A növények megközelítőleg 80–85%-ban vízből és 15–20% szárazanyagból állnak, a szárazanyag döntő többségét három elem alkotja: 42-45%-ban szén (C), 40-42%-ban oxigén (O) és 6-7%-ban hidrogén (H), a fennmaradó további 6-7% 18-20 elemből áll. A szenet és az oxigént döntő többségében a levegőből veszik fel a növények, míg a hidrogént elsősorban a vízből hasznosítják. Ebből következik, hogy a szárazanyagképzéshez szükséges elemek nagyobb részét a levegő szolgáltatja.
Hogyan kerül a szén a növénybe?
A növények a fényenergia segítségével a levegőből a szén-dioxidot megkötik, és fotoszintézis útján cukorrá és keményítővé alakítják át. A fotoszintézishez még számos egyéb biokémiai reakció is kapcsolódik, ebből adódóan az említett alapfolyamat sokkal szerteágazóbb és összetettebb.
A szén-dioxid megkötése nem minden növény esetében azonos, kétféle módon történhet:
• enzim segítségével a C3-as növényfajoknál és
• ATP-n keresztül a C4-es növények esetében.
A növények a fényenergia segítségével a levegőből a szén-dioxidot megkötik, és fotoszintézis útján cukorrá és keményítővé alakítják át – fotó: Shutterstock
A C3-as növényfajok (ide tartoznak a zöldségnövények a csemegekukorica kivételével) a szén-dioxid és az oxigén közvetlen rögzítését az úgynevezett RuBisCO enzim segítségével végzik, amely enzim oxigént is képes megkötni. Hogy adott esetben melyik folyamat játszódik le, az oxigént vagy a szén-dioxidot köti-e meg az enzim, az a két gáz koncentrációjának arányától függ. 50 ppm CO2 felett a szén-dioxid megkötése történik, amely folyamatot a fény intenzitása is befolyásolja.
Szabadban az oxigén és a szén-dioxid légköri aránya az említett RuBisCO enzim aktivitását teszi lehetővé, vagyis a szén-dioxid beépülését segíti elő. Üvegházakban vagy fóliák alatt előfordul, hogy szellőztetés hiányában a szén-dioxid tartalma jelentősen lecsökken, az oxigénkoncentráció megnő, ilyen esetben az enzim működése átvált az oxigén megkötésére, és a fotoszintézis hatékonysága romlik, súlyos esetben leáll.
A C4 típusú fajok – amelyek az ATP-n keresztül kötik meg a szén-dioxidot – kisebb csoportot képeznek: a kukoricát, a kölest, a cirkot és a cukornádat, továbbá néhány kisebb jelentőségű egyszikűt sorolunk ide.
A termesztett fajok döntő többsége (94%) a C3-as csoporthoz tartozik. Az üvegházakban és a fóliák alatt hajtatott növényeknél a szén-dioxid fixálásában részt vevő enzim működését alapvetően két tényező határozza meg:
• a levegő összetétele – a szén-dioxid és oxigén arány, illetve
• a klimatikus tényezők – a fényintenzitás és a léghőmérséklet.
Magasabb szén-dioxid- és alacsonyabb oxigéntartalmú levegő esetén, magasabb hőmérsékleten (20-25 oC-on vagy felette), kedvező fényviszonyok mellett (10W/m2 felett) egy határig az intenzívebb asszimiláció miatt kedvezőbb a zöldtömegképződés.
Szén-dioxid-mérleg
Mint az ásványi tápanyagok esetében a CO2-nál is, célszerű az igényt és a forrást egybevetni, azaz mérleget készíteni és mérlegszemlélettel gondolkodni (1. ábra).
Növények szén-dioxid-mérlege
|
Források:
• A légkör szén-dioxid-tartalma napjainkra ~420 ppm-re emelkedett, ami nem tekinthető állandó értéknek, helytől, időjárástól és az évszakoktól függően változik. 420 ppm koncentráció megfelel 0,76 g/m3 CO2-tartalomnak, 13-20 m3 levegő 1 m2 felületen termesztett növény számára tartalmaz elegendő szén-dioxidot.
