Znaczenie siarki w nawożeniu ziemniaka. Cykl: “Nauki Rolnicze XXI wieku”

Postanowienia międzynarodowe o czystym powietrzu drastycznie obniżyły emisję SO₂ w Europie Zachodniej i w Polsce. Spowodowało to wystąpienie makroskopowych objawów niedoboru siarki i potrzebę uzupełniania pierwiastka w produkcji roślinnej.  Siarka jest niezbędnym elementem, potrzebnym do wzrostu i funkcjonowania rośliny. Pełni ważną rolę fizjologiczną, chroni roślinę przed chorobami i szkodnikami, adaptuje ją przed stresem. Niedobór siarki osłabia wigor rośliny, odporność na stres i obniża plon.

W Polsce po raz pierwszy objawy niedoboru siarki w rzepaku (objawy utajone) odnotowano na początku lat 90-tych. W chwili obecnej siarka jest czynnikiem ograniczającym plonowanie roślin. Przeprowadzone własne wyliczenia wskazują na ujemny bilans siarki w glebach Polski (rys. 1).

Rysunek 1. Bilans siarki w Polsce
Objaśnienia: c+/r+  – pozytywny bilans dla zbóż i rzepaku;

                     c+/r-   – pozytywny bilans dla zbóż, negatywny dla rzepaku;

                     c-/r-    – negatywny bilans dla zbóż i rzepaku

Źródło: Klikocka 2009

Rośliny uprawne wykazują zróżnicowane zapotrzebowanie na siarkę. Najbardziej wymagające są rośliny kapustne i liliowate (nawet do 80 kg). Ziemniaki pobierają siarkę w ilości od 18 do 40 kg/ha, z czego bulwy akumulują od 10 do 20 kg a łęty od 2 do 13 kg/ha.  Krytyczny okres zapotrzebowania na siarkę ujawnia się w czasie intensywnego formowania bulw i trwa do początku zasychania łęcin. W stanie głębokiego niedoboru siarki karłowacieją całe rośliny. Objawy niedoboru siarki na liściach ziemniaka, buraka oraz rzepaku przedstawia rys. 2.

Rysunek 2. Niedobory siarki w buraku, rzepaku i ziemniaku
Źródło: K + S KALI GmbH

W przeprowadzonych doświadczeniach polowych własnych wykazano, że najkorzystniej na plonowanie ziemniaka i jakość bulw oddziaływało nawożenie siarką siarczanową (siarczan potasu) w ilości 25 kg S/ha oraz siarką elementarną (w formie pylistej) w ilości 50 kg/ha. Po zastosowaniu wymienionych kombinacji otrzymano istotnie najwyższy plon bulw ziemniaka w stosunku do obiektu kontrolnego (odpowiednio o 11 i 8%) oraz istotny wzrost białka. Za miarodajny wskaźnik zaopatrzenia roślin w siarkę uznaje się stosunek azotu do siarki w białkach, który powinien wynosić 10-15:1. W prezentowanych badaniach własnych stosunek N:S zależał  od nawożenia siarką i wynosił średnio 11,37:1.

W dalszej serii doświadczeń do nawożenia ziemniaka zastosowano kizeryt i stwierdzono jego korzystne oddziaływanie na plon bulw ziemniaka. Generalnie zastosowanie zarówno siarki siarczanowej i elementarnej, kizerytu oraz jednowodnego siarczanu magnezu spowodowało znaczne ograniczenie chorób skórki, jak: parch zwykły (Streptomyces scabies) i rizoktonioza (Rhizoctonia solani) (rys. 3).  Fakt ten może mieć szczególne znaczenie w rolnictwie zrównoważonym  “sustainable agriculture”,  gdzie celem produkcji jest żywność dobrej jakości i ograniczenie stosowania środków chemicznych oraz w rolnictwie organicznym, w którym całkowicie jest zabronione używanie syntetycznych nawozów, pestycydów i fitochemikalii.  

