sveučilište u zagrebu ishrana bilja - sumfak.unizg.hr siječanj, 4. ishrana bilja interna skripta...

92
Siječanj, 2014. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav Sever Šumarski fakultet Sveučilište u Zagrebu

Upload: nguyenbao

Post on 15-Feb-2018

323 views

Category:

Documents


18 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

Siječanj, 2014.

Ishrana bilja

Interna skripta

Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav Sever

Šumarski fakultet Sveučilište u Zagrebu

Page 2: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

Sadržaj:

1. POVIJESNI RAZVOJ ISHRANE BILJA ............................................................................................ 1 2. ELEMENTI BILJNE ISHRANE ....................................................................................................... 2

2.1. Podjela hranivih tvari ........................................................................................................ 3

3. TLO KAO IZVOR BILJNIH HRANIVA ............................................................................................ 5 3.1. Kemijski sastav tla ............................................................................................................. 5

3.2. Organska tvar tla ............................................................................................................... 7

3.3. Koloidna svojstva tla ......................................................................................................... 9

3.4. pH reakcija tla ................................................................................................................. 11

3.5. Puferna sposobnost tla ................................................................................................... 12

4. OBLICI HRANIVIH TVARI U TLU ................................................................................................ 13 4.1. Pokretljive hranive tvari .................................................................................................. 13

4.2. Dinamika hraniva u tlu .................................................................................................... 14

5. POTENCIJAL HRANIVA ............................................................................................................. 15 6. USVAJANJE HRANIVA PUTEM KORIJENA ................................................................................ 16

6.1. Prijenos hraniva u tlu do korijena ................................................................................... 17

6.2. Ulazak hraniva u slobodni prostor korijena .................................................................... 19

6.3. Prijenos hraniva kroz plazmalemu u unutrašnjost stanice ............................................. 20

7. USVAJANJE HRANIVA LISTOM ................................................................................................. 25 8. PRIJENOS HRANIVA IZMEĐU STANICA .................................................................................... 26 9. ČIMBENICI KOJI UTJEĆU NA USVAJANJE HRANIVA ................................................................. 27

9.1. Razlike unutar i između vrsta .......................................................................................... 27

9.2. Mikoriza .......................................................................................................................... 28

9.3. Plodnost tla ..................................................................................................................... 29

9.4. Vlaga u tlu ....................................................................................................................... 29

9.5. Metabolizam korijena ..................................................................................................... 31

10. USVAJANJE HRANIVA U EKSTREMNIM UVIJETIMA ................................................................. 31 10.1. Kisela tla .......................................................................................................................... 31

10.2. Vapnenačka tla ................................................................................................................ 33

10.3. Poplavna tla ..................................................................................................................... 33

11. OPSKRBLJENOST BILJAKA MINERALNIM TVARIMA ................................................................. 33 11.1. Gubitak hraniva iz biljnog organizma .............................................................................. 34

12. SADRŽAJ MINERALNIH TVARI U BILJKAMA ............................................................................. 35 12.1. Nakupljanje i premještanje mineralnih tvari u biljci ....................................................... 36

12.2. Uloga pojedinih mineralnih tvari u biljci ......................................................................... 37

13. ANTAGONIZAM I SINERGIZAM ELEMENATA BILJNE ISHRANE ................................................ 38 14. OPĆI SIMPTOMI NEDOSTATKA I SUVIŠKA ELEMENATA BILJNE ISHRANE ............................... 39 15. MAKROELEMENTI ................................................................................................................... 49

15.1. Dušik ................................................................................................................................ 49

15.2. Sumpor ............................................................................................................................ 57

15.3. Fosfor .............................................................................................................................. 61

15.4. Kalij .................................................................................................................................. 65

Page 3: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

15.5. Kalcij ................................................................................................................................ 67

15.6. Magnezij .......................................................................................................................... 70

16. MIKROELEMENTI ..................................................................................................................... 72 16.1. Željezo ............................................................................................................................. 72

16.2. Mangan ........................................................................................................................... 74

16.3. Bor ................................................................................................................................... 75

16.4. Cink .................................................................................................................................. 78

16.5. Bakar ............................................................................................................................... 78

16.6. Molibden ......................................................................................................................... 79

16.7. Klor .................................................................................................................................. 80

16.8. Nikal ................................................................................................................................ 81

17. GNOJIVA .................................................................................................................................. 81 17.1. Mineralna gnojiva ........................................................................................................... 81

17.2. Organska ili prirodna gnojiva .......................................................................................... 83

18. UTVRĐIVANJE POTREBE U GNOJIDBI I ZADATAK GNOJIDBE TLA ............................................ 86 19. LITERATURA............................................................................................................................. 88

Page 4: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

1

1. POVIJESNI RAZVOJ ISHRANE BILJA

Potreba za hranom i osiguranje prehrane oduvijek je bio najvažniji čimbenik preživljavanja ljudske

vrste pa se smatra da je neolitski čovjek prije 10 000 godina počeo uzgajati i kultivirati biljke radi

prehrane. Prema tome, kroz povijest čovječanstva mnogi su se veliki umovi i znanstvenici bavili

problemom osiguranja dovoljnih količina hrane za sve veću ljudsku populaciju. Tako je poznato da su već

i stari Egipćani koristili stajski gnoj i pepeo biljaka za povećanje prinosa svojih poljoprivrednih usjeva.

Najstariji pokušaji objašnjenja ishrane bilja vezani su uz Aristotela (304. – 322 pr.Kr.), starogrčkog

filozofa koji je postavio humusnu teoriju ishrane bilja prema kojoj se biljke hrane humusom koji usvajaju

korijenom, a nakon uginuća iznova grade humus. Gotovo 2000 godina bilo je potrebno da se

Aristotelova humusna teorija u potpunosti preispita, opovrgne i odbaci.

Prve kvantitativne pokuse (biometrijska mjerenja) u ishrani bilja počeo je provoditi belgijski fizičar

Jan Baptist van Helmont (1579. – 1644.). U posudu koja je sadržavala 90,72 kg suhoga tla zasadio je

mladicu vrbe tešku 2,27 kg i zalijevao je samo vodom. Nakon tri godine vrba je težila 76,70 kg, a težina

tla je bila neznatno umanjena. Na temelju toga Van Helmont zaključuje kako je biljkama za razvoj

potrebna samo voda. Međutim, već tada se javljaju skeptici navedene teorije i tragaju za drugim tvarima

rasta. Engleski istraživač John Woodward (1665. – 1728.) tragao je za elementima biljne ishrane u

atmosferi i tvarima koje voda otapa u tlu. Svojim pokusima dokazao je da biljke rastu brže ako voda

sadrži otopljene čvrste tvari u odnosu na rast biljaka u destiliranoj vodi. U to vrijeme djelovao je još

jedan engleski istraživač, Stephen Hales (1677. – 1761.) koji je poznat po uvođenju moderne

eksperimentalne tehnike s ponavljanjem tretmana u izučavanju usvajanja i izdvajanja vode

transpiracijom. Uz to, istraživao je i ulogu zraka u rastu biljaka. S obzirom na istraživački pristup

problematici ishrane bilja i svoja dostignuća, Halesa mnogi smatraju ocem biljne fiziologije.

Nakon razdoblja u kojemu je naglasak bio na ulozi vode u ishrani bilja slijedi razdoblje u kojem je

došlo do otkrića plinovitih elemenata. Joseph Priestley (1733. – 1804.) otkriva da biljke iz zraka usvajaju

CO2 (1775.) što je bio prvi korak u otkriću procesa fotosinteze. Nakon toga Jan Ingenhousz (1730. –

1799.) otkriva da biljke samo na svjetlu izdvajaju kisik (1779.). Ingenhousz je jasno dokazao da jedan dio

mase biljaka potječe od hranivih elemenata porijeklom iz zraka, a drugi dio porijeklom iz tla, zahvaljujući

svom otkriću da biljke na svjetlu otpuštaju više kisika nego što otpuštaju ugljičnoga dioksida u mraku.

Nedugo nakon toga (1782.) švicarski svećenik Jean Senebier (1742. – 1809.) shvaća pravo značenje

asimilacije ugljika kao redukcije CO2 pomoću svjetlosti. Nicolas -Théodore de Saussureu (1767. – 1845.) u

djelu „Kemijsko istraživanje vegetacije” objavljenom 1804. godine izlaže kvantitativno obrazloženje

fotosinteze. Od tada postaje jasno da biljke iz zraka zahtijevaju CO2, vodu iz tla ili atmosfere i zasigurno

još neke elemente iz tla koji zaostaju u pepelu nakon spaljivanja suhe tvari biljke.

U to vrijeme nova shvaćanja (navedena u prethodnom poglavlju) sporo se prihvaćaju u

znanstvenim krugovima jer tada prevladava mišljenje Thaera (Albrecht Daniel Thaer, 1752. – 1828.) da

su humus i voda temelj ishrane bilja, dok su soli sporedna hraniva.

