A nitrogén a Föld légkörének 78,09 térfogatszázalékát alkotja. 1772-ben fedezte fel Daniel Rutherford skót orvos, mikor rájött, hogy a levegőből elkülöníthető. A nitrogén elemi állapotban színtelen, szagtalan, íztelen, kevéssé reakcióképes kétatomos gáz. A benne lévő kémiai kötések miatt nehezen vihető reakcióba. Lavoisier ezért élettelennek nevezte. Más néven inert (reakcióképtelen) gáznak is nevezik.
A légköri nitrogén 15%-a a Haber-Bosch reakcióval, további 15%-a légköri jelenségek nyomán (pl. villámlás), a maradék 70%-a pedig biológiai N-kötés által (pl. rhizobiumok stb.) kerül a növények számára felhasználható formába. A Haber-Bosh reakción alapuló kémiai eljárás, amelyet a 20. század elején fejlesztettek ki a légkör nitrogénjéből történő ammóniagyártásra, minden idők egyik legfontosabb kémiai eljárása, mert lehetővé teszi a légköri nitrogén megkötését. Az ammónia átalakításával salétromsav nyerhető, amiből elő lehet állítani a műtrágyákhoz (és robbanóanyagokhoz) szükséges nitrátokat.
A nitrogén körforgalma
Szerves maradványok a talajba bekerülésekor gáz keletkezik (ammonifikáció). Az ammonifikáló baktériumok az ammónium oxidációjából nyernek energiát. Ha a talaj jól szellőzött, és megélnek benne a Nitrosomonas és egyéb fajok, azok tovább alakítják az ammóniát nitritté, ami utána nitráttá alakul át. A növények felveszik a nitrátot.
A denitrifikálás akkor lép fel, ha anaerob körülmények dominálnak. A kötött formájú nitrogént a Pseudomonas denitrificans fajok visszaalakítják egyszerű nitrogénné, ami a levegőbe távozik. Ez veszteség a gazdálkodók számára, mert a növények nagy része számára hasznosíthatatlan a molekuláris nitrogén. További nitrogénveszteségek is felléphetnek:
- ammónia (NH3): felhalmozódhat; lúgos talajokon felszabadul,
- ammóniumion (NH4+): irreverzibilisen kötődik agyagásványrétegek közé (vermikulit, montmorillionit),
- nitrát (NO3–): kimosódhat a talajból,
- denitrifikáció: 15–30% veszteség is lehet,
- ha a talajban túl sok a cellulóz (pl. szármaradványok beszántásánál), a cellulózbontó baktériumok elszaporodnak. A baktériumok a testük felépítéséhez a szenet a cellulózból nyerik ugyan, de a nitrogént a talajból. Így a nitrogénhiány megelőzéséhez a szármaradványokat pluszban kiadagolt nitrogénnel együtt kell betárcsázni a talajba. Ez az ún. pentozánhatás. A gazdálkodás során tehát meg kell akadályozni a nitrogénhiány kialakulását.
A nitrogén növény számára felvehető formái
A nitrogén reutilizálható makroelem, hiánytünetei a növény idősebb (alsó) részein jelentkeznek először. Az aminocsoport (NH2) alkotója, mely az élő szervezetben az aminosavak felépítésében vesz részt. A növények többféle formában képesek a nitrogén felvételére. Nitrát: NO3–, nitrit: NO2–, ammónium: NH4+, karbamid: CH4N2O vagy CO(NH2)2 és aminosavak formájában egyaránt felvehető tápanyag a növények számára.
A nitrát felvétele dominál, a többi forma jól szellőzött talajban gyorsan továbbalakul nitráttá. Százalékosan a karbamid tartalmazza a legtöbb nitrogént. Ha aminosav formájában juttatjuk ki a nitrogént (pl. glicin formájában), akkor energiát takarítunk meg, és időt nyerünk. A glicin, az úgynevezett szukcinil koenzim A-val együttesen a klorofill-bioszintézis kiinduló vegyülete. Ha más formában veszi fel a nitrogént a növény, még számos átalakuláson megy keresztül, mire végül glicinné alakul.