Rysunek 3. Bulwy ziemniaka odmiany Irga i Bella Rosa nawożone kizerytem, w ilości 180 kg/ha 
Foto: własne

Korzystny wpływ nawożenia siarką (w formie: siarczanu potasu, siarczanu amonu, sufranu plus, pojedynczego superfosfatu, gipsu, pirytu i siarki pierwiastkowej) na plonowanie ziemniaka wykazano w wielu badaniach innych autorów. Zalecają oni stosowanie siarki pierwiastkowej pod ziemniaki w ilości od 36 do 80 kg/ha, twierdzą też że w wyniku jej aplikacji następuje wzrost suchej masy, wapnia, magnezu, siarki, miedzi i żelaza w bulwach, ponadto białka przyswajalnego i wolnych kwasów aminowych. Literatura również donosi o korzystnym oddziaływaniu gipsu (CaSO₄) na zwiększenie zawartości białka w bulwach ziemniaka, obniżenie intensywności ich ciemnienia enzymatycznego, wzrost karotenu, witaminy C, skrobi i zmniejszenie zawartości cukrów. Ponadto wzrasta zawartość azotu, fosforu i mikroskładników, a ich pobranie przez bulwy jest większe. Potwierdzenie tego uzyskano w badaniach własnych, gdzie nawożenie siarką wpływało na wzrost makro- i mikroskładników w bulwach ziemniaka.

Siarka jest ważnym pierwiastkiem w pełnieniu wielu funkcji fizjologicznych i w rozwoju roślin. Optymalna zawartość siarki ogólnej w roślinach uprawnych waha się od 0,05 do 1,5% suchej masy. Stosunkowo najczęściej wynosi ona jednak 0,20–0,50%. Ilościowe zapotrzebowanie na S jest u różnych gatunków najczęściej zbliżone do wymagań pokarmowych względem fosforu. Biorąc pod uwagę wymagania żywieniowe roślin uprawnych wobec siarki, stanowią one 9–15% pobranego azotu, a u roślin krzyżowych przedział ten waha się od 25–30%.

Rysunek 4. Siarka w środowisku wewnętrznym komórki roślinnej

Wykaz skrótów: strzałki czarnego koloru wskazują nazwę metabolitu; Ac-CoA – aktywny octan; APS – adenozyno-5’-fosfosiarczan; CN-Ala – β-cyjanoalanina; GSH – glutation zredukowany; GS-X – koniugat glutationu; OAS – acetylotransferaza serynowa; PAPS – 3’-fosfoadenozyno-5’-fosfosiarczan; SMM – S-metylometionina. Niebieski kolor nazw to kofaktory: GSH – glutation zredukowany; Fd_red – redukcja ferredoksyny. Czerwony kolor nazw to białka: APK – aktywacja siarczanu do adenozyno-5’-fosfosiarczanu APS; APR –  redukcja aktywowanego do adenozyno-5’-fosfosiarczanu siarczanu do siarczynu przez reduktazę.
Źródło: Saito 2004

Rośliny pobierają siarkę z podłoża w postaci utlenionej, jako SO₄^2- a w małych ilościach mogą też asymilować jako SO₂ z atmosfery (rys. 4). Siarka bierze udział w procesie powstawania węglowodanów i tłuszczów, w syntezie aminokwasów (cysteina, cystyna, metionina), występuje w białkach (SH, S-S),  ferredoksynie, tiolach (RSH), glutationie (L-γ-glutamylo-L-cysteinylo-glicyna, w skrócie GSH-antyoksydant), sulfolipidach, koenzymach (np. CoA), witaminach (B₁, H), penicylinie, kwasie liponowym, fitochelatynach (wiążą metale ciężkie), enzymach zapachu i smaku  (cykloalliina – cebula i chrzan, allicyna – czosnek), glukozynolanie w Brassicaceae, który co prawda jest substancją nieżywieniową, lecz jego pochodne (izo i tiocyjaniny) nadają ostry smak i zapach olejkowi gorczycy.  

Siarka jest pierwiastkiem niezbędnym dla prawidłowego przebiegu procesów fizjologicznych w roślinie, zwłaszcza że jest ona ściśle powiązana z azotem, przez co niedobór jednego składnika ogranicza pobieranie i działanie drugiego. Rośliny wykazujące brak siarki zawierają większe ilości rozpuszczalnych połączeń azotowych (azotanów, azotynów i nitrozoamin). Niedobór siarki w tkankach roślin zwiększa ich podatność na czynniki stresowe. Dodatek S podwyższa wykorzystanie N z gleby – ograniczając tym samym ulatnianie N i wymywanie go do wód gruntowych. Średnio każdy kg S jest satysfakcjonujący dla 15 kg N w plonie rośliny i w środowisku glebowym.  Ocieplenie się klimatu wpływa na zmianę typów gleby, wzrost erozji i efekt cieplarniany. Zmiany klimatyczne wpływają na zmianę cyklu pierwiastków w glebie. W wyniku tego następuje akumulacja substancji organicznej, a w niej węgla przy jednoczesnym limitowaniu udziału azotu, siarki i fosforu, co w rezultacie  doprowadza do spadku żyzności gleby.