Nakon toga ipak slijedi razdoblje u kojem dolazi do sve većeg prihvaćanja mineralne teorije, a

humusna teorija se konačno napušta. U tom razdoblju dolazi do utemeljenja agrikulturne kemije te

izdvajanja triju istraživača koji su posebice zaslužni za unapređenje ishrane bilja, a to su: Francuz Jean-

Baptiste Boussingault (1802. – 1887.) i Nijemci, Carl Sprengel (1787. – 1859.) te Justus von Liebig (1803.

– 1873.). Boussingault je zaslužan za otkriće dušika kao najvažnijeg biljnog hraniva neophodnoga za

Page 5: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

2

povećanje prinosa, ali još uvijek misli da ga biljke usvajaju iz atmosfere (kao i ugljik) a ne iz tla. Sprengel

je prvi definirao „zakon minimuma” u ishrani bilja (tada poznatoj kao agrikulturna kemija) tvrdeći kako

je rast biljaka ograničen najmanje raspoloživim hranivom. Svoju teoriju Sprengel je slikovito predstavljao

bačvom koja je imala dužice različitih visina, a visina prinosa ograničena je elementom u najmanjoj

količini.

Istraživanja Boussingaulta i Sprengela omogućila su Justusu von Liebigu da svojim istraživanjima u

razdoblju od 1835. – 1840. konačno u potpunosti opovrgne humusnu teoriju u svojoj knjizi objavljenoj

1840. godine pod naslovom „Organska kemija i njena primjena u agrokemiji i fiziologiji”. Osnovne

postavke Leibigove mineralne teorije ishrane bilja mogu se sažeti u nekoliko činjenica:

mineralne tvari u biljci su nužan, a ne slučajan sastojak,

biljke za život zahtijevaju 10 elemenata: C, O, H, N, P, S, K, Ca, Mg i Fe od kojih C, O i H

potječu iz zraka,

biljne vrste zahtijevaju različitu količinu hraniva,

nedostatak hraniva u tlu može se nadomjestiti gnojidbom,

humus nije neophodan za život biljaka, ali je kao izvor hranivih elemenata vrlo značajan.

U razdoblju između 1840. i 1900. ishrana bilja izdvaja se iz agrikulturne kemije kao samostalna

znanstvena disciplina. U tom razdoblju cijeli niz istraživača na temelju provođenja kontroliranih pokusa u

potpunosti oblikuju teoriju mineralne ishrane bilja. U tom razdoblju (1850.) John Thomas Way otkriva

adsorpcijska svojstva tla i sposobnost tla da spriječi ispiranje hraniva. To omogućuje primjenu

vodotopivih mineralnih gnojiva i povećava učinkovitost gnojiva na vegetativni rast uzgajanih biljaka.

Istovremeno, dolazi do otkrića koja rasvjetljavaju ulogu mikroorganizama u procesu mineralizacije

organske tvari i kruženju elemenata u prirodi.

Tijekom prošloga stoljeća u skladu s visokim tehnološkim napretkom postaje jasno da biljke mogu

usvajati i niskomolekularne organske tvari što je otvorilo mogućnost primjene različitih kemijskih

preparata (stimulatora, inhibitora, sredstava za zaštitu itd.) u biljnoj proizvodnji. Stupanj kemizacije

ubrzo je narastao do te mjere da danas predstavlja stvarnu opasnost zbog onečišćenja prirodne sredine i

samih biljaka što najviše do izražaja dolazi u poljoprivrednoj proizvodnji (Vukadinović i Vukadinović

2011).

2. ELEMENTI BILJNE ISHRANE

Biljke za život koriste svemirsku energiju u obliku sunčeve radijacije pomoću koje prevode

neorgansku (neživu) tvar u organsku (živu) potrebnu za opstanak svih živih bića na Zemlji. Taj proces

naziva se primarna organska produkcija za što je uz neophodne organske elemente (C, O i H) potreban i

čitav niz mineralnih elemenata. Svi elementi biljne ishrane (organski i mineralni) potrebni za primarnu

organsku produkciju nazivaju se neophodna biljna hraniva, a biljke ih mogu usvajati u više različitih

kemijskih oblika (električki nenabijene molekule kao što su CO2, O2, N2O i dr. ili električno nabijene

čestice kao što su neki ioni, npr. K+ ili molekule NO3-).

Porijeklo biljnih hraniva može biti anorgansko ili organsko, ovisno potječu li iz minerala zemljine

kore (anorganska hraniva) ili su produkt razgradnje žive tvari, npr. šumske prostirke, humusa i dr.

(organska hraniva). Pojednostavljeno rečeno, biljna hraniva su tvari potrebne za preživljavanje biljaka ili

su neophodna za sintezu organskih spojeva (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 6: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

3

2.1. Podjela hranivih tvari

Radi lakšeg razumijevanja utjecaja hraniva na razvoj biljaka biljna hraniva moguće je svrstati u

grupe na nekoliko načina. Osnovna podjela hranivih tvari s obzirom na značaj u ishrani bilja je na:

potrebne elemente (esencijalne), korisne elemente (beneficijalne), nekorisne elemente i toksične

elemente.

Za život viših biljaka (stablašica) neophodno je 17 kemijskih elemenata. Zbog toga ih nazivamo

neophodni, esencijalni ili biogeni elementi. Budući da biljke ne zahtijevaju jednake količine hranivih

elemenata, uobičajeno je da se dalje dijele na:

makroelemente (C, O, H, N, P, K, S, Ca i Mg)

mikroelemente (Fe, B, Mn, Zn, Cu, Mo, Cl i Ni)

korisne elemente (Co, Na, Si, Al, Se, V, Ti, La, Ce)

toksične elemente (Cr, Cd, U, Hg, Pb, As i dr.)

Više informacija vezanih uz podjelu biljnih hraniva vidi u Vukadinović i Vukadinović (2011).

Dali je neki element mikro ili makro ovisi prvenstveno o potrebnoj količini toga elementa u

izgradnji biljnoga tijela, a nikako ne u smislu njegova značenja, jer je za život viših biljaka svaki od

navedenih 17 elemenata (mikro i makro elemenata) neophodan za normalan razvoj biljaka. Prisutnost

makroelemenata najčešće je veća od 0,1 % u odnosu na suhu tvar biljnoga tijela, dok mikroelementi čine

tek 0,01 do 0,00001 % u odnosu na suhu tvar biljke.

Unutar grupe makroelemenata često se izdvajaju organski (nemineralni) elementi (C, O i H) koji

grade više od 90 % žive tvari biljnog tijela.

Korisni elementi u optimalnim uvjetima rasta biljaka nemaju fiziološku ulogu, ali utjecaj im je

povoljniji što su uvjeti rasta lošiji. U nekim slučajevima oni mogu samo djelomično (i samo nespecifično)

zamijeniti funkciju nekih mikro i/ili makro elemenata.

Preostali elementi, a biljke ih mogu sadržavati 60-ak svrstavaju se u nekorisne ili toksične, ovisno o

utjecaju na rast i razvitak biljaka.

Biogene elemente možemo podijeliti i prema njihovoj ulozi u metabolizmu tvari i energije:

Strukturni ili konstitucijski elementi (C, H, O, N, P, S) su molekularne komponente, npr.

ugljikohidrata, proteina, nukleinskih kiselina, nekih sekundarnih spojeva kao što su alkaloidi, lignini i dr.

To su elementi male atomske mase (prva dva reda periodnog sustava), a kemijski se vežu stabilnim

kovalentnim vezama.

Enzimski aktivatori (K, Ca, Mg, Mn, Zn) obavljaju svoje funkcije kao ioni i premda su mehanizmi

aktivacije enzima često nejasni, nema sumnje o njihovoj važnosti u tim procesima.

Redoks reagensi (Fe, Cu, Mn, Mo) funkcioniraju kao ioni, a odlikuju se mogućnošću lake promjene

valentnosti što im omogućava sudjelovanje u redoks reakcijama (npr. citokromne reakcije u disanju: Fe3+

+ e- Fe2+, Cu kao Cu2+ ili Cu+, Mn je aktivator fotooksidacije vode u fotosintezi 2H2O → 4H+ + 4e- + O2, a

Mo je dio enzima nitrat reduktaze odgovornoga za redukciju nitrata u nitrite).

Nedovoljno poznatih funkcija (B, Cl). Premda je B neophodan za vaskularne biljke te je njegovo

djelovanje primjetno u velikom broju procesa (stanična dioba, membranski transport, rast korijena), to

mogu biti tek sekundarni učinci. Klor (u obliku iona Cl-) biljke akumuliraju u velikim količinama i njegova

Page 7: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

4

nespecifična uloga u osmotskim funkcijama je jasna (ali može biti zamijenjena drugim ionima). Ipak, klor

ima jednu vrlo specifičnu funkciju u izdvajanju kisika kod fotooksidacije vode u fotosintezi.

