Kvalitní pěstební substrát se mimo jiné vyznačuje vysokou vodní kapacitou a zároveň dostatečnou zásobou vzduchu. Poměr vody a vzduchu je zvláště důležitý při pěstování v nádobách, kde mají rostliny k dispozici omezené množství substrátu. Obecně mluvíme o hydrofyzikálních vlastnostech, pro porovnání substrátů různého složení existuje řada metod.
Poměrně jednoduché je stanovení kontejnerové kapacity, což je v podstatě maximální množství vody, které může substrát zadržet. Provádí se přímo v pěstebních nádobách naplněných substrátem nebo ve standardních nádobách o výšce 7,5 cm. Substrát se nasytí vodou a poté, co odteče gravitační voda (po 1 hodině), se stanoví zbylé množství vody, které se označuje jako kontejnerová kapacita. Pokud se použijí nádoby s uzavíratelnými otvory, může se změřit množství gravitační vody, jež odpovídá množství vzduchu při kontejnerové kapacitě (vzdušná kapacita). Stanovení vzdušné kapacity není už tak snadné. Součet kontejnerové kapacity a polní vzdušné kapacity dává celkovou pórovitost substrátu.
Poněkud složitější je stanovení fyzikálních vlastností metodou dle Nováka, která byla původně určena pro rozbor neporušených půdních vzorků. Ve VÚKOZ Průhonice ji používáme upravenou pro hodnocení pěstebních substrátů. Standardně se používají válečky o objemu 100 ml, tento malý objem substrátu je určitou nevýhodou, na druhé straně však umožňuje hodnotit více vzorků v několika opakováních.
Touto metodou se stanoví objemová hmotnost (OH), celková pórovitost (P) a podíl kapilárních (PK), semikapilárních (PS) a nekapilárních (PN) pórů v substrátu, dále maximální kapilární kapacita substrátu (MKK), která charakterizuje schopnost substrátu zadržet vodu pro potřebu rostlin, a vzdušná kapacita (VzK), tj. obsah vzduchu v substrátu nasyceném vodou (při MKK). Optimální hodnoty je nutné posuzovat podle složení substrátů, vyšší hodnoty vodní kapacity a nižší hodnoty kapacity vzdušné přísluší rašelinovým substrátům, naopak nižší hodnoty vodní kapacity a vyšší hodnoty kapacity vzdušné přísluší rašelinokůrovým substrátům a substrátům s dřevními vlákny, případně pilinami. U organických substrátů je důležitý strukturní stav, který podmiňuje správný poměr malých (kapilárních) a velkých (nekapilárních) pórů a tím také správný poměr vody a vzduchu v substrátu. Při optimálním rozdělení pórů v substrátu připadá 40 – 50 % na póry kapilární a zbytek ve stejné míře na póry semikapilární a nekapilární.
Hydrofyzikální vlastnosti substrátů lze přesněji vyjádřit retenčními křivkami, tj. závislostí vlhkosti substrátu na vodním potenciálu. U organických substrátů se retenční křivky stanovují na pískovém tanku při potenciálu 0 až 10 kPa, který odpovídá rozdílu hladin 0 až 100 cm vodního sloupce měřeného mezi středem válečku a hladinou. V literatuře se obvykle znaménko minus u vodního potenciálu nepoužívá, uvádí se pouze absolutní hodnota potenciálu. Pro přesné určení průběhu retenčních křivek se měří obsah vody při potenciálu 0,5, 1, 2, 4, 5, 7,5 a 10 kPa.
Retenční křivky určují, jak pevně je voda v substrátu poutaná. Pokud absolutní hodnota vodního potenciálu stoupá (zvětšuje se rozdíl hladin na pískovém tanku), obsah vody v substrátu klesá, voda je v substrátu poutána většími silami a z hlediska rostlin se stává obtížně dostupnou až nedostupnou. Pro pěstitele není důležité, kolik vody substrát obsahuje, ale kolik obsahuje snadno dostupné vody. Většina autorů se shoduje na tom, že snadno dostupná voda je ta, která se ze substrátu uvolní při změně vodního potenciálu z 1 do 10 kPa. Tato kategorie se dále může dělit na vodu lehce a hůře dostupnou. Obtížně dostupná voda se uvolní při změně vodního potenciálu z 10 do 1500 kPa. Obsah vody při potenciálu 1500 kPa se stanovuje v podtlakovém přístroji a u rašelinových substrátů se pohybuje v rozmezí 13–17 % obj. Pro hodnocení organických substrátů postačuje stanovit obsah vody při potenciálech do 10 kPa na pískovém tanku. Voda, která se uvolní do potenciálu 1 kPa, představuje vodu gravitační, která z větší části po zálivce volně odteče. Hodnota stanovená při potenciálu 1 kPa se označuje jako kontejnerová kapacita, liší se však od kontejnerové kapacity stanovené v pěstebních nádobách. Při výšce nádoby 7,5 cm odpovídá stanovený obsah vody vodnímu potenciálu 0,38 kPa (rozdíl mezi dnem a středem nádoby = 3,75 cm). Takto stanovená kontejnerová kapacita by měla být vyšší než při potenciálu 1 kPa.
Toto stanovení využívají tři metody, které se v současnosti používají v EU: ISHS metoda, M-ISHS metoda a standardní metoda EU (EN 13041). Metody ISHS a M-ISHS hodnotí substrát na základě stanovení obsahu vody při potenciálu 1, 5 a 10 kPa, metodou EN 13041 se stanovuje pouze kontejnerová a vzdušná kapacita při potenciálu 1 kPa. Pro stanovení fyzikálních vlastností je důležitá příprava vzorku, velikost válečku (především výška), způsob jeho plnění substrátem a sycení. Výška válečku podle EN je 5,3 cm, při objemu cca. 390 ml.
