni.

Az egyértékű ionok túlsúlya esetenként kedvezőtlen is lehet, mivel nagy víztartalmú termést eredményezhet. Ez utóbbi, pl. burgonyánál, kedvezőtlen, mivel a keményítőtartalom csökkenésével jár együtt. A vízmérleget a sejtek kolloidtartalma, így fehérjetartalma is befolyásolja. A nagy fehérjetartalmú, fiatal növények kolloidállománya nagy erővel tartja vissza a vizet, ezzel elősegíti a pozitív vízmérleg fenntartását.

Tápanyagellátás és vízhasznosulás

A növények vízigénye és vízhasznosulása növényfajonként változó. A vízfelhasználás mértéke a környezeti tényezőktől függ, a trágyázás pedig módosítja. Optimális tápanyagellátás mellett legkisebb a transzspiráció. A növények vízigényét és vízhasznosulását a transzspirációs együttható jellemzi, amely az egységnyi tömegű szárazanyag előállításához szükséges vízmennyiség.

A C3 és C4 típusú növények különböző mértékben hasznosítják a vizet. A C4-es kukorica, köles és törpecirok fajlagos vízfogyasztása 200–300, míg a C3-as növényeké 400–800 kg/kg szárazanyag (11. táblázat). A transzspirációs koefficiens számértéke a termőhely adottságaitól függően ingadozik (12. táblázat).

11. táblázat - Kultúrnövények transzspirációs együtthatója (Frank és Hank szerint)

Növény

Transzspirációs együttható

C3-as növények

 

Rostlen

Szójabab

Lóhere

Burgonya, korai

Burgonya, késői

Zab

Tavaszi árpa

Tavaszi búza

820

810

775

407

849

433

476

577

C4-es növények

 

Kukorica

Köles

Kukoricacsalamádé

Törpecirok csalamádé

314

222

205

175


12. táblázat - Különböző növények transzspirációs együtthatói (Briggs és Shantz szerint)

Növény

Transzspirációs együttható

szélső értékei

középértéke

Kukorica

Búza

Rozs

Zab

Cukorrépa

Burgonya

Céklarépa (fehér)

Borsó

Vörös here

315–413

473–559

502–578

459–622

554–717

775–800

368

513

534

597

397

636

743

788

797


A fajlagos vízigény alapján megállapítható, hogy a tenyészidőben hullott csapadék – különösen nagy termések esetében – nem biztosítja a szükséges vízmennyiséget, a növények a talajban tárolt téli csapadék felhasználására, illetve öntözésre szorulnak (pl. 40 t/ha cukorrépaterméshez, ami 10 t szárazanyagnak felel meg, mintegy 400 mm csapadékra van szükség).

A jó tápanyagellátás javítja a vízhasznosulást, de a több terméshez több vízre van szükség. Növekvő tápanyagadagok hatására a termés egy bizonyos határig nő, azonban a nagyobb szárazanyag-produkcióhoz több vízre van szükség. A nagyobb mennyiségű víz jobban hasznosul, a transzspirációs együttható csökken (9., 10. ábra).

9. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje szárazanyag-produkciójára csernozjom talajon (saját kísérletek)

kepek/9abra.png


10. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje összes és fajlagos vízfogyasztására csernozjom talajon (saját kísérletek)

kepek/10abra.png


Az egyes tápelemek és azok kombinációinak hatását a szárazanyag-produkcióra, valamint a fajlagos vízfogyasztásra a 11. és 12. ábrán szemléltetjük. Szembetűnő, hogy a fajlagos vízfogyasztás minden kezelésben kisebb, mint a trágyázatlan kontrollban. A legkisebbek a fajlagos vízfogyasztási értékek a nitrogéntartalmú kezelésekben, amelyek a legnagyobb mértékben növelték a termést.

11. ábra - NPK-kezeléskombinációk hatása a kukorica szárazanyag-produkciójára (saját kísérletek)

kepek/11abra.png


12. ábra - NPK-kezeléskombinációk hatása a kukorica fajlagos vízfogyasztására (saját kísérletek)

kepek/12abra.png


Az ábrán feltüntetett fajlagos vízfogyasztás a ténylegesen transzspirált víz mennyiségén kívül az evaporált (a talajfelszínről elpárolgott) vizet is tartalmazza.

Általánosságban megállapítható, hogy bármely tápelem pótlása, amely adott talajon a növények optimális ellátásához szükséges, jobb vízhasznosításhoz vezet. Savanyú, magnéziumhiányos barna erdőtalajon végzett szálkásperje-kísérletekben a fajlagos vízfogyasztás nemcsak az NP- és NPK-kezelések hatására csökkent, hanem a termést növelő Ca- és Mg-kezelések hatására is (13. és 14. táblázat).

13. táblázat - N-, P-, K- és Ca-kezelések hatása a szálkásperje fajlagos vízfogyasztására savanyú homoktalajon

Kezelések

Fajlagos vízfogyasztás

(g víz/l g szárazanyag)

Rel. érték

(%)

Ø

Ca

NP

NP + Ca

NPK1

NPK1 + Ca

NPK2

NPK2 + Ca

SzD5%

795 

649

580 

447

499 

456

500

489

66

100

81

73

56

63

57

63

61

8,3

Ca0

Ca1

SzD5%

594

510

33

100

86

5,5


14. táblázat - Mg-kezelés hatása a szálkásperje fajlagos vízfogyasztására savanyú homoktalajon

Kezelés

Fajlagos vízfogyasztás

(g víz/l g szárazanyag)

Rel. érték

(%)

A CaCO3 nélküli alapkezelések átlagában

Mg0

Mg1

Mg2

Mg3

Mg4

SzD5%

723

620

588

561

522

73

100

86

81

77

72

10

A CaCO3-os alapkezelés átlagában

Mg0

Mg1

Mg2

Mg3

Mg4

SzD5%

503

496

520

517

516

51

100

99

103

103

103

10


A fajlagos vízfogyasztás a talaj vízellátottságától is függ. A transzspirációs együttható általában a vízkapacitás 70–80%-ának megfelelő víztelítettség esetén a legkisebb. Ennél nagyobb víztelítettségnél a transzspirációs együttható ismét nő, vagyis a túl bő vízellátás is kedvezőtlenül hat a vízhasznosulásra.

Kérdések

 1. Mi határozza meg a növények vízháztartását?

 2. Mi a vízfelvétel alapja, milyen talajtulajdonságok befolyásolják a vízfelvételt?

 3. Mit tekintünk hasznosítható víznek, és hogyan jellemezhető a pF-értékkel?

 4. Miben különböznek egymástól a homok-, vályog- és agyagtalaj pF-görbéi, milyen következtetések vonhatók le a görbék alapján?

 5. Milyen tényezők hatnak a vízleadásra?

 6. Mi a sztómák szerepe, hogyan befolyásolja a levegő páratelítettsége a vízleadást, mi az egy- és kétértékű ionok szerepe a vízfelvételben és -leadásban?

 7. Mi jellemzi a kiegyenlített és kiegyenlítetlen vízmérleget?

 8. Milyen mutatókkal jellemezhető a növények vízigénye?

 9. Hogyan különbözik a C3 és C4 növények vízszükséglete?

10. Milyen hatása van a termést növelő tápanyagellátásnak a transzspirációs együtthatóra és az összes vízszükségletre?

11. Hogyan ítéli meg a különböző elemek szerepét a növények vízháztartásában a bemutatott példák alapján?