A vízhiány és tápanyag-gazdálkodás kapcsolatának legújabb eredményei

A fenntartható gazdálkodás alapelveinek betartása jelentős kihívások elé állítja a gazdálkodókat. A környezetvédelmi előírásokat betartva a lehető legnagyobb hatékonysággal kell a lehető legjobb minőségű termést előállítanunk.

A gyakorlatban ennek megvalósítását nagyon sok külső tényező nehezíti. Ilyen faktor az abiotikus és biotikus környezeti tényezők hatása. Nem újdonság, hogy napjainkban jelentős klímaváltozás zajlik, amelynek egyik legfőbb hatása abban nyilvánul meg, hogy a növénytermesztés szempontjából átlagosnak mondható évjáratok egyre ritkábban fordulnak elő, míg a szélsőséges időjárással jellemezhető évek gyakorisága egyre növekszik. Kiváló példa erre a 2019-es év, amikor a február, a március és az április is szélsőségesen aszályos volt, míg májusban nagy mennyiségű csapadék hullott. Ez az időszak kritikusnak tekinthető több tavaszi vetésű kultúra szempontjából is, mivel a kezdeti fejlődés optimális üteméhez megfelelően nedves talajállapotra van szükség. Ugyanakkor az őszi vetésű növények szempontjából is jelentős vízigény merül fel ebben az időszakban. Az ország nagy részén az áprilisban hullott csapadék mennyisége nem haladta meg a 25 mm-t. Bár az efféle szélsőségek hatását teljesen kiiktatni nem lehetséges, mégis van lehetőségünk a védekezésre: a biológiai alapok és az agrotechnika helyes megválasztásával.

Tápelemek és az aszály

Víz nélkül az élet elképzelhetetlen. Azontúl, hogy a sejtek nagy része víz – ezáltal nélkülözhetetlen minden életfolyamathoz –, a növények életében további fontos szerepet tölt be. A fotoszintézis során a növény vízmolekulák bontása során jut elektronokhoz és protonokhoz, melyek nélkülözhetetlenek a fényenergia megkötéséhez. Már kismértékű vízhiány is csökkenti a fotoszintézis hatékonyságát, csökken a klorofilltartalom, és növekszik a különböző káros anyagok koncentrációja a növényben, ami káros a szervesanyag-termelés, így a gazdasági értelemben vett termés szempontjából is. A tartósan fellépő vízhiány az agrotechnikai elemeken belül nagy változtatásokra kényszeríti a gazdákat. Sok technikai elem mellett a tápanyag-gazdálkodást, a növények tápanyagfelvételét és beépítését is befolyásolja. Kutatások igazolták, hogy az aszály esetén a talajoldatból távozó víz miatt növekvő ionkoncentráció gyökéren keresztüli vízleadáshoz vezetett, ami végső soron a növényi sejtek pusztulását okozta. A nitrogén az egyik legfontosabb tápelem a növényélettani folyamatok szempontjából. A nitrogén-utánpótlás szorosan kapcsolódik a növény vízgazdálkodásához is. A nitrogénhiány csökkent növekedést eredményez a hajtás részeiben, ami által csökken az asszimilációs felület, és ez a termés csökkenését eredményezheti. Ezzel szemben az extrém aszályos időszakban pozitív hatása is lehet, mivel egyfelől a csökkent levélfelületen kisebb mértékben történhet a vízvesztés, másfelől korábbi kutatásainkban azt találtuk, hogy a csökkentett nitrogénellátottságra reagálva a növények kiterjedtebb gyökérrendszert fejlesztettek, ami a vízhiányos időszak átvészelésében kedvező lehet.


1. ábra. A havi középhőmérséklet (°C) és havi csapadék mennyiségének változása 2015 és 2019 között, valamint az utóbbi 30 év átlagának tekintetében január, február, március, április és május hónapokban. Forrás: OMSZ

Korábbi kutatásokban felfedezték, hogy vízhiány mellett a nitrogénbeépítés egyik fő enzimének, a nitrát-reduktáznak az aktivitása és mennyisége is csökkent a növényben. Száraz körülmények között a növény próbál védekezni például a gázcserenyílásainak bezárásával, ez pedig a tápelemek felvételének és szállításnak csökkenését eredményezheti. A megfelelő foszforellátottság kiemelkedően fontos a csapadékhiányos időszakokban. Ennek magyarázata abban keresendő, hogy a foszfor növeli a fotoszintézis hatékonyságát és a sejtmembránok stabilitását és általában a növények aszállyal szembeni toleranciáját. A kálium szintén alapvető több életfolyamat során. Emellett kiemelkedően fontos szerepet játszik a különböző biotikus és abiotikus stresszhatásokkal szembeni védekezésben. A kálium egyik legjelentősebb szerepe abban nyilvánul meg, hogy segít az oxidatív stressz csökkentésében, valamint szabályozó hatással van a gázcserenyílások záródására. Ezekből kifolyólag nyilvánvaló, hogy ilyen stresszhatások mellett megnövekszik a növények káliumigénye is, melynek kielégítése révén a növénytermesztők is befolyásolni tudják a negatív hatásokat. A kalcium jelentősége is kiemelkedő az aszály elleni védekezésben. Kimagasló szereppel bír a különböző stresszhatások következtében bekövetkező sérülések gyógyulásában. A magnézium a klorofillmolekula központi atomjaként kiemelt jelentőséggel bír. Emellett különösen fontos az enzimek aktiválása során. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy jelentősége lehet a növények aszálytűrése során is, mivel jelentős mértékben növekedett hatására a gyökerek hossza, felülete és szárazanyagtömege is. A különböző mikroelemek is jelentős hatással bírnak, bár ezek közül soknak még nem feltárt a pontos hatásmechanizmusa. Különös jelentősége lehet a cinknek, mivel kutatások alapján kimutatták, hogy fontos szereppel bír a gázcserenyílások működésében. A cink fontos az auxintermelés során, így a gyökérnövekedést is erősen befolyásolja.

A biológiai alapok jelentősége

Az agrotechnikai elemek változtatásán túl fontos eszköz a gazdák kezében a tudatos genotípus-választás. A prognosztizált klimatikus változások miatt folyamatosan előtérbe kerülhetnek azok a fajták/hibridek, melyek képesek valamilyen mértékben alkalmazkodni a különböző környezeti hatásokhoz.


1. kép. Szabadföldi kukoricakísérlet Debrecenben, forrás: saját fotó

Fontos kiemelni, hogy az aszály minden esetben csökkentette a növények produkciós képességét, azonban voltak olyan esetek, amikor ogy több aszálytűrésért felelős gén csak akkor fejti ki hatását, ha ténylegesen vízhiányos környezetbe kerül a növény. Ilyen tekintetben eltéréseket fedeztek fel kukorica esetében is, azonban a hibridek hatása leginkább mérsékeltebb szárazság mellett volt kimutatható. Köles esetében is jelentős eltéréseket tapasztaltak a fajták aszályérzékenységében. Az aszálytűrő genotípusok esetében nagyobb termést és vízhasznosítási hatékonyságot találtak, mint más fajtáknál. Hasonló eredményeket tapasztaltak napraforgó esetében is. Egy viszonylag új kritérium az aszálytoleranciára való nemesítés során a vetésmélység növelésével szembeni tolerancia. Ennek alapja, hogy gyakran előfordul, hogy a talaj az optimális vetésmélységben nem tartalmaz kielégítő nedvességet, ezért valamivel mélyebbre kell vetnünk, azonban nem mindegyik genotípus tolerálja ezt a kezdeti fejlődés során.


2. kép. Kontrollált körülmények között nevelt kukoricanövények, forrás: saját fotó

Jelenlegi kutatások

A Debreceni Egyetem MÉK Mezőgazdasági Növénytani, Növényélettani és Biotechnológiai Tanszéken jelenleg is zajlanak a szárazságtűréssel kapcsolatos kutatások.

Mind mennyiségi, mind a minőségi szempontból fontos a termesztett növények tápelem-hasznosítási jellemzőinek és az azokat befolyásoló más tényezők további felmérése, illetve olyan paraméterek leírása, melyekkel elősegíthetjük a gyors, precíz és helyspecifikus növényi állapot detektálását. Jelenlegi munkánk során azt a célt tűztük ki, hogy megvizsgáljuk az eltérő nitrogénhasznosítási hatékonysággal rendelkező kukorica-genotípusok eltérő nitrogénellátásra adott növényfiziológiai válaszreakciót, korai fenológiai szakaszban indukált vízhiánystressz mellett. A kísérlet során vizsgálatainkat kontrollált és szabadföldi körülmények között is végezzük. Várható eredményeink az alapkutatás és az alkalmazott kutatások számára is fontosak lehetnek.

„A PUBLIKÁCIÓ AZ INNOVÁCIÓS ÉS TECHNOLÓGIAI MINISZTTÉRIUM ÚNKŐ-19-3 KÓDSZÁMÚ ÚJ NEMZETI KIVÁLÓSÁG PROGRAMJÁNAK SZAKMAI TÁMOGATÁSÁVAL KÉSZÜLT”

TOVÁBBI TÁMOGATÓ AZ EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00008 SZÁMÚ PROJEKT TÁMOGATTA. A PROJEKT AZ EURÓPAI UNIÓ TÁMOGATÁSÁVAL, AZ EURÓPAI SZOCIÁLIS ALAP TÁRSFINANSZÍROZÁSÁVAL VALÓSULT MEG. TOVÁBBI TÁMOGATÓ A GINOP-2.2.1-15-2016-00001 AZONOSÍTÓ SZÁMÚ, „ÜZEMMÉRETTŐL FÜGGETLEN KOMPLEX PRECÍZIÓS SZAKTANÁCSADÁSI RENDSZER KIALAKÍTÁSA” PROJEKT.

SZERZŐK: SIMKÓ ATTILA, DR. VERES SZILVIA

abiotikus agrotechnika aszály biotikus Debreceni Egyetem fenntartható gazdálkodás klímaváltozás magnézium MÉK nitrogén növénytermesztés stresszhatás szárazságstressz szélsőség tápanyag-gazdálkodás vízhiány vízhiánystressz