Podsumowanie

W Polsce występują znaczne niedobory siarki mineralnej w glebach uprawnych i będą one nadal narastać na skutek ograniczenia emisji SO₂ a także: intensyfikacji produkcji rzepaku, kukurydzy i pszenicy oraz zmniejszenia zużycia nawozów naturalnych  i mineralnych (głównie fosforowych) i pestycydów zawierających siarkę. Niedobór siarki w produkcji rolniczej może wywołać poważny problem ekonomiczny i ekologiczny. Siarka jest niezbędnym elementem, potrzebnym do wzrostu i funkcjonowania rośliny. Pełni  ważną rolę fizjologiczną, chroni roślinę przed chorobami i szkodnikami. Niedobór siarki osłabia wigor rośliny, odporność na stres i obniża plon.

Rośliny wykazujące brak siarki zawierają większe ilości rozpuszczalnych połączeń azotowych (azotanów, azotynów i nitrozoamin). Niedobór siarki w tkankach roślin zwiększa ich podatność  na czynniki stresowe. Jak wynika z cytowanych w niniejszej pracy badań związki siarki w roślinie (pochodne cysteiny: glutation (GSH), sulfolipidy, glukozynolany (GSL), fitoaleksyny, alliny, ponadto H₂S) nadają roślinie odporność stymulowaną (SIR – sulphur induced resistance) na choroby grzybowe i bakteriozy. Zatem, siarka nie tylko wpływa na podwyższenie plonu ziemniaka, wzrost skrobi,  makro- i mikroelementów, lecz także zwiększa odporność roślin na stres (choroby, susza, temperatura, patogeny).  Dlatego w ramach szeroko rozumianego rolnictwa zrównoważonego “sustainable agriculture” powinno się przestrzegać zasad “dobrej praktyki”, która polega na ograniczeniu (rolnictwo konwencjonalne) bądź na zaniechaniu (rolnictwo organiczne) stosowania syntetycznych pestycydów, a którego celem jest produkcja żywności o dobrej jakości.

Prof. dr hab. Hanna Klikocka

Katedra Ekonomii i Agrobiznesu

Wydział Agrobioinżynierii

LITERATURA

Klikocka H. 2004: Wpływ konserwującej redlinowej uprawy roli i nawożenia siarką na ocenę plonowania ziemniaka. Annales UMCS. Sec. E, 59, 1:353-361.

Klikocka H. 2005: Sulphur status in environment. J. Elementol., 10: 625-643.

Klikocka H., Haneklaus S., Bloem E., Schnug E. 2005: Influence of sulfur fertilization on infestations of potato tubers (Solanum tuberosum L.) with Rhizoctonia solani and Streptomyces scabies. J Plant Nutr., 28(05): 819-833.

 Klikocka H. 2009. Sulfur supply in Polish agriculture. W: Sulfur Metabolism in Plants. Ed. Sirko A., De Kok L.J., Haneklaus S., Hawkesford M.J., Rennenberg H., Saito K., Schnug E., Stulen I. Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands, Margraf Publishers, Weikersheim, Germany. ISBN: 978-3-8236-1547-7, ISBN: 978-90-5782-215-5.

 Klikocka H. 2009. The Influence of enriched NPK fertilization with S, Mg, and conteined of micronutrients liquid fertilizer Insol 7 on potato tubers yield (Solanum tuberosum L.) and infestation of tubers with Streptomyces Scabies and Rhizoctonia Solani. J Element., 14(2): 271-288.

 Klikocka H. 2010. Znaczenie siarki w biosferze i nawożeniu roślin. Przem. Chem., 89(7): 903-908.

 Klikocka H. 2011. The effect of sulphur kind and dose on content and uptake micro-nutrients by potato tubers (Solanum tuberosum L.). Acta Sci Pol Hortoru., 10(2): 137-151.

 Klikocka H. 2011. Zasoby siarki w Polsce oraz jej znaczenie w przemyśle i rolnictwie. Przem. Chem., 90(9): 1000-1009.

Klikocka H. 2020: Boron content and some quality features of potato tubers under the conditions of using a sulfur fertilization. Agronomy Research, Vol. 18, Issue 4, 2425-2435.