Nadalje, elemente biljne ishrane moguće je podijeliti prema njihovoj fiziološkoj funkciji što je

prikazano u tablici 1.

Tablica 1. Osnovne fiziološke funkcije biljnih hraniva(Vukadinović i Vukadinović 2011)

Element

ishrane

Relativna

konc. prema

konc. N

Oblik

usvajanja Fiziološke funkcije elemenata biljne ishrane

Grupa 1. Elementi koji tvore organske spojeve biljaka

N 100 NH

4+, NO

3-,

NO2-

Sastavni dio aminokiselina, amida, proteina, nukleinskih kiselina,

nukleotida, koenzima

S 3 SO42-

, SO32-

Komponenta cisteina, cistina i metionina, lipoične kiseline,

koenzima A, tiamina, pirofosfata, glutationa, biotina, ATP-a.

Grupa 2. Elementi važni za akumulaciju energije i strukturni integritet biljaka

P 6 H2PO4

-,

HPO42-

Sastavni dio fosfata šećera, nukleinskih kiselina, nukleotida,

koenzima, fosfolipida, fitinske kiseline, ključna uloga u reakcijama

ATP-a.

B 0,2 BO3

3-, B4O7

2-,

H3BO3

Tvori komplekse s manitolom, mananima, poliuronskim

kiselinama i drugim komponentama staničnih stjenki. Uključen u

produžni rast stanica i metabolizam RNK.

Si Si(OH)4

Ugrađen kao amorfni silicij u staničnim stjenkama. Poboljšava

mehanička svojstva staničnih stjenki, s obzirom na njihovu krutost

i elastičnost.

Grupa 3. Elementi koji ostaju u obliku iona

K 25 K+

Potreban kao kofaktor (modulator) za više od 40 enzima. Glavni

kation u uspostavljanju i održavanju turgora te elektroneutralnosti

protoplazme.

Na Na-

Uključen u regeneraciju fosfoenolpiruvata kod biljaka s C4 i CAM

tipom fotosinteze. Zamjena za kalij u nekim funkcijama.

Mg 8 Mg2+

Potreban za djelovanje velikoga broja enzima uključenih u

prijenos fosfata. Sastavni dio klorofila.

Ca 12,5 Ca2+

Sastavni je dio središnje lamele u staničnim stjenkama. Kofaktor

enzima uključenih u hidrolizu ATP-a i fosfolipida.

Mn 0,1 Mn2+

Potreban za aktivnost dehidrogenaza, dekarboksilaza, kinaza,

oksidaza i peroksidaze. Aktivira i mnoge enzime i fotosintetsko

izdvajanje O2.

Cl 0,3 Cl- Neophodan u fotooksidaciji vode (fotosintetsko izdvajanje O2).

Grupa 4. Elementi uključeni u transfer elektrona

Fe 0,2 Fe2+

, Fe3+

Sastavni dio citokroma i proteina s nekemijskim željezom

uključenih u fotosintezu, N2 fiksaciju i disanje.

Cu 0,01 Cu2+

Komponenta oksidaze askorbinske kiseline, tirozinaze, monoamin

oksidaze, uratne oksidaze, citokrom oksidaze, fenolaze, lakaze i

plastocijanina.

Page 8: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

5

Zn 0,03 Zn

2+,

Zn(OH)+

Sastavni je dio alkoholne dehidrogenaze, glutaminske

dehidrogenaze, karboanhidraze i dr.

Mo 0,0001 MoO42-

Građevni element nitrogenaze, nitratne reduktaze i

dehidrogenaze ksantina.

Ni Ni2+

Sastavni dio ureaze, a kod N2 fiksirajućih bakterija i hidrogenaza.

Nastavak tablice 1.

3. TLO KAO IZVOR BILJNIH HRANIVA

Gornji rastresiti dio Zemljine kore koji je nastao raspadanjem litosfere pod utjecajem oborina,

vjetra, promjena temperature i različitih kiselina koje izlučuju biljke transformirao se u prirodno biljno

stanište (tlo), iz kojega biljke svojim korijenom usvajaju sve mineralne tvari neophodne za svoj rast i

razvoj. Tlo (u kojem je biljka ukorijenjena) je heterogeni materijal koji se sastoji od čvrste, tekuće i

plinovite faze. Iz organskih ostataka tj. razgradnjom tijela uginulih biljaka i životinja na površinskom sloju

tla nastaju organske humusne tvari. Organski dio tla (organska tvar tla) glavni je izvor dušika (N), fosfora

(P) i sumpora (S), dok ostale hranive tvari u tlo uglavnom dospijevaju raspadanjem stijena koje čine

matičnu podlogu nekog tla.

Čestice od kojih se sastoji čvrsta faza tla mogu biti različite veličine, od manjih od 0,002 mm

(čestice gline) do većih od 2 mm (šljunak i kamenje). Većina mineralnih tvari, oko 98 %, nalazi se u tlu u

obliku teško topivih fosfata i karbonata. Manji dio mineralnih tvari u tlu, oko 2 %, adsorptivno je vezan

za čestice tla, a vrlo mali dio (manje od 0,2 %) nalazi se u otopini tla. Tu mogu biti otopljeni kisik i ugljik

dioksid, ali valja napomenuti kako se njihova izmjena u stanicama zbiva samo u plinovitoj fazi. Opskrba

korijena kisikom nužna je za stanično disanje, koje između ostaloga, predstavlja izvor metaboličke

energije potrebne za proces primanja mineralnih tvari korijenom.

Lako dostupna biljna hraniva predstavljaju ioni koji se nalaze u otopini tla, a biljka ih pomoću

korijena može lako primiti, ali to je svega 0,2 % od ukupne količine mineralnih tvari u tlu. Na sreću,

većina pozitivno nabijenih mineralnih tvari kao što su ioni kalija (K+), kalcija (Ca2+) i magnezija (Mg2+),

vezani su za negativno nabijene čestice tla (koloide). Primjerice, kationi (Ca2+, K+) koji su polarno vezani

na koloidne čestice ne ispiru se iz zone korjenova sustava, a lako se zamjenjuju s drugim kationima (H+),

pri tome dolazi do njihova otpuštanja sa površine koloida te na taj način postaju lako dostupni biljkama.

Za razliku od kationa, negativno nabijene mineralne tvari (anioni), npr. NO3-, H2PO4

- i SO42-, obično nisu

vezani za čestice tla, pa se pod utjecajem oborina lako ispiru u dublje slojeve (izvan dohvata korijena) i

na taj način postaju nedostupni biljkama.

3.1. Kemijski sastav tla

Za uspješno shvaćanje uloge tla u ishrani bilja bitno je poznavati njegov kemijski sastav. Tlo

predstavlja višefazni sustav kojega čine čvrsta faza (50 %, i to 45 % mineralne tvari i 5% organske tvari)

koja je i najzastupljenija. Ostalih 50 % otpada na tekuću (otopina tla) i plinovitu fazu. Njihov odnos ovisi

o vlažnosti tla. Tlo je nastalo kao rezultat dugotrajnih procesa promjene matičnog supstrata. Ono sadrži

produkte raspadanja stijena te biljnih i životinjskih organizama. Međusobnim djelovanjem mineralnih i

organskih tvari uz neposredno sudjelovanje živih organizama stvara se složeni kompleks spojeva koji čine

tlo.

Page 9: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

6

Mineralni dio tla nastaje iz litosfere, pri tome nastaje nova sfera, tzv. pedosfera. Debljina litosfere

iznosi 50 do 100 km. Na pedosferu otpada manji dio ali za ishranu bilja on je vrlo važan i kompleksan po

sastavu. Površinski dio litosfere čini tanka kora (1-2 km debljine). Izgrađen je od sedimentnih stijena od

kojih je nastala većina tala. Dinamika raspadanja stijena ovisi o reljefu, klimi i životnim aktivnostima

mikroorganizama. Svojstva matičnoga supstrata utječu na svojstva tla.

U sastav litosfere ulazi više kemijskih elemenata. Gotovo polovinu čini kisik (47,2 %), zatim silicij

(27,6 %) te aluminij i željezo (14 %). Kalcij, natrij, kalij i magnezij zastupljeni su sa 2 do 3 %. Svi ostali

elementi nalaze se u količini manjoj od 1 %. U toj su grupi i elementi potrebni za ishranu biljaka. Litosfera

sadrži i tzv. mikroelemente kao što su bakar (Cu), cink (Zn), kobalt (Co), bor (B), molibdem (Mo) i dr. Po

svom prosječnom sastavu tlo se znatno razlikuje od prosječnog sastava litosfere. U tlu su najviše

zastupljeni kisik (O) i vodik (H) te ugljik (C) i dušik (N). Tlo je sastavni dio biosfere i sadrži organsku tvar.