Napjainkban számos olyan készítményt találhatunk a kereskedelmi forgalomban, melyek közvetlenül aminosav formában juttatják ki a tápelemet, ezzel gyorsítva a felhasználás lehetőségét a növény számára. Fontos megjegyezni, hogy a nitrogén átalakulásának valamennyi lépése energiabefektetést igényel a növény részéről. Ezért meggondolandó, hogy milyen formában juttatjuk ki a tápanyagot. Ha a növény stresszhatástól szenved (pl. tél végén), érdemesebb egy – a növény szempontjából – feldolgozottabb formájú hatóanyagot választani, mely időt és energiát takarít meg a gazdák számára, a növény gyorsabban, könnyebben, kisebb energiabefektetéssel képes regenerálódni, és új hajtásokat képezni.
A tápanyagok kijuttatási formája mindig függ a talaj pH-jától is
A talaj fiziológiai kémhatása azt mutatja meg, hogy ha a növény felvesz egy tápanyagot, hogy változik meg ettől a talaj pH-ja. A nitrát fiziológiailag lúgosít, az ammónium savasít. A nitrátot a növények szélesebb pH-intervallumból tudják felvenni, mint az ammóniumot. A nitrát gyorsabban szállítódik a növényben, viszont a sejteken belül az aminosavakba az ammónium épül be könnyebben. Ez azért van így, mert az ammónium már redukált állapotú molekula. A nitrátot még redukálni kell, amihez a pentóz-foszfát út NADPH2-jére van szükség.
Az útvonal legfontosabb enzimje a nitrát-reduktáz (NIR). Ez indítja el a nitrogén beépülését az aminosavakba. Indukálható enzim, vagyis minél több szubsztrát van jelen a környezetben (jelen esetben ez a nitrát), annál több termelődik az enzimből. A NIR egy molibdéntartalmú enzim. Ebből kifolyólag a molibdént a nitrogén anorganikus kofaktorának tekintjük (vagyis az enzim nemfehérje része a molibdén)! Ha nincs elég molibdén a talajban, a növény felveszi ugyan a nitrogént, de csak a nitrát halmozódik fel, ami mérgező hatású. Nitrogén kijuttatásakor ezért minden esetben gondoskodni kell a Mo pótlásáról is. Az első aminosav, melyben megjelenik a frissen felvett nitrogén, a glutaminsav. Ezután az aminosavak már képesek egymásba átalakulni az aminocsoportok vándorlásával, így kialakítják a növény számára épp aktuálisan szükséges aminosavformákat.
A nitrogén fiziológiai hatásai a növényben
Mivel a nitrogéntáplálás a képződő fehérjék fő forrása, hatására a fehérjeszintézis intenzitása nő. Emellett a citoplazma-gyarapodás fokozódik, a merisztémák működése optimálissá válik, így sok hajtás és oldalhajtás képződik. A nitrogén hatására nemcsak a hajtások és a levelek száma nő, hanem a levelek mérete, felülete is. Mivel a tenyészidőszak során a fotoszintézis nagyságát és hatékonyságát az határozza meg, hogy mekkora levélfelületen, mennyi ideig és milyen intenzitással megy végbe a folyamat, a nagyobb levélfelületen végbemenő fotoszintézis hatására több szerves anyag szintetizálódik a növényekben.
A nitrogén hatására megnövekvő levélfelület ellátásához arányaiban nagyobb gyökérfelület szükséges, aminek kialakulásában szintén kiemelt szerepet játszik a nitrogéntáplálás. Másodlagos hatásként a gyökerekben termelődő serkentő növényi hormon, a citokinin mennyisége is növekszik (nagyobb gyökértömegben több citokinin termelődik). A citokinin a sejtosztódásért, a fiatalos állapot (juvenilitás) fenntartásáért felelős hormon; így a többlet nitrogén hatására lassul az öregedés, időben később következik be a vegetatív állapotból a generatív állapotba történő átmenet, több idő jut a fotoszintézisre, ezzel együtt a szervesanyag-termelésre, és a virágzás ideje is későbbre tolódik. Nitrogéntrágyázás hatására a levelek látványosan zöldebbek, mivel több bennük a klorofill (glicinből képződik szukcinil-koenzim-A segítségével), intenzívebb a fotoszintézis. Vagyis minden – a szervesanyag-produktum megnövekedésére ható – kritérium (nagyobb levélfelület, hosszabb fotoszintetikusan aktív időszak, intenzívebb fotoszintézis) egyszerre teljesül.