Ve VÚKOZ Průhonice byly z metod hodnotících hydrofyzikální vlastnosti substrátů vybrány a porovnány dvě: upravená metoda podle Nováka a stanovení retenčních křivek na pískovém tanku v rozsahu vodních potenciálů 0 – 10 kPa (kroky 0,23, 0,5, 1, 2, 3, 5 a 10 kPa). Stanovení retenčních křivek bylo provedeno na Katedře pedologie České zemědělské university v Praze.
V období 2000 – 2001 bylo vybranými metodami testováno 5 základních typů substrátů používaných v zahradnické produkci v ČR: 1. rašelinové, 2. kůrorašelinové, 3. kůrové, 4. organické substráty s minerálními komponenty (jíly), 5. substráty s alternativními komponenty nahrazujícími rašelinu (dřevní odpad – piliny, dřevní vlákna; zelený kompost). V roce 2000 bylo hodnoceno 19 a v roce 2001 11 substrátových směsí. Obě metody používají válečky o objemu 100 ml (výška 4,6 cm, průměr 2,63 cm). Od každé směsi bylo připraveno šest vzorků, tři pro každou metodu. Při hodnocení výsledků se zjišťovalo, jaký je vztah mezi hodnotami naměřenými těmito metodami a jak jsou obě metody schopny postihnout rozdíly ve fyzikálních vlastnostech substrátů daných jejich odlišným složením.
Podle retenčních křivek měly nejvíce (nad 20 % obj.) lehce dostupné vody pro rostliny rašelinové substráty a rašelinokůrové substráty s vyšším (70 % obj.) podílem rašeliny nebo s bentonitem. Zvýšený podíl (50 % obj.) kompostované kůry v substrátech snižoval podíl vody dostupné pro rostliny a zvyšoval vzdušnou kapacitu a podíl gravitační vody. Z výsledků je rovněž patrný vliv dvou typů kompostované kůry na fyzikální vlastnosti rašelinokůrových substrátů. Při použití intenzivně kompostované kůry s přídavkem dusíku (frakce 0 – 15 mm) byl stanoven vyšší obsah dostupné vody a nižší vzdušná kapacita a obsah vody gravitační než při použití kůry kompostované bez přídavku dusíku (frakce 0 – 20 mm). Aplikace 10 % obj. jílu – bentonitu (frakce 2 – 3 mm) do rašelinokůrového substrátu výrazně snížila obsah gravitační vody a zvýšila obsah vody dostupné pro rostliny. Aplikace (10 – 20 % obj.) vypáleného jílu (liadrain – drcený keramzit, frakce 2 – 4 mm) do rašelinokůrového substrátu neovlivnila dostupnost vody pro rostliny v tomto typu substrátu.
Obsah pro rostliny hůře dostupné vody byl u všech testovaných substrátů relativně nízký, do 5 % obj. Vyšší obsah vody v této kategorii byl stanoven opět u rašelinových substrátů nebo u substrátů s vyšším podílem rašeliny a dále u některých substrátů s minerálními komponenty.
Hodnoty naměřené na pískovém tanku při hodnocení substrátů odpovídají hodnotám uváděným v literatuře. Na základě retenčních křivek substrátů lze upravovat závlahu rostlin a zavlažovat na cílovou vlhkost substrátu odpovídající kontejnerové kapacitě a definovat obsah vody v pěstebních nádobách na základě jejich výšky.
Změny fyzikálních vlastností substrátů lze docílit kombinováním různých komponentů. Stupňováním podílu strukturně těžších, minerálních materiálů (jíl, hlína) se sníží objem pórů a vzdušná kapacita substrátů. Přídavek jílu do materiálu s vysokou vzdušnou kapacitou, např. pilin, může zvýšit obsah vody v substrátu. Vzdušnou kapacitu rašelin zvyšuje naopak podíl kompostované kůry i dalších alternativních komponentů, např. dřevních vláken, hrubých pilin, případně expandovaných minerálních materiálů jako je perlit. Zvýšení vzdušné kapacity je žádoucí u více rozložené tmavé rašeliny, obecně je použití těchto komponentů v substrátech limitováno hranicí 50 % obj. u kompostované kůry a 30 % obj. u dřevních vláken. Substráty s vyšším podílem dřevních vláken nemají po dobu pěstování stabilní fyzikální i chemické vlastnosti, postupně se snižuje jejich vzdušná kapacita.
Statistické porovnání naměřených hodnot u dvou testovaných metod ukázalo, že existuje těsná závislost mezi maximální kapilární kapacitou (MKK) stanovenou dle Nováka a obsahem vody stanoveném na pískovém tanku při potenciálu 0,5 kPa (koeficient determinace r2=0,94) a dále též mezi objemem kapilárních pórů (PK) a obsahem vody při potenciálu stanoveným 1,5 kPa (koeficient determinace r2=0,95). Z porovnání obou metod je patrné, že metoda dle Nováka charakterizuje substrát pouze při relativně vysokém obsahu vody (při vodním potenciálu do 1,5 hPa). Pro přesnější posouzení hydrofyzikálních vlastností substrátu je nutné stanovit retenční křivky a kategorie dostupnosti vody pro rostliny.