Minerali koji ulaze u sastav tla dijele se na primarne (vezani za magmatske i metamorfne stijene;

najrasprostranjeniji primarni minerali su oni koji sadrže silicij i kisik) i sekundarne (nastaju iz primarnih

minerala pod utjecajem fizičkih, kemijskih i bioloških čimbenika, a čine najveći i najvažniji dio mineralne

tvari čvrste faze tla). Primarni minerali nisu postojani što znači da podliježu postepenom razlaganju.

Najvažniji čimbenici kemijskoga razlaganja u tlu su voda, prisutnost kisika i organskih kiselina. Osnovne

reakcije pri kemijskoj razgradnji minerala su: hidratacija, hidroliza, otapanje i oksido-redukcija.

Raspadanjem primarnih minerala nastaju sekundarni minerali, različiti po građi i strukturi.

Spojevi kalija (K), magnezija (Mg), kalcija (Ca) i natrija (Na). Najrasprostranjeniji spojevi u tlu su

karbonati (CaCO3, MgCO3 + CaCO3). Nastaju taloženjem, ili potječu od izumrlih organizama. Kalcijev

karbonat (CaCO3) je vrlo rasprostranjen na zemljinoj površini, razlikuje se po čvrstoći i stupnju

iskristaliziranosti. Pored karbonata, nalazimo i sedimente kalcija u obliku gipsa – CaSO4 x 2H2O. Natrijeve

soli na zemlji obično su u obliku klorida ili sulfata obično na dnu slanih jezera ili morskih zaljeva. Kalij,

magnezij i kalcij su kationi koji imaju važnu fiziološku ulogu jer ih biljke u većim količinama usvajaju kao

biljna hraniva. Natrij se također u velikom postotku nalazi u pepelu biljke, ali su potrebe biljaka za ovim

elementom manje.

Spojevi fosfora (P). U litosferi i tlu nalazi se svega 0,08% fosfora. Osnovni izvor fosfata je mineral

apatit (Ca5(PO4)3xF). Fosfati iz tla slabo su topivi pa je koncentracija fosfora u otopini tla vrlo niska. Biljke

uzimaju fosfor iz otopine i ugrađuju ga u svoja tkiva. Usvajanjem fosfora od strane biljaka i njegovom

ugradnjom u sastav nukleoproteida i drugih organskih spojeva započinje kruženje fosfora u prirodi koje

se nastavlja odumiranjem biljaka nakon čega ponovo ulazi u tlo. Organski fosfor u tlu je zastupljen s 20-

80 % u odnosu na ukupnu količinu fosfora u tlu. U organske spojeve spadaju nukleinske kiseline i

nukleoproteidi, fosfatidi, šećerofosfati i dr. U procesu mineralizacije oslobađa se fosforna kiselina koja se

veže na katione kalcija, magnezija, željeza i aluminija ili se adsorbira u mineralnim koloidima tla. U

ishrani bilja sudjeluju mineralni spojevi fosfora.

Spojevi sumpora (S). Litosfera sadrži 0,09 % sumpora, a u tlu ga ima svega 0,085 %. Nalazi se u

slijedećim spojevima: H2S, SO2, FeS, FeS2, ZnS, PbS. Na Zemljinoj površini sumpor lako oksidira, a

sumporna kiselina reagira s mineralima i nastaju sulfati, najrasprostranjeniji spojevi sumpora na zemlji.

Njihova je topivost relativno velika i ovisi o kationima. Biljke apsorbiraju ion SO42- i reduciraju ga u svom

organizmu. Sumpor je sastavni dio bjelančevina i eteričnih ulja. Nakon ugibanja biljaka i životinja sumpor

se ponovo vraća u tlo. Organski spojevi sumpora u tlu sastavni su dio svih humusnih tvari i to zbog

aminokiselina koje sadrže sumpor. S dubinom tla količina sumpora opada.

Page 10: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

7

Dušik (N) u tlu. Dušik ima vrlo značajnu ulogu u životu biljaka. Bjelančevinaste tvari koje sadrže od

16 do 18 % dušika čine glavni dio protoplazme žive stanice i predstavljaju materijalnu osnovu života.

Prisutnost dušika u tlu povezana je sa životnom aktivnošću organizama. Prosječna količina dušika u

pedosferi iznosi 0,1 %, najveći se dio nalazi u organskom dijelu tla. Biljke za svoju ishranu koriste

uglavnom anorganski dušik ( NH4+, NO3

- i NO2- ).

3.2. Organska tvar tla

Na temelju prikazanoga u prethodnom poglavlju, jasno možemo zaključiti da je jedan dio

mineralnih tvari koje se nalaze u tlu (u području rizosfere) produkt dugotrajnoga (stoljetnog i/ili

tisućljetnog) procesa raspadanja primarnih i sekundarnih minerala. Drugi dio mineralnih tvari koji se

nalazi u tlu produkt je razgradnje organske tvari tla.

Organska tvar u tlu potječe od ostataka živih organizama (listinac, plodovi, sitne grančice, odumrli

mikroorganizmi, životinjske strvine i dr.) koji su u većoj ili manjoj mjeri razloženi na jednostavnije

spojeve. Količina organske tvari u tlu i njezina kakvoća utječu ne samo na rast biljaka, već i na proces

nastanka tla. U odnosu na mineralni dio tla (koji je nastao tisućljetnom razgradnjom stijena i

mineralizacijom organskih ostataka), količina organske tvari u tlu je mala, no ipak je od ogromnog

značaja. Prisutnost organske tvari u tlu definira razliku između tla kao prirodnog supstrata biljne ishrane

(kombinacija mineralnih tvari nastalih raspadanjem stijena i mineralnih tvari nastalih mineralizacijom

organske tvari) i nekakve rastresite mase raspadnutih stijena litosfere.

Organska tvar utječe na fizikalna i kemijska svojstva tla, kao što su struktura tla, kapacitet za vodu,

sorpcija iona, sadržaj hranivih elemenata (u najvećoj mjeri N, P, S itd.) i drugo. Ona je i osnovni izvor

energije za životnu aktivnost mikroorganizama tla. Prema tome, eventualnim nestankom organske tvari

tla zasigurno bi došlo do katastrofalnih posljedica po čitav život na zemlji.

Krupnije čestice organske tvari tla, koje nastaju u prvoj fazi raspadanja biljnih i/ili životinjskih

ostataka a još uvijek imaju donekle prepoznatljivu strukturu nazivaju se inertna organska tvar. Daljnjim

razlaganjem organske tvari nastaju tvari koje se odlikuju svojstvima koloida a nazivaju se humus ili

huminske kiseline. Zahvaljujući svojim koloidnim svojstvima, ovaj dio organske tvari u tlu ima vrlo važnu

ulogu u ishrani bilja (adsorpciji kationa).

Ugljik (C) i dušik (N) koji se nalaze u organskoj tvari porijeklom su iz atmosfere, odakle su dospjeli

u tlo asimilacijskim procesima mikroorganizama i viših biljaka. Sumpor (S) djelomično potječe i iz

atmosfere jer se može nalaziti i u plinovitom stanju kao SO2 i H2S, dok je porijeklo fosfora (P) vezano

isključivo za matični supstrat (primarne i/ili sekundarne minerale) iz kojega je neko tlo nastalo. Ono što

je važno istaknuti je da nabrojani elementi (C, N, S i P) koji su sastavni dio humusa njegovom daljnjom

razgradnjom pod utjecajem mikroorganizama u tlu (bakterija i gljiva) prelaze u mineralne oblike i postaju

dostupni biljkama (tek tada postaju biljna hraniva).

Proces oslobađanja organski vezanih elemenata u pristupačne oblike naziva se mineralizacija ili

mobilizacija hraniva. Pod tim pojmom podrazumijevaju se svi procesi koji dovode do transformacije

nepristupačnih rezervi hraniva „zarobljenih” u organskoj tvari tla u pristupačne. Kod humusa to

podrazumijeva njegovu razgradnju do nisko molekularnih organskih spojeva podložnih mineralizaciji ili

izravno pogodnih za usvajanje korijenom (ako im je molekularna masa manja od 1 000 kDa

(kilodaltona)). Prema tome, humus nastaje biokemijskim putem pri čemu aktivnost mikroorganizama

Page 11: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

8

koji sudjeluju u tom procesu (gljive, bakterije, aktinomiceti ali i kišne gujavice) ovisi o vodozračnom

režimu tla, pH reakciji, temperaturi, količini i sastavu svježe pristigle organske tvari u tlo.