• Maga a talaj is bocsát ki szén-dioxidot, átlagosan napi 2-5 g/m2-et, de a humuszban gazdag, erősen szervestrágyázott (10-20 kg/m2 istállótrágya) hajtatóházi talajok esetében akár a 8-10 g/m2/nap mennyiséget is elérheti. Izolált közegen (pl. perlit, kőgyapot stb.), illetve talajtakarás esetén a növény szén-dioxid igényének csak töredéke képződik, a talaj, mint szén-dioxid-forrás, gyakorlatilag nem is létezik.
• A növény légzéséből adódóan éjjel is képződik CO2, amit a növény a reggeli órákban jól tud hasznosítani. Mennyisége az éjszaka hosszától és a léghőmérséklettől függően 10-20 g/m2.
Felhasználás:
• 1 m2 levélfelület óránként 2-3 g, azaz 1-1,5 liter szén-dioxidot képes felvenni optimális fény- és hőviszonyok mellett. (1 liter CO2 tömege 20 0C-on 2 gramm.) Támrendszeres uborka, paradicsom vagy paprika hajtatása esetében 1 m2 talajfelületre ~ 5 m2 levélfelület jut, amiből következik, hogy 1 m2 üvegházi alapterületre számítva 5-7,5 literre, azaz 10-15 g CO2-re van a növénynek szüksége óránként.
Az anyagcsere folyamán az asszimiláció, azaz CO2-felvétel mellett disszimiláció, azaz CO2-leadás is történik. Ha a forrást és a felhasználást egybevetjük, azaz ha több szén-dioxidot vesz fel a növény, mint amennyit lead, akkor gyarapodik a zöldtömeg, fordított esetben viszont csökken a képződő szárazanyag mennyisége.
Az asszimiláció (fotoszintézis) és a disszimiláció (légzés) különbözetét nettó fotoszintézisnek nevezzük; azt az értéket, amikor a két folyamat egyensúlyban van, kompenzációs pontnak mondjuk.
A szén, illetve a szén-dioxid pótlása
A CO2-szint 800-1000 ppm-re emelése 10-30%-os termésnövekedést, egyes zöldségfajok esetében (pl. fejes saláta) rövidebb tenyészidőt, azaz koraiságot is eredményez.
A CO2-szint 800-1000 ppm-re emelése pl. a fejes saláta esetében rövidebb tenyészidőt, azaz koraiságot is eredményez – fotó: Pixabay
Abból adódóan, hogy korábban a zöldséghajtató üzemekben sok szerves trágyát használtak, amiből a bomlás során jelentős mennyiségű szén-dioxid képződött, nem tapasztalták a szén-dioxid hiányát, nem merült fel szükségletként a mesterséges kiegészítése. Régi konstrukciójú üvegházaknál a rosszul záródó szellőzők és ajtók is sok esetben hozzájárultak a levegőcseréhez, a szén-dioxidban gazdagabb levegő beáramlásához.
Korszerűnek mondható, jó szigetelésű üveg- és fóliaházakban egybevéve a hajtató légterében meglévő szén-dioxidot a talaj által kibocsátott és az éjszaka képződő mennyiséggel megállapítható, hogy nem fedezi a növény igényét, ki kell egészíteni.
A növény esetében optimálisnak tekinthető szén-dioxid-koncentrációt alapvetően kétféle módon érhetjük el:
• intenzív szellőztetéssel (légcserével) és
• mesterséges úton történő pótlással, azaz szén-dioxid-trágyázással.
Amennyiben intenzív szellőztetéssel tartani tudjuk a külső légtér CO2-szintjét, már 5-15%-os termésnövekedést érhetünk el. Ehhez legalább óránkénti tízszeres légcserére lenne szükség, amire nincs mindig lehetőség, tartósabb szellőztetéskor a növények megfáznának, és magasak a fűtési költségek.