Virágzás idejére a kalászosok a talajból rendelkezésre álló nitrogén 90%-át már felvették. Ekkor van azonban szükség legnagyobb mennyiségben plusz nitrogén adagolására, mivel ilyenkor a legintenzívebb a magvak felépülése, az új sejtek kialakulása. Gabonáknál a zászlóslevél egészsége fontos tényező, mert ebből a levélből származó tápanyagokból indul a kalászorsó felépülése. A levél tápanyagtartalma 70%-ban meghatározza a későbbi szemek szénhidráttartalmát. Ez esetben a minőség javításban játszik szerepet a nitrogén.
A nitrogén hiánytünetei
A nitrogén hiánytünetei a következők: kisebb levélfelület, alulról kezdődő levélsárgulás, a tápanyaghiányból eredő stressz miatt fellépő gyorsabb szaporodás, korai öregedés jellemző.
A nitrogéntöbblet hatásai
A legnagyobb szakmai gondoskodás mellett is előfordul, hogy a gazdák a nitrogént mint a legnagyobb mennyiségben kijuttatott makrotápanyagot, túlzott mennyiségben adagolják a növények számára. Az őszi megerősödés elősegítése érdekében a nitrogén nagyobb részét ilyenkor kapja a növény. Figyelni kell azonban a túltrágyázás elkerülésére, mivel az a télállóságot jelentősen rontja. A túlzott nitrogénadagolás labilissá teszi a növény vízháztartását, mivel a túl nagy levélfelület magasabb párologtatást, ezáltal nagyobb vízvesztést eredményez. Emellett a nagyobb levelekre általánosságban jellemző, hogy a kutikulájuk (viaszos felületi védőréteg) elvékonyodik, ami még nagyobbra növeli a párologtatásból adódó veszteségeket.
Mindezek mellett általánosan minden növényre igaz, hogy a túltrágyázás hatására túl nagy levélfelület alakul ki, ebből következően sok levél árnyékolt lesz, jellemzővé válnak a megnyúlt, gyenge, etiolált hajtások. A gyenge hajtások okán fokozódik a megdőlés veszélye, amelyből következően a szemveszteség nő. A nagyobb levélfelülettel rendelkező növényállományok belsejében jellemzően magasabb a páratartalom, amely kedvez a gombabetegségek kialakulásának. A többletből származtatható lazább szöveti struktúra amúgy is fokozza a növények betegségekre való hajlamát. A túl nagy levélfelület kialakulása az elsődleges anyagcsere-folyamatoknak sem kedvez, mert az alsó – árnyékban lévő – levélemeletek nem fotoszintetizálnak, viszont részt vesznek a növényi sejtlégzésben, ami kétszeres veszteséget eredményez, mert nincs szervesanyag-beépülés, viszont nő a szervesanyag-lebontás. Tavaszi fejtrágyázás esetén a primőr zöldség fogyasztásával vigyázni kell, mert egyes levélzöldségek nagy nitrátfelhalmozók (pl. petrezselyem, saláta, retek, spenót), így fogyasztásuk egészségkárosító hatású is lehet.
Mindezeket az irányelveket figyelembe véve az okszerű növénytáplálást szem előtt tartva érdemes a növények éves nitrogénigényét előre kalkulálni.
SZERZŐ: DR. DECSI KINCSŐ EGYETEMI ADJUNKTUS • MAGYAR AGRÁR- ÉS ÉLETTUDOMÁNYI EGYETEM, NÖVÉNYÉLETTAN ÉS NÖVÉNYÖKOLÓGIA TANSZÉK