U tlu stabilne šumske sastojine intenzitet nastanka i razgradnje organske tvari trebao bi biti

uravnotežen, što bi trebalo rezultirati stabilnim sadržajem humusa. Međutim, intenzivnim iznošenjem

biomase (npr. granjevine sitnije od 7 cm, listinca, korijenja i dr.) iz šumskih sastojina postoji ozbiljna

mogućnost narušavanja stabilnosti u nastanku i razgradnji organske tvari tla. Tome u prilog ide činjenica

da je većina biljnih hraniva u šumskom ekosustavu uskladištena u drvnoj komponenti. Primjerice,

najveće količine dušika (N) i fosfora (P) nalaze se u krošnji i korijenju stabala.

Najveći dio CO2 koji nastaje prilikom razgradnje mrtve organske tvari (uslijed disanja

mikroorganizama) odlazi u atmosferu a svega 20 – 30 % se ugrađuje u novonastali humus. Od

ugljikohidrata koji se nalaze u mrtvoj organskoj tvari manje od 20 % se transformira u humus, dok se

lignin, tanin i fenolne komponente humificiraju s više od 75 %. Na posljetku je važno spomenuti da se

dušik humificira s koeficijentom od približno 50 %. Važno je imati na umu da samo onaj dio navedenih

tvari koji se uspije transformirati u humus (humificirati) u budućnosti postaje dostupan biljkama.

Nakon procesa razgradnje mrtve organske tvari slijedi sinteza „plazme tla“. Plazma tla je tekuće

konzistencije i sadrži proteine, soli, druge razgrađene organske fragmente i vodu. Zapravo to je „krv tla“

jer su u vodi otopljene različite tvari i suspenzirane sitnije krute čestice (analogno pravoj krvi). Pore u tlu

imaju ulogu žila i prenose pojedine komponente plazme tla do korijenskog sustava te ga snabdijevaju

kisikom i vodom što mu omogućava uspješno primanje hraniva. Vezanjem sadržaja plazme (proteini,

soli, organski fragmenti, voda) na čestice gline (sekundarne minerale) gradi se stabilna humusna tvar tla

zahvaljujući nastanku organomineralnih kompleksa, odnosno strukturnih agregata.

Uzevši u obzir sve navedeno do sada, na umu treba imati da je humus dormantna snaga tla, temelj

njegove kvalitete, odnosno izvor energije za rast i razvoj biljnoga svijeta (Vukadinović i Vukadinović

2011).

Tijekom života neke šumske sastojine sadržaj organske tvari u tlu može se povećavati, smanjivati

ili zadržavati na istoj razini. Te promjene obično su spore jer su komponente humusa, huminske i

fulvokiseline, vrlo otporne na razgradnju. No važno je napomenuti da C/N odnos u organskoj tvari tla

može znatno utjecati na brzinu njezine razgradnje. Organska tvar u tlu sadrži prosječno 50 – 54 % ugljika

i svega 4 – 6 % dušika pa je C/N omjer približno 10:1. Mikrobiološka aktivnost u tlu dovodi do postupnog

sužavanja C/N odnosa u procesu oksidacije ugljika, a oslobođenu kemijsku energiju mikroorganizmi

koriste za svoje potrebe (kemosintezu). Sve dok C/N omjer ne padne do određene vrijednosti, sav

oslobođeni dušik u toj fazi razgradnje organske tvari koriste mikroorganizmi za svoje potrebe (izgradnju

svoga tijela). Oslobađanje dušika i mogućnost njegova usvajanja od strane viših biljaka započinje tek

kada je C/N omjer 25:1. Ugradnjom dušika u živu tvar mikroorganzama dolazi do njegova privremenog

gubitka u kontekstu ishrane bilja, a takav oblik imobilizacije naziva se biološka fiksacija dušika koja traje

sve do ugibanja mikroorganizama te njihove ponovne mineralizacije (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Na primjeru nekih istraživanja provedenih u bukovim sastojinama dokazano je da omjer ugljika i

dušika ovisi o fizikalno-kemijskim svojstvima tla pa je tako u kiselim tlima C/N odnos širi nego u

neutralnim i lužnatim tlima. Osim toga C/N odnos se mijenja s povećanjem dubine. U dubljim slojevima

tla C/N odnos obično je uži nego u plićim slojevima (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Na posljetku valja dodatno istaknuti da je veliki broj kemijskih svojstava tla važnih za ishranu bilja

vezan uz prisutnost humusa. Izrazita moć sorpcije (vezanje) iona i reakcija humusa sa mineralnom

Page 12: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

9

komponentom tla izdvaja organsku tvar kao najvažniji čimbenik poboljšanja kemijskih značajki tla.

Humus kao produkt razgradnje organske tvari tla znatno povećava kapacitet tla za sorpciju iona i na taj

način poboljšava pufernu sposobnost tla regulirajući ravnotežu između iona u vodenoj fazi tla i onih koji

su izmjenjivo vezani na koloidnim česticama tla. Osim toga, vrlo važna uloga humusa ogleda se u

stvaranju kompleksnih spojeva (helata). Helate biljke mogu lako usvajati što se prvenstveno odnosi na

ione metala koji u helatnoj formi nisu podložni ispiranju ili različitim mogućnostima imobilizacije, a

izuzetno su lako dostupni biljkama što ih svrstava u prvorazredna biljna hraniva (o navedenoj

problematici bit će više riječi u jednom od sljedećih poglavlja).

3.3. Koloidna svojstva tla

Kao što je već spomenuto na samom početku negativno nabijene čestice tla (koloidi) imaju vrlo

važnu ulogu u ishrani bilja. Aktivnu koloidnu frakciju tla uglavnom predstavljaju sekundarni minerali

gline zajedno s organskom tvari tla. Njihova sposobnost vezivanja iona u tlu ima ogromnu važnost u

mineralnoj ishrani bilja jer na taj način sprečavaju ispiranje hraniva iz zone korjenova sustava u dublje

slojeve gdje ona više nisu dostupna biljci. Uz to, zadržavaju i vodu u zoni korjenova sustava bez koje

biljka ne može usvajati hraniva putem korijena, a s druge strane voda je neophodna za opstanak

mikroorganizama u tlu koji su odgovorni za razgradnju organske tvari tla i „nadoknađivanje” mineralnih

hraniva u tlu koja su usvojena od strane biljke i ugrađena u njezin organizam.

Kada govorimo o koloidima na umu moramo imati činjenicu da raspravljamo o disperznom

sustavu. Prema tome, koloidi su višefazni sustavi u kojima disperzna tvar i disperzne čestice (golim okom

nevidljive nakupine molekula) mogu biti u tri stanja:

sol (disperzije čvrstih čestica u tekućini)

gel (disperzije čvrstih čestica su krute ili elastične)

koagel (disperzije čvrstih čestica su u stanju zgrušavanja)

Koloidi su hidrofilne čestice tla (otapaju se u vodi) manje su od 0,002 mm (2μm) i uglavnom imaju

negativan naboj. Koloidi u tlu mogu biti mineralnoga ili organskoga porijekla. Od mineralnih koloida

najznačajniji su minerali gline (kaoliniti, montmoriloniti, iliti), osim njih tu su još i hidratizirani oksidi

aluminija, željeza i silicija. Od organskih koloida najznačajnije su humusne kiseline, a manji značaj imaju i

proteini. Uslijed međusobnog spajanja mineralnih i organskih koloida u otopini tla što nije rijedak slučaj

dolazi do stvaranja organomineralnih koloida.

Vrlo je važno napomenuti kako sekundarni minerali gline po svojoj prirodi nisu prave koloidne

čestice, ali odlikuju se svim svojstvima pravih koloida koje predstavljaju amorfni mineralni koloidi i

organski koloidi. Zahvaljujući negativnom naboju sekundarni minerali gline imaju sposobnost vezati

(sorbirati) katione iz tekuće i/ili plinovite faze tla. Sorpcijska sposobnost koloida obično se označava kao

KIK (kapacitet izmjene kationa) a izražava se u cmol(+) kg-1 tla. Sekundarni minerali obično se dijele u tri

skupine (kaoliniti, montmoriloniti, iliti) koje se međusobno razlikuju s obzirom na strukturnu građu, a

samim time i na kationski izmjenjivački kapacitet koji je proporcionalan sa specifičnom površinom

sekundarnog minerala (Tablica 2). Upravo zbog toga što se odlikuju velikom aktivnom površinom

(površina na koju se mogu vezati kationi) koja je znatno veća u odnosu na druge koloidne čestice

(prvenstveno zbog dodatne mogućnosti interlamelarne adsorpcije) minerali gline uz amorfne mineralne

koloide i organske koloide predstavljaju glavne nosioce aktivne površine u tlu.