A szén-dioxid-trágyázás akkor hatásos, ha intenzív napsütés van (március, április és május, illetve szeptember és október), amikor még, illetve már a nagy meleg miatt nem kell a szellőzőket állandóan nyitva tartani.
A zöldséghajtatásban – a költségektől és a beszerzési lehetőségtől függően – háromféle módszert alkalmaznak a szén-dioxid pótlására:
• szénhidrogének (pl. gáz, petróleum stb.) égetése,
• száraz jég kihelyezése és
• cseppfolyós szén-dioxid kijuttatása.
Nálunk a cseppfolyós CO2 használata terjedt el, aminek nagy előnye a tisztaság, továbbá a könnyű és pontos adagolhatósága.
A szén-dioxid-kijuttatás más környezeti tényezőknek is, mindenekelőtt a megvilágításnak a függvénye:
• Télen, borús időben (40W/m2 ~5000-6000 lux) lényegében csak a természetes érték, azaz 400-500 ppm tartására kell törekedni.
• Tavasszal, kissé felhős időben (70-100 W/m2 ~10 000-15 000 lux) 550-650 ppm koncentráció az ajánlott.
• Napos időben, intenzív napsütés esetén (100-200 W/m2 ~ 15 000-30 000 lux felett) 800-900 ppm-et meghaladó töménység esetén legintenzívebb az asszimiláció, ilyen koncentráció mellett érhető el a növény maximális teljesítő képessége.
A CO2-adagolást – a tápoldatozáshoz hasonlóan – napfelkelte után 1,5-2 órával kell elkezdeni, és napnyugta előtt ugyancsak két órával korábban kell fejezni. Naponta, a fényviszonyoktól és a szellőztetés mértékétől függően, 2-10 órán keresztül adagoljuk. Mérőműszerekhez kapcsolt adagolóval, kisebb gazdaságokban a palack mérlegre helyezésével mérhető és szabályozható a kijuttatott mennyiség.
Néhány további fontos tudnivaló a szén-dioxid-trágyázással kapcsolatosan:
• 3000–5000 ppm vagy a feletti CO2-koncentráció már káros a növényre (emberre is!), akár perzselési tüneteket is okozhat.
• Hatását rontja a talaj alacsony tápanyagszintje, továbbá a nem megfelelő (magas) éjszakai hőmérséklet.
• A CO2-koncentráció növelésével fokozódik a növények generatív hajlama (pl. paprika), és javul a sótűrő képessége.
• Az optimálisnál magasabb CO2-koncentráció esetén, ha kevés fénnyel és magas páratartalommal párosul, kalcium- és bórhiány léphetnek fel.
Leghatékonyabb és leggazdaságosabb szén-dioxid-kiegészítő adagolás tavasszal (március-május) és ősszel (szeptember-október) van!
A CO2-koncentráció növelésével fokozódik a növények generatív hajlama, pl. a paprika esetében – fotó: Shutterstock
Az sem jó, ha túl sok a szén (a szenet tartalmazó cellulózé)!
A zöldségfélék talajigényének jellemzése során mindig kiemeljük a szerves anyag fontosságát, mivel a magas humusztartalom azonos a jó talajszerkezettel. A nagy adagú szerves trágyán kívül a leszántott tarlómaradvány is jelentősen növeli a humusztartalmat, mint ahogy az összegereblyézett őszi lomb beásása is, ami nemcsak szerkezetjavító, de jelentős mennyiségű tápanyagot is visszajuttat a talajba.
Intenzív zöldségtermesztésben (pl. támrendszeres uborkatermesztés) a talajtakarásra használt nagy mennyiségű szalmát is a talajba dolgozzák, ami hasonló hatással van a talaj szerkezetére és tápanyagtartalmára, mint a leszántott tarlómaradvány.
A növényi részek lebontását szénhidrátbontó baktériumok végzik. Tevékenységük két lépésben történik, először nagy számban elszaporodnak, majd ezt követően bontják a növénymaradványokat, a cellulózt. A felszaporodásukhoz nitrogénre van szükség, ami ha nincs elegendő a talajban, elvonják a növény elől, saját maguk fehérjéinek építésére használják fel, ezzel nitrogénhiányt okoznak a növénynek. Csak ezt követően kezdik a cellulóztartalmú szerves anyagot bontani, a nitrogént, más tápelemekkel együtt a növény számára hasznos és felvehető tápanyagokká átalakítani (ásványosítani).
Az így kialakuló, a baktériumok szaporodásához lekötött nitrogént pentozánhatásnak, a hiányából adódó klorotikus tüneteket szaknyelven pentozánhatás-jelenségnek nevezzük.
A nitrogénhiány kialakulása és mértéke a talaj és a szerves anyag szén (C) – nitrogén (N) arányától függ. Amennyiben a talajok nitrogénben jól ellátottak, nem vagy csak kicsi a valószínűsége a pentozánhatás kialakulásának. Ez a magyarázata annak, hogy a kertészeti talajokban jelentős mennyiségű mulcsozásra használt szalma és fakéreg leforgatása után is csak ritkán alakul ki a pentozánhatás, ugyanis az ilyen talajok általában a rendszeres és nagy adagú műtrágyázás (tápoldatozás) hatására elegendő ásványi nitrogént tartalmaznak.
Amennyiben a C:N arány nagyobb, mint 50, azaz a szén mennyisége több mint ötvenszerese a nitrogénnek, a szénhidrátbontó baktériumok felszaporodása indul meg, és kialakul a pentozánhatás. Minél tágabb ez az érték, minél nagyobb a különbség a szén és a nitrogén között, annál súlyosabb hiány kialakulásával kell számolni.
Ideálisnak abban az esetben nevezhető a C:N arány, ha nem magasabb, mint 20-30 az 1-hez. A nitrogén lekötődése akkor is megindulhat, ha olyan szerves trágyát használunk, amelynek nagyon magas a cellulóztartalma (magas alomtartalom alacsony vizelet és bélsár mellett). Ősszel a kertekben a lehullott és komposztálatlan lomb beforgatásakor ugyanez a jelenség játszódik le.
A gabonafélék betakarítása után a tarlón maradó jelentős mennyiségű szármaradvány miatt, magas cellulóztartalmából adódóan, leforgatást követően sok a talajban a szén a nitrogénhez képest, így könnyen bekövetkezhet a pentozánhatás. Valamivel kedvezőbb a helyzet a kukoricaszár bemunkálásával, ez esetben a C:N arány 45-50:1, de itt is van esélye a nitrogénhiány kialakulásának.
A pillangósok (szántóföldiek: lucerna, herefélék, csillagfürt, bükkönyfélék, lencse, kertészeti növények közül bab, borsó) köztudottan nitrogéngyűjtők, és a magas fehérjetartalmukból adódóan sok nitrogént is tartalmaznak, a C:N arány az esetükben 10-25:1, ami nagyon kedvező, leszántásuk alkalmával pentozánhatással nem kell számolni (1. táblázat).
A C:N arány és a pentozánhatás várható mértéke (Jócsik, 1962 és Nagy, 1993 nyomán)
|
Talajtakarásos termesztésben gyakran mulcsnak szalmát, gyenge minőségű tőzeget is használnak, amit ősszel leszántanak. Támrendszeres uborka-, intenzív paprikatermesztés esetén – mivel az ilyen kultúrák magas tápanyagtartalmú talajt hagynak hátra – kicsi a veszélye a pentozánhatásnak, de kilúgozott, tápanyagban szegény területeken számolni kell vele!
Hogyan előzhető meg a pentozánhatás?
Konvencionális termesztés esetén, amely során a növényi maradványok és szerves trágyák mellett műtrágyát is használunk a tápanyag-gazdálkodásban, könnyű a megelőzés, esetleg később a gyógyítása, megszüntetése. Ősszel a szár és a levelek leforgatásával egy időben nitrogénműtrágyát is kell a talajba dolgozni, amely mennyisége ~50-100 kg/ha (5-10 g/m2) N-hatóanyagnak legyen megfelelő.
