V zahradnictví se již odedávna používají různé minerální a organické hmoty k přípravě pěstebních substrátů, označovaných jako zahradnické zeminy. Původně byly odvozeny od přirozených půd.
Tak vznikl velký počet základních zahradnických zemin, např. listovka, vřesovka, jehličnatka, pařeništní zem, slatinka, drnovka a další, po jejichž smíchání byl získán pěstební substrát podle speciálních požadavků daného druhu či rodu dřeviny.
Standardizace receptur
Postupem času se však zvyšováním zahradnické produkce, vyčerpáváním zdrojů i v důsledku ochrany půdního a lesního fondu tyto základní zahradnické zeminy stávaly nedostupné v požadovaném rozsahu či kvalitě. Svoji úlohu zde zajisté sehrála i pracovní a časová náročnost takto připravovaných substrátů. Pro současnost je charakteristická standardizace, zjednodušování a sjednocování receptur pěstebních substrátů. Protože zahradnická produkce je vysoce intenzivní činnost s velkými dodatkovými vstupy energie (výživa, závlaha, ochrana), je možné s úspěchem nahradit ty složky substrátu, které standardní substráty postrádají (standardní unifikované substráty nemohou vždy zohledňovat specifické požadavky jednotlivých pěstitelských skupin dřevin či dokonce rodů).
Praktické zkušenosti zahradníků i četné experimentální práce dokazují oprávněnost tvrzení, že používaný substrát je velmi důležitým předpokladem pro produkci kvalitních školkařských výpěstků. Je na místě zdůraznit komplexnost a spolupůsobení všech faktorů v ekosystému a jejich vzájemné vztahy. Fyzikální, chemické a biologické vlastnosti substrátů nepůsobí na růst a vývoj dřevin v porostu odděleně a nejedná se o vztahy statické, nýbrž měnící se v závislosti od změny ostatních faktorů (princip udržování stability ekosystému).
Vlastnosti substrátu
Z fyzikálních vlastností substrátu má největší význam poměr tekuté, plynné a tuhé fáze. Základní vlastností kvalitního školkařského substrátu je dobrá propustnost s dostatkem výživných solí, požadované pH, vzdušnost, absence chorob, škůdců a semen plevelů. Dobrý substrát se taktéž při častějším zavlažování nesmí rozbahnit nebo naopak rychle vyschnout.
Odborníci zdůrazňují vzdušnost substrátů jako nejdůležitější faktor v rámci hodnocení fyzikálních vlastností substrátů, využívaných pro pěstování dřevin v kontejnerech a nádobách. S ohledem na velkou hustotu kořenů v omezeném prostoru kontejneru je nutné, aby výměna plynů s vnějším ovzduším probíhala s dostatečnou rychlostí. To umožňuje právě vysoký podíl velkých pórů v substrátu, které neobsahují vodu. Objem kořenového systému dřevin při volném rozložení je průměrně desetkrát větší, než objem kontejneru. Ideální substrát pro kontejnerované pěstování dřevin by měl obsahovat průměrně 83 % pórů, 31 % dostupné vody a 39 % vzduchu.
Standardní substráty
Při výrobě unifikovaných standardních substrátů se používá méně komponentů, než dříve (chybí nám již dříve zmíněné standardní zahradnické zeminy), dosti často používáme i komponenty nižší kvality. Požadavek na splnění podmínek ideálního substrátu je tedy obtížněji splnitelný. Proto se mimo tradičních komponentů výroby substrátů, tj. rašeliny a písku, začaly využívat jiné materiály, zejména pro vyrovnání poměru tekuté a plynné fáze. Patří sem různé inertní materiály pro vylehčování substrátů - perlit, polystyrén, ale i kůra. Druh a množství je nutno volit vždy podle toho, jaká fáze má být podpořena.
U standardních substrátů se stala základním komponentem rašelina, zatímco u tradičních zemin se používala jen v malém množství jako okyselující složka. Ve školkařsky vyspělých státech se dosud používá pro pěstitelské účely i čistá hrubovláknitá rašelina. Se zvyšující se spotřebou rašeliny v zahradnických závodech začaly sílit tlaky na ochranu tohoto cenného, a nutno zdůraznit, neobnovitelného přírodního zdroje. I u nás jsme pocítili důsledky nadměrné a neuvážené těžby rašeliny, zejména z pohledu vodních zdrojů.