Page 13: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

10

Negativno nabijeni ioni (anioni) vežu se za pozitivno nabijene koloide, a to su uglavnom Al i Fe

hidroksidi (u kiselim tlima). Negativno nabijeni anioni (npr. NO3- i Cl-) adsorbiraju se na površinu

pozitivno nabijenih koloida istim mehanizmom kao i kationi (takav oblik adsorpcije naziva se

nespecifična adsorpcija). Specifična adsorpcija aniona ne odnosi se na površinsko vezanje suprotno

nabijenih iona (kationa) već dolazi do prodiranja aniona u unutrašnji sloj adsorpcijskog kompleksa, gdje

oni zamjenjuju OH- ione koji su povezani sa centralnim kationima (Al3+ i Fe3+) Al i Fe hidroksida. Na ovaj

način najčešće se vežu PO43- te SO4

2- anioni. Od svih aniona najmanju sposobnost adsorpcije na koloidni

kompleks imaju NO3- i Cl- koji se inače vežu za površinski sloj koloidnog kompleksa (Al i Fe hidroksida). Iz

tog razloga često puta dolazi do njihova ispiranja u dublje slojeve tla gdje postaju nedostupni biljkama.

Zahvaljujući postojanju elektrostatičkog naboja i slobodnoj energiji molekula od kojih su građeni

koloidi (posebno molekula smještenih na površini koloida) na njihovu površinu mogu se vezati molekule

i/ili ioni iz tekuće i plinovite faze tla. Iz tog razloga površinu koloidnih čestica tla nazivamo još i „aktivna

površina”, a proces vezanja molekula i iona na aktivnu površinu nazivamo adsorpcija.

Tablica 2. Osnovna svojstva sekundarnih minerala tla (Vukadinović i Vukadinović 2011)

Sekundarni

mineral

(koloid)

Promjer (mm) Aktivna površina m

2 g

-1 Među-razmak

slojeva (mm)

Kapacitet

izmjene kationa

cmol(+)

kg-1

Vanjska Unutarnja

Kaolinit 0,1 – 0,5 5 – 20 - 0,7 3 – 15

Ilit 0,1 – 0,2 50 – 100 5 – 100 1,0 20 – 50

Vermikulit 0,1 – 0,5 50 – 100 450 – 600 1,0 – 1,4 120 – 150

Montmorilonit < 0,1 70 – 150 500 – 700 1,0 – 2,0 80 – 120

Humus 100 – 300

Adsorpcija je reverzibilan (povratan) i dinamičan proces u kojemu se cijelo vrijeme jedan dio

sorbiranih (vezanih) iona i dipolnih molekula odvaja od koloidne čestice te se uspostavlja određena

ravnoteža između sorpcije (vezanja) i desorpcije (otpuštanja). Do pojave supstitucije (zamjene) iona na

koloidnoj čestici dolazi vrlo lako kada su sva mjesta za polarno vezivanje zauzeta. Tada je sorpcija novoga

iona moguća samo zamjenom i to u elektro-ekvivalentnim omjerima, npr. Ca2+ zamjenjuje 2K+, a 2Na+

zamjenjuju Mg2+ itd. Intenzitet adsorpcije iona i molekula u tlu raste s padom temperature i snižavanjem

njihove koncentracije u tlu.

Na slici 1 shematski je prikazan način vezivanja iona iz tekuće i plinovite faze na koloidnu česticu

tla. Na spomenutom prikazu vidi se da na vanjskoj površini koloidne čestice imamo čvrsto (kompaktno)

vezani sloj iona (tzv. prvi sloj). Taj sloj iona na sebe privlači još nekoliko slojeva iona (obično dva do tri)

između kojih se nalazi vodeni omotač koloidnoga sustava. Ioni u vanjskim slojevima slabije su polarizirani

(prostorno orijentirani) te su raspoređeni potpuno difuzno izvan električnog polja koloidne čestice

(difuzni nabijeni sloj). Prema tome, ioni u tim slojevima lako su pokretljivi i zamjenjivi drugim ionima.

Čvrsto vezani sloj iona na vanjskoj površini koloidne čestice naziva se još i adsorpcijski sloj, a sloj iona

udaljeniji od koloidne čestice naziva se difuzni sloj.

Page 14: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

11

Slika 1. Slabljenje električnog polja proporcionalno je sa udaljenosti od nabijene čestice što rezultira s različitom raspodjelom iona na različitim udaljenostima od koloidne čestice (Gouy-Chapman-Stern-

Grahamov model, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011).

3.4. pH reakcija tla

S obzirom na pH reakciju, tla mogu biti kisela (pH < 7) ili bazična (pH > 7). Kisela tla obično sadrže

manje karbonata i više silikata, a bogata su teškim metalima (bakar, bor, aluminij, cink, kobalt). Bazična

tla bogata su karbonatima, a siromašna teškim metalima i fosfatima.

Na dostupnost mineralnih tvari, kao i na mikroorganizme u tlu, te rast korijena snažno utječe pH

vrijednost tla koja može jako varirati (Slika 2).

Potencijalnom kiselošću tla nazivamo sposobnost tla da se pri reagiranju s otopinama ponaša kao

kiselina. Značajnu ulogu u nastajanju kiselih tala imaju klimatski uvjeti, vegetacija te čovjekova djelatnost

(proizvodno-poljoprivredna kao i šumsko-uzgojna). Većina biljaka za svoj dobar rast i razvoj traži plodna

tla, povoljne strukture i teksture te odgovarajuće pH reakcije (pH tla, neutralne do slabo kisele pH 5,5 do

7,5). Sve vrijednosti iznad i ispod navedenog pH negativno utječu ne samo na razvoj biljaka, već i na

plodnost tla i slabije djelovanje primljenih gnojiva uslijed gnojidbe. Ispiranjem lužina (uglavnom kalcija)

iz tla dolazi do promjene njegovih kemijskih i fizičkih značajki tako što se na adsorpcijskom kompleksu tla

povećava količina vodikovih iona, na taj se način povećava i kiselost. Kisela tla karakterizira nakupljanje

gline na određenoj dubini gdje se stvara nepropusni sloj. Tada se uslijed viška vodikovih iona aktiviraju

ioni aluminija i željeza koji u većim količinama djeluju negativno na biljke, najčešće blokadom fosfora i

kalija koji su biljkama neophodni za normalan rast i razvoj.

Lužnatost tla. Tla s visokim vrijednostima pH nazivamo lužnatim (alkalnim) tlima. To su tla s

adsorbiranim natrijem, odnosno tla u kojima se nalaze Na2CO3 i NaHCO3 i pH im je iznad 8. Prisutnost

Na2CO3 u otopini tla objašnjava se reakcijom između izmjenjivog natrija i karbonantne kiseline u otopini.

Nastanak Na2CO3 u prirodi uglavnom je biološkog porijekla. Tla koja sadrže izmjenjivi natrij u većim

Page 15: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

12

količinama imaju negativna fizička svojstva koja im smanjuju proizvodnost i otežavaju obradu. Za

popravak svojstava takvim se tlima dodaje CaSO4. Zamjena natrija s kalcijem na koloidnom kompleksu

tla sprječava nastajanje natrijeva karbonata što rezultira smanjenjem pH vrijednosti.

Slika 2. Na dostupnost mineralnih tvari snažno utječe pH vrijednost tla (širina sivoga polja odgovara

dostupnosti pojedinih mineralnih elemenata biljci),(Minshev 1999, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

3.5. Puferna sposobnost tla

Puferna sposobnost tla ogleda se u inaktivaciji svih tvari koje se oslobađaju mineralizacijom

organske tvari ili iz nekog razloga naglo ulaze u njegovu masu (npr. gnojidba tla). Na taj način sprječavaju

se stresne i nagle promjene u tlu što bi moglo imati negativan utjecaj na sposobnost usvajanja hraniva

od strane biljaka.

Zahvaljujući adsorpciji i supstituciji vodikovih (H+) iona adsorpcijski kompleks djeluje kao pufer na

otopinu tla, tj. omogućuje otopini tla da se odupire nagloj promjeni pH reakcije. Mehanizam pufernoga

djelovanja adsorpcijskoga kompleksa prilično je jednostavan. Kationi u otopini tla nalaze se u dinamičkoj

ravnoteži s kationima vezanim na adsorpcijskom kopleksu tla. Prema tome, ako se koncentracija H+ iona

u otopini tla poveća, dinamička ravnoteža se narušava. To znači da se dio H+ iona veže na adsorpcijski

kompleks tla, a iz kompleksa se potiskuje ekvivalentna količina drugih kationa (npr. K+, Ca2+, Al3+). Zbog

Page 16: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

13

toga se pH reakcija tla vrlo malo mijenja, ali samo dok na adsorpcijskom kopleksu ima dovoljno baza za

izmjenu. S druge strane, ako u otopinu tla unesemo neku bazu, ona se neutralizira sa H+ ionima iz

otopine tla. Na taj se način količina H+ iona u otopini tla smanjuje, a to izaziva desorpciju (otpuštanje)

određene količine H+ iona s adsorpcijskog kompleksa radi ponovnog uspostavljanja dinamičke ravnoteže.

Zahvaljujući tome, pH reakcija tla gotovo da se i ne mijenja.

U mehanizmu sprečavanja zakiseljavanja tla značajnu ulogu imaju aluminijevi (Al3+) ioni koji se

nakon prelaska (otpuštanja s adsorpcijskog kompleksa) u otopinu tla povezuju s OH- skupinama i na taj

način efikasno sprječavaju povećanje bazičnosti nekog tla.

Prema tome, ako je adsorpcijski kompleks tla zasićen s H+ ionima i bazičnim kationima (što je čest

slučaj), onda adsorpcijski kompleks može jako dobro ispoljiti svoju pufernu sposobnost i prema bazama i

prema kiselinama.

4. OBLICI HRANIVIH TVARI U TLU

Hranive tvari u tlu se nalaze u različitim i promjenjivim oblicima što određuje mogučnost njihova

usvajanja od strane biljke. Usvajanje hraniva korijenskim sustavom ovisi o cijelom nizu njihovih fizičko-

kemijskih značajki. Pristupačnost hraniva prostorno je i vremenski promjenjiva što ovisi o cijelom nizu

svojstava tla, genetskih značajki vrste, starosti biljaka, vodo-zračnog režima u tlu, mikrobiološkoj

aktivnosti i dr.

Podjela hranivih tvari prema pristupačnosti u tlu vezana je uz njihovu topivosti u vodi. Prema

tome, imamo pokretne (mobilne) i rezervne elemente ishrane bilja. U grupu pokretnih hraniva, koja se

lako usvajaju od strane korijenova sustava ubrajamo vodotopiva i izmjenjivo vezana hraniva na

koloidnom kompleksu tla. Na žalost ta hraniva čine manje od 2 % ukupnih hraniva nekog tla, dok su

ostalih 98 % (često i više) rezerve. Rezervni elementi biljne ishrane u tlu su vezani organskim ili

anorganskim vezama. U tom obliku hraniva ne mogu biti usvojena od strane korijenova sustava. Prema

tome, njihova raspoloživost je potencijalonog karaktera što znaći da ona moraju biti prethodno

transformirana (mobilizirana) u pristupačne oblike. Izmjenjivo vezana hraniva, unatoč njihovu polarnom

vezanju za površinu adsorpcijskog kompleksa smatramo pokretnima jer postoji stalno prisutna ravnoteža

između vezanja i otpuštanja, odnosno njihove zamjene s adsorpcijskog kompleksa.

4.1. Pokretljive hranive tvari

Pokretna hraniva u tlu obično se nalaze u ionskom obliku, u vodenoj fazi tla i nisu čvrsto vezana za

adsorpcijski kompleks što znači da se lako zamjenjuju i da su dobro pokretna u tlu. Vodotopivi dio

hraniva premješta se u tlu masovnim strujanjem vode (mass-flow) ili difuzijom.

Koncentracija vodotopivih hraniva u vodenoj fazi tla vrlo je niska, obično se kreće u granicama od

0,001 – 0,10 %, što je samo 1 – 10 % od izmjenjivo vezanih hraniva u vodenoj fazi nekog tla. Važno je

istaknuti da vodotopiva hraniva nisu najpovoljniji oblik biljnih hraniva unatoč tome što su zbog svoje

velike pokretljivosti i promjenjive koncentracije najpristupačnija biljkama. Veliki problem predstavlja

mogučnost njihova lakog premještanja masovnim strujanjem vode (ispiranje) iz zone korijenova sustava

sve do razine podzemnih voda uz konačni gubitak za ishranu bilja.

Izmjenjivo vezana hraniva u tlu također su u ionskom obliku, ali su električnim silama zadržana uz

koloidne čestice tla. Takva hraniva lako se usvajaju korijenom, a istovremeno je onemogučeno njihovo

Page 17: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

14

premještanje iz zone korijena u dublje slojeve tla. U tu skupinu hraniva spadaju uglavnom kationi, a

njihov sadržaj u tlu ovisi o veličini KIK-a (kapacitet izmjene kationa).

Adsorpcijski izmjenjivački kompleks neutralnog tla obično je popunjen ionima Ca2+ (oko 80 %),

Mg2+ (10 – 15 %), a manji dio zauzimaju K+, Na+ i drugi ioni. U kiselim tlima veći dio tijela sorpcije

koloidnog kompleksa tla mogu zauzimati H+ i Al3+ ioni te nešto rjeđe Fe3+, Mn2+ i dr.

Vezanje aniona uvjetovana je prisutnošću pozitivnih naboja različitih oksida u tlu (Al i Fe

hidroksidi), humusnih tvari te minerala gline (samo kod tala s niskom pH vrijednošću). Sposobnost

vezanja aniona se razlikuje. Na adsorpcijski kompleks najlakše (najčvršće) se vežu PO43- nešto teže SO4

2-,

a najteže (najslabije) NO3- i Cl- ioni.

Rezervna hraniva predstavljaju raznolike grupe spojeva čija je topivost u vodi slaba, ograničena ili

izuzetno spore. To su čvrsto vezana hraniva ugrađena u kristalnu rešetku primarnih i sekundarnih

minerala, teško topive soli i drugi kemijski spojevi, humusne tvari, fiksirani kalijevi i amonijevi ioni, živa

tvar tla i dr. s obzirom da je najveći dio hraniva tla upravo u obliku rezervnih hraniva (95 – 99 %), ukupan

sadržaj hraniva bilo kojega tla približno odgovara toj veličini. Podjela na organske i neorganske rezerve

može biti samo uvjetna zbog mogućnosti transformacije jednih u druge oblike. Na primjer, dušik i

sumpor u tlu su najčešće organski vezani, a biljke ih usvajaju gotovo isključivo u mineralnoj formi.

Rezerve fosfora u tlu su približno 50 % organske, dok su kalcij, magnezij, kalij i mikroelementi pretežno

anorganski vezani (Vukadinović i Vukadinović 2011).

S obzirom na sve navedeno, hraniva u tlu s obzirom na pokretljivost možemo podijeliti u tri

skupine:

Vrlo pokretna: NO3-, SO4

2-, H3BO3

Umjereno pokretna: NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, MnO4

2-

Nepokretna: N (organski), H2PO4-, Cu+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+

Na posljetku još je jednom važno spomenuti i helatne komplekse kao posebno povoljan oblik

biljnih hraniva. Helati su dakle, reverzibilni kompleksi organskih molekula koje se vežu sa dvo- ili

viševalentnim kationima i na taj način se prenose u biljku. Prirodni helatori su aminokiseline, proteini,

enzimi, vitamini, organske kiseline te neke humusne tvari. Od makroelemenata posebnu sklonost tvorbi

helata imaju ioni kalcija (Ca2+), magnezija (Mg2+), željeza (Fe3+) i aluminija (Al3+). Prednost helata nad

ostalim biljnim hranivima je u tome što su topivi pri vrlo širokom rasponu pH vrijednosti, ne ispiru se iz

tla, a hraniva u obliku helata su uvijek dostupna biljci. Uz to, nisu podložni niti pretvorbi u teže dostupne

spojeve (umjereno pokretna ili nepokretna hraniva).

4.2. Dinamika hraniva u tlu

Hraniva u tlu izuzetno su podložna raznim transformacijama. To znači da vrlo pokretna hraniva

(lako dostupna biljkama) mogu prijeći u skupinu umjereno pokretnih ili nepokretnih (teško dostupna

biljkama) hraniva. To se može dogoditi iz različitih razloga: npr. priomjena koncentracije hraniva u

otopini tla, promjene pH vrijednosti i dr. Prema tome na umu uvijek treba imati da podjela hraniva s

obzirom na njihovu pristupačnost biljci nije čvrsta. Iz tog razloga, promjena oblika hraniva u tlu što

ujedno uvjetuje i pristupačnost hraniva (mogučnost njegova usvajanja korijenom) naziva se dinamika

hraniva u tlu ili dinamička ravnoteža hraniva. U tablici 3 shematski je prikazana pristupačnost i

pokretljivost hraniva s obzirom na čvrstoču vezanja za adsorpcijski kompleks.

Page 18: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

15

Tablica 3. Shematski prikaz oblika i pokretljivosti hraniva (Vukadinović i Vukadinović 2011)

Svi procesi koji uzrokuju prijelaz nepristupačnih u pristupačne (raspoložive i/ili pokretljive) oblike

hraniva se nazivaju mobilizacija hraniva, dok je imobilizacija suprotan proces. Fiksacija podrazumjeva

prijelaz pokretljivih hraniva u teško pokretne oblike, dok je defiksacija obrnut proces (Vukadinović i

Vukadinović 2011).