Na celém světě je odhadem 0,5 miliardy ha rašelinišť, z toho je chráněno pouze asi 0,5 %. Největšími producenty rašeliny jsou země bývalého SNS (Pobaltí, Ukrajina, Rusko), Kanada a USA. Vydatnost otevřených ložisek je odhadována na 15 – 20 let. Evropský trh je v současnosti přechodně dostatečně zásobován kvalitní rašelinou ze zemí bývalého SNS, které se tímto způsobem pokouší zmírnit dopady ekonomické krize. Přesto se očekává postupný nárůst ceny rašeliny.
Možnosti náhrady rašeliny
Ve školkařsky vyspělých státech již mnoho let probíhá intenzivní výzkum možnosti náhrady rašeliny jinými materiály. Velká pozornost zahradnického a lesnického výzkumu je věnována problematice využití kůry. Mimo kůru se zkouší a využívají další materiály, které by mohly rašelinu v substrátech nahradit nebo méně kvalitní rašelinu alespoň vylepšit. Jedná se jednak o klasické materiály, např. písek, piliny, komposty, organické zbytky, štěpky, různé porézní hmoty s nakypřujícím a provzdušňovacím efektem (perlit, polystyren), nebo vhodné jílovité hmoty, které vytváří s rašelinou smícháním při určité vlhkosti dokonalou drobtovitou strukturu (JRS).
Kůra
Kůra je vedlejší produkt při odkorňování kmenů stromů a dlouho byla považována za nevyužitelný odpad. V zahradnictví našla největší uplatnění kůra jehličnatých stromů, zejména z borovic a smrků. V borovicové kůře je větší zastoupení nekapilárních pórů, u smrkové kůry jsou póry kapilární a nekapilární zastoupeny rovnoměrněji. Pro pěstitele je nepříjemný obsah extraktivních látek, které mohou působit (při použití čerstvé kůry) inhibičně nebo dokonce toxicky. Proto je vhodné před použitím kůru kompostovat minimálně půl roku. Zkušení zahradníci kůru drtili a kompostovali i několik let. V současné době máme dostatek odborných znalostí i kvalitní technické vybavení, takže můžeme proces přípravy kůrového substrátu maximálně urychlit a zefektivnit. Kompostováním kůry se zabývá v rámci ČR i několik specializovaných firem.
Kůra má velmi cenné fyzikální vlastnosti, zejména pórovitost, vysokou vodopropustnost a nízkou objemovou hmotnost. Velkým problémem je však snadná vysýchavost a malá schopnost sorpce živin. Rostlinám tedy hrozí hned dvě vážná nebezpečí - sucho a nedostatek živin. Sorpční kapacita je v porovnání s rašelinou několikanásobně nižší. Přestože kůra obsahuje vysoké procento organické hmoty a vyšší obsah živin (ve srovnání s rašelinou), pro rostliny to není výhodou. Naopak, při přirozeném rozkladu kůry mikroorganizmy dochází ke zvýšeným požadavkům na hnojení dusíkem (poměr C : N). Někteří školkaři u nás i v zahraničí z těchto důvodů dosud pochybují o upotřebitelnosti kůry jako kulturního substrátu pro školky. Obávají se i nestejné kvality materiálu, neočekávaných reakcí na hnojení a zavlažování na záhonech i na sazenice v kontejnerech. Samostatnou otázkou je riziko zavlečení škůdců či chorob do školkařského provozu – v tomto případě je nutná maximální opatrnost.
Přes tyto výhrady i další, zde nezmíněné faktory, ovlivňující rentabilitu použití kůrových substrátů, se ve světě zvyšuje procentuální zastoupení kůry ve vyráběných substrátech. Moderní a spolehlivé technologie umožňují úsporné a přitom efektivní zavlažování, spojené s pravidelným přihnojováním dřevin.
Nebezpečí, vyplývající ze snadné vysýchavosti kůrového substrátu a slabé schopnosti sorpce živin, lze úspěšně omezit také použitím hydroabsorbentů a zásobních, pomalu rozpustných hnojiv. S využitím těchto moderních produktů lze s dobrými výsledky u některých druhů dřevin používat substráty i se 75% zastoupením kůry.
Hydroabsorbenty
Pro hydroabsorbenty se někdy používá výraz „látky, zadržující vodu v půdě“ anebo „půdní kondicioner“. Tyto přípravky mají schopnost poutat srážkovou či závlahovou vodu a zpřístupňovat ji znovu rostlinám. Jako vedlejší efekt je možné ocenit příznivý vliv na rozvoj půdní mikroflóry a zlepšování půdní struktury. Podmínkou využití těchto produktů v zahradnictví je ovšem nejen jejich hygienická nezávadnost a inertnost pro rostliny (doložená výrobcem, nejlépe ve formě certifikátu), ale taktéž, a v současné době zejména, prokazatelná ekonomická návratnost prostředků, investovaných do nákupu a aplikace hydroabsorbentů.
Problematika hydroabsorbentů je známá již mnoho let, ale můžeme konstatovat, že v zahradnictví doposud nenašly odpovídající uplatnění. V zemědělství všeobecně se začaly nejdříve využívat pro určité speciální účely přirozené polymery - hydroabsorbenty. Jednalo se většinou o deriváty škrobu či celuózy. Do skupiny přirozených hydroabsorbentů můžeme zařadit i některé horniny (např. zeolity). Průmyslově vyráběné (syntetické) hydroabsorbenty, byly zpočátku vyvíjeny pro potřeby průmyslové či jako sanitární výrobky (např. jednorázové dětské pleny). Tyto syntetické látky se vyrábí jako deriváty zpracování ropy.
Vědci, zabývající se problematikou hydroabsorbentů, zkoumali možnosti použití těchto syntetických produktů, které by převzaly roli kompostu a jílu a zlepšily půdní vlastnosti. Pro tyto produkty byl zvolen termín půdní kondicionéry. První takový syntetický půdní kondicionér byl zaveden počátkem padesátých let.
Počátkem šedesátých let, vzhledem ke schopnosti absorbovat několik set váhových procent vody, polyakrylamidy a polymetakryláty (nazývané rovněž jako hydroabsorbční polymery, superabsorbční polymery nebo hydrogely), začaly být zkoušeny v zemědělství, zahradnictví a pro účely zahradní a krajinářské architektury. Zájem zmizel, když se ukázalo, že jsou fytotoxické, vzhledem k jejich vysokému obsahu zbytkového monomeru akrylamidu či dalších, pro rostliny toxických látek (např. u hydroabsorbentů, využívaných pro výrobu dětských plen, byla z hygienického hlediska požadována vysoká baktericidnost, která byla dosažena navázáním sodíkových iontů do řetězce polymerů. Pro rostliny je ovšem hydroabsorbent s obsahem sodíku nepoužitelný). Ačkoliv pokroky ve výrobě vedly později ke snížení koncentrací monomeru akrylamidu pod toxickou úroveň, odborná literatura dokumentuje pouze několik úspěchů při použití těchto polymerů pro zvýšení kvality úrody nebo jejich výnosů. Teprve na počátku osmdesátých let došlo k objevení nové generace hydroabsorbčních polymerů a kopolymerů na bázi propenamidu a propenamid-propeonátu.
Jak již bylo zmíněno, hydroabsorbční polymery jsou buď látky přírodní, nebo syntetické, a jsou významné pro svoji schopnost absorbovat a uskladňovat ve své struktuře vodu. V suchém stavu jsou zrnité a křehké, po nabobtnání vodou se stanou měkkými a elastickými. Nejpoužívanějšími hydroabsorbenty jsou polymery propenamidu (v dřívější chemické nomenklatuře se nazývaly polyakrylamidy, nebo zkráceně PAM) a kopolymery propenamid - propenoátové (dříve známé jako polyakryl - amid - akrylátové kopolymery neboli PAA), vyráběné převážně pro sanitární účely, pro použití jako flokulanty a pro likvidaci tekutých chemických odpadů.
Z chemického hlediska jsou polymery tvořeny z dlouhých řetězců opakující se strukturní jednotky, která se nazývá monomer. Polymerace nastává tehdy, jestliže se spojí dvě, nebo více malých molekul a vytvoří delší molekulový řetěz. Jednotlivé molekuly jsou spojeny kovalentní vazbou a jedna s druhou „mezimolekulárními" nebo Van der Walsovými (VdW) silami. Ačkoliv se navenek navzájem velmi podobají, jejich chemická stavba může být velmi rozmanitá, což ovlivňuje jejich absorbční schopnosti, uložení a předávání jejich obsahu. Z toho důvodu je nutno rozlišovat tři rozdílné skupiny hydroabsorbčních polymerů podle jejich struktury:
- skupina I. Voda je v nich ireverzibilně vázána silnými H-H (vodík-vodík) vazbami, takže následně nemůže být uvolňována a zůstává v hydrogelu. Žádná voda není rovněž následně přijímána.
- skupina II. Má schopnost vázat enormní množství vody, ale slabá chemická vazba neumožní vodě se v hydrogelu delší dobu udržet. Voda se během několika dnů ztratí.
- skupina III. Voda je vázána slabými H-vazbami a silnými VdW silami. Tato skupina vodu zachytí a uvolňuje ji po dlouhou dobu.
Schopnost zadržet vodu není nezbytně relevantní ve významu působení, protože vysoká retenční kapacita pro vodu neznamená vysokou dostupnost vody pro rostliny. Většina hydrogelů může absorbovat stonásobky své váhy, ale tuto vlhkost vážou ireverzibilně (nevratně). Voda v nich uložená tedy není přístupná rostlinám. Dále pak retenční kapacita pro vodu není absolutní. Čím je vyšší obsah minerálů nebo nečistot ve vodě, tím je nižší schopnost hydrogelu vázat vodu. Dokonce při stejné kvalitě vody, jsou-li tyto produkty smíchány se zeminou, retenční kapacita pro vodu se sníží i při vyšším tlaku v půdě. Devadesát pět procent známých hydroabsorbčních polymerů nemá schopnost vodu, kterou absorbují, odevzdat rostlinám, a pokud je tato voda dostupná, pak je to pouze po krátké časové období.
Všechny hydroabsorbční polymery obsahují jisté množství zbytků monomerů z jejich výroby. Tyto monomery akrylamidu a kyseliny akrylové jsou fytotoxické při obsahu nad 500 ppm. Všechny starší hydrogely a přibližně 50 % těch, které se v současné době vyrábí, má vyšší obsah toxického monomerového kontaminantu. Proto se doporučuje používat pro zemědělské účely pouze vyzkoušené, schválené a povolené výrobky.
Hydroabsorbční polymery mají konečnou dobu životnosti, která se značně různí v závislosti na některých faktorech:
- chemická struktura: polymery mají kratší životnost (1 - 3 roky), než kopolymery (2 - 5 let)
- vliv síťování: polymery mohou být síťovány s nejrůznějšími produkty (iniciátory), a to do různého stupně. Čím je stupeň křížového síťování vyšší, tím déle je voda dostupná a tím je delší životnost.
- kvalita vody: vodní retenční a uvolňovací kapacita je ovlivněna přítomností vápníku. Čím je obsah vápníku v zálivkové vodě vyšší, tím je životnost kratší.
Většina hydroabsorbčních polymerů nemá takovou chemickou strukturu, která by jim umožnila vázat živiny (nebo některé z nich). V současné době je využíváno více než 200 různých hydroabsorbčních polymerů. Pouze malé procento (méně než 5 %) hydroabsorbčních polymerů má pozitivní vliv na růst rostlin. Mezi tyto polymery, které patří do zvláštní skupiny uvnitř skupiny III, zmíněné v předchozí části, byly zařazeny polymery, které zvyšují tvorbu biomasy, účinnost využití vody, růst bočních (laterálních) kořenů a klíčivost semen.
Zásobní, pomalu rozpustná hnojiva
Ke hnojení okrasných dřevin se používají minerální hnojiva rozpustná, minerální hnojiva zásobní (t.j. s prodlouženým účinkem) nebo se tyto dvě formy kombinují. Moderním způsobem hnojení je použití tabletovaných hnojiv. Zásobní, pomalu rozpustná hnojiva dovolují zjednodušení systému hnojení. Celková dávka hnojiva se zapraví do substrátu na počátku vegetace a díky malé rozpustnosti nehrozí nebezpečí přehnojení. Doba působení je závislá na typu a dávce hnojiva, na vlastnostech půdy a klimatických podmínkách. Pomalu působící hnojiva můžeme rozdělit na tři základní typy:
- biologicky rozložitelné organické sloučeniny
- hnojiva vzhledem ke svému chemickému složení těžko rozpustná ve vodě a uvolňující živiny pozvolným rozpouštěním nebo hydrolýzou (těžko rozpustné soli)
- vodorozpustná hnojiva obalená či kapslovaná různými látkami, brzdícími jejich rozpouštění.
Zásobní hnojiva dovolují zjednodušit systém hnojení. Kombinace různých forem hlavních živin a stopových prvků vícesložkového zásobního hnojiva by měla mít za cíl plynule a harmonicky zásobit rostlinu živinami. Lehce rozpustné formy musí na počátku vegetace zajistit růst rostlin a v průběhu vegetace pak musí být potřeba živin kryta plynule, aniž by se živiny v substrátu hromadily. Hnojiva tedy obsahují větší část živin v pomalu působící formě. To je zvláště významné u dusíku, jehož dobře rozpustné sloučeniny se z jiných hnojiv vyplavují, čímž způsobují kromě přímých ekonomických ztrát také znehodnocování spodních vod dusičnany. Vedle hlavních živin mohou hnojiva obsahovat také stopové prvky, stimulátory růstu, pesticidy a další biologicky aktivní látky. Doba působení hnojiv je závislá na typu a dávce hnojiva, na vlastnostech substrátu a klimatických podmínkách. Hnojiva jsou většinou funkční 2 - 6 měsíců, některá hnojiva jsou využitelná až dvě vegetační období.
Tvarovanými hnojivy se označují komplexní průmyslová hnojiva, upravená některým z tlakových aglomeračních procesů (kompaktováním, briketováním, vytláčením, tabletováním apod.) do vhodného tvaru (briketa, tabletka, kolík, tyčinka apod.).
Naše pracoviště se problematikou využití odpadní kůry, hydroabsorbentů a zásobních hnojiv zabývá dlouhodobě. Pro případné zájemce o problematiku zpracování kůry uvádíme na závěr tohoto příspěvku některé zkušenosti a doporučení, které vyplynuly z našich několikaletých experimentů, podporových prostředky Grantové agentury ČR (projekt GA521/98/P248).
Základním komponentem substrátu je kvalitní borová kůra (může být příměs smrkové kůry), podrcená a kompostovaná nebo alespoň co nejdéle skladovaná na hromadách. Zatímco v případě kompostované kůry (aplikace hnojiv, překopávání, popř. inokulace) vycházíme při stanovení aplikačních dávek hnojiv ze standardního rozboru substrátu, při použití pouze uleželé kůry přímo do pěstebního substrátu je situace složitější. Při stanovení dávky zásobních hnojiv musíme brát v úvahu nejen požadavky dřevin, ale i faktory rozkladu organické hmoty (zejména vyšší potřeba dusíku) a zvýšené nebezpečí vyplavení živin ze substrátu (při nutném režimu závlah). Zdrojem dusíku v substrátu může být např. močovina, síran amonný, zásobní hnojivo a taktéž hydroabsorbent (záleží na typu).
Štěpky lze podle našich zjištění využít pro účely tvorby substrátů jen v omezeném množství. Při použití nekompostovaných štěpků musíme, tak jako u kůry, počítat s nebezpečím obsahu některých rostlinám škodících toxických látek, které se vyplavují postupně. Štěpky se v substrátu rozkládají pomaleji a hrozí větší nebezpečí narušení vodního režimu kořenové soustavy. V substrátu je také více vzduchových mezer, což je nepříjemné zejména v období po výsadbě mladých rostlin do substrátu. Piliny a hobliny je výhodnější nepoužívat v čerstvém stavu, mimo možný obsah fytotoxických látek je zde nebezpečí poruch v zásobování rostlin dusíkem. Doporučujeme tyto odpadní materiály kompostovat a přidávat takto zpracované do substrátu.
Při výrobě substrátu je nutné všechny komponenty co nejlépe promíchat. To je důležité zejména při aplikaci hydroabsorbentů. Některé hydroabsorbenty mají jednotnou velikost granulí, tyto granule se ovšem mohou při špatném promíchání slévat (po aktivaci vodou). Při pěstování dřevin v kontejnerech je výhodnější používat hydroabsorbenty s různou zrnitostí granulí (zejména při použití do malých hrnků, např. na trvalky, zakořenělé řízky, výsevy do hrnků).
V rámci experimentů bylo prokázáno, že vlásečnicové kořínky dřevin, vrůstají přímo do struktury hydrogelů, z níž poté mohou čerpat vodu bez obsahu solí. Záporem aplikace hydroabsorbentů je ovšem také velmi příznivý vliv i na růst a větvení kořenů plevelů, takže při jejich pozdějším odstraňování hrozí poškozování mladých rostlin (trpí zejména výsevy). Prevencí je používání čistých substrátů či nezaplevelených pěstebních ploch.
Limitujícím faktorem úspěšnosti je doba od výsadby dřevin do kůrového substrátu po dobu zakořenění. Pokud dřeviny toto období úspěšně překonají, díky prokořenění do struktury hydroabsorbentů větší nebezpečí, vyplývající z charakteru použitého substrátu, nehrozí. V tomto období je tedy nutné věnovat zvýšenou pozornost závlaze dřevin.
V průběhu vegetace je nutné věnovat zvýšenou pozornost sledování pohybu živin v substrátech v přímé závislosti na průběhu klimatických jevů v průběhu vegetace a průběžně kontrolovat potenciálně možný výskyt škůdců, zavlečených do substrátu s odpadní dřevní hmotou. Vzhledem k charakteru a propustnosti pěstebního substrátu je vhodné, zejména u dřevin s vyššími nároky na živiny, aplikovat doplňkovou listovou výživu bezbalastními tekutými hnojivy, kterých je na trhu dostatek.