Na posljetku valja istaknuti da su procesi imobilizacije i fiksacije uvjek brži od procesa mobilizacije i

defiksacije. Iz tog razloga mobilizacija hraniva iz rezervi tla, koliko god one bile bogate, nema potreban

intenzitet da osigura optimalnu ishranu bilja čija je vegatacija relativno kratka te se gnojidba s pravom

smatra najvažnijom agrotehničkom mjerom za osiguravanje visokih i stabilnih uroda (u agrikulturi) ili

proizvodnju kvalitetnog sadnog materijala uzgojenog u šumskim rasadnicima (u silvikulturi).

5. POTENCIJAL HRANIVA

Tlo i biljke, odnosno njihov korijenov sustav, čine jedinstveno i nedjeljivu cjelinu koju nazivamo

rizosfera. Prema tome korijen biljaka i tlo, kao supstrat biljne ishrane predstavljaju sustav u kojem dolazi

do vrlo kompleksnih međusobnih interakcija uvjetovanih nizom vanjskih čimbenika. Iz tog razloga

utvrđivanje biorasploživosti nekog hraniva unutar jedinstvenog sustava tlo-biljka predstavlja složen

problem. Ako hraniva u tlu prelaze iz oblika koji nije biljkama raspoloživ u oblike koje biljke mogu

usvajati radi se o kemijski biorasploživim hranivima, osim toga ta hraniva moraju biti u zoni korijenovog

sustava pa bioraspoloživost hraniva uključuje i komponentu fizičke raspoloživosti. Zbog toga se razlikuje

fizička i kemijska pristupačnost hraniva.

Prema tome, Kemijsko-fizičku pristupačnost nekog elementa ishrane možemo definirati s tri

osnovna parametra:

Intenzitet (I) predstavlja neposredno raspoloživu količinu elementa, odnosno njegove

slobodne ione u vodenoj fazi tla (aktivitet),

Kvantitet (Q) je potencijalno pristupačan ili izmjenjivo vezani oblik hraniva,

Mobilnost (M) je brzina premještanja hraniva u zonu korijena.

Intenzitet je veličina koja ukazuje na dio hraniva u tlu s potencijalom koji omogućuje usvajanje, a

kvantitet je predstavljen onim dijelom hraniva koje za određeno vrijeme može postati raspoloživo.

Navedene veličine znatno se razlikuju u pojedinim tlima, ovisno o njihovim fizičko-kemijskim

svojstvima uz međusobno različite omjere Q/I koji određuje pufernu sposobnost tla za hranive elemete.

Prema tome, potencijal hraniva može se iskoristiti za određivanje pufernih sposobnosti tla, a moguće je

utvrditi i količinu izmjenjivo i čvrsto vezanog kalija upravo zbog toga što potencijal hraniva ima dvije

veličine, intenzitet i kvantitet (Slika 4).

Page 19: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

16

Slika 4. Odnos kvantiteta (Q) i intenziteta (I) kalijevih iona (K+) u dva tla s različitim kapacitetom za sorpciju. (Tlo A: visok kapacitet sorpcije, Tlo B: nizak kapacitet sorpcije), (Mengel i Kirkby1978, preuzeto

iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Fizička pristupačnost hraniva također je vrlo važna jer kemijski pristupačni oblici moraju biti u

onom sloju tla u kojem se trenutno nalazi ili će se razviti korijenov sustav. Korijen zbog svoje „otvorene

organizacije” neprestano raste u potrazi za vodom i hranivima. To je vrlo važno imati na umu prilikom

gnojidbe, posebice u slučaju primjene slabo pokretnih oblika hraniva, kao što su fosforna i kalijska

gnojiva (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Zbog niske koncentracije hraniva u vodenoj fazi tla (oko 0,2 %), vrlo značajan parametar je

mobilnost ili nadoknađivanje usvojenih hraniva u zoni korijena. Veza između pokretljivosti i usvajanja

hraniva različita je za hranive elemente i ovisi o načinu usvajanja (aktivno, pasivno, prenositelji, ionska

crpka i dr.) o čemu će biti više govora u sljedećim poglavljima.

6. USVAJANJE HRANIVA PUTEM KORIJENA

Kod viših biljaka korijen može osim plinovitih (CO2, O2, N2) primati samo otopljene mineralne

hranive tvari u obliku iona. U prirodi biljke primaju mineralne hranive tvari u oblicima prikazanim u

tablici 4.

Usvajanje hraniva korijenom (primanje iona) je višefazni mehanizam koji se jednim dijelom odvija

pasivno (bez utroška energije), a drugim dijelom uglavnom aktivno (uz utrošak energije) i moguće ga je

podijeliti u tri etape:

prijenos hraniva iz tla na površinu korijena i/ili u njegovu neposrednu blizinu,

ulazak hraniva u slobodni prostor korijena (apoplast),

prijenos hraniva kroz plazmalemu u unutrašnjost stanice (simplast)

Page 20: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

17

Tablica 4. Oblici hraniva u tlu koji su pristupačni biljkama (Pevalek-Kozlina 2004)

6.1. Prijenos hraniva u tlu do korijena

Na samom početku ovoga poglavlja važno je naglasiti da je voda važno transportno sredstvo za

prijenos hranivih tvari, kako u tlu tako i u biljci. Strujanje vode s otopljenim hranivima kroz pore tla

naziva se transport hraniva konveksijom ili mass flow. Masovnim strujanjem vode do korijena u

zadovoljavajućim količinama pritjeću samo ona hraniva (ioni) koja se u otopini tla nalaze u visokim

koncentracijama uz uvjet da je vrlo vlažno i da je intenzitet transpiracije vrlo visok. Biljke obično usvajaju

i troše veliku količinu vode od koje samo manji dio zadržavaju za svoje potrebe, dok se veći dio

transpiracijom oslobodi u atmosferu. Primjerice, usvajanje nekih hraniva, npr. kalcija (Ca2+) pozitivno

korelira s intenzitetom transpiracije, što je obično slučaj samo u plodnim tlima. U tlima koja su

siromašna s lako pristupačnim hranivima između intenziteta transpiracije i usvajanja hraniva nema

značajnije korelacije što upučuje na činjenicu da biljke i na neke druge načine svojim korijenom dolaze u

neposredan kontak s hranivima, a ne samo masovnim strujanjem vode u tlu.

Page 21: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

18

S obzirom da hraniva u neposrednoj blizini korijena nakon nekog vremena bivaju usvojena od

strane biljke dolazi do opadanja koncentracije hraniva u blizini korijena. U tom je slučaju nužno da iz

udaljenijih dijelova tla pritjeće nova količina hraniva. Pritjecanje nove količine hraniva u blizinu korijena

rezultat je difuzije iona u tlu. Difuzija iona u tlu je čisti fizikalni proces koji podrazumjeva sposobnost

mješanja molekula plinova ili tekućina do izjednačenja njihovih koncentracija pri čemu one ne stupaju u

kemijsku reakciju. U tekućoj fazi tla, prilikom odvijanja procesa difuzije, molekule (hraniva) uvijek se

kreću iz područja višeg (područje udaljenije od korijena) u područje nižeg elektrokemijskog potencijala

(područje uz sami korijen). To se događa iz razloga jer je u vodenoj otopini neke tvari (tekućoj fazi tla)

pad kemijskog potencijala vode suprotan padu elektrokemijskog potencijala otopljene tvari (hraniva u

otopini tla).

Razvoj snažnoga korijenja znatno povećava sposobnost biljaka da usvajaju vodu i hranive tvari iz

tla jer na taj način zahvaćaju sve veći volumen tla. U uvjetima kada korijen bujno raste dolazi do naglog

povećanja njegove površine koju znatno povećavaju korijenove dlačice, a koje lako mogu doći u

neposredan dodir s koloidnim česticama tla. Prema tome, aktivnu površinu korijena (površina kroz koju

korijen luči ione neophodne za kontaktno usvajanje hraniva) čini zona korijenovih dlačica. Aktiva

površina korijena kod pojedinih biljnih vrsta može se razlikovati, npr. leguminoze na površini tla od 100

m2 imaju aktivnu površinu od 5 000 m2, a pšenica 10 000 m2.

Hraniva (ioni) vezani na adsorpcijskom kompleksu tla, kao i neka kemijski nepristupačna hraniva

(fosfati i karbonati) i teški metali najprije moraju biti oslobođeni u otopinu tla kako bi mogli biti usvojeni

od strane korijena. Oslobađanje takvih hraniva u otopinu tla povezano je s disanjem korijena i

oslobađanjem CO2 u otopinu tla. Prema tome u neposrednoj blizini korijena, CO2 reagira s vodom (H2O)

prema sljedećoj jednađbi: CO2 + H2O → H2CO3. Tako nastala ugljikovodična kiselina (H2CO3) u tlu obično

disocira na H+ i HCO3- ione. Ugljikovodična kiselina i još neke organske kiseline koje korijen otpušta u tlo

povećavaju topivost i mogućnost usvajanja čvrsto vezanih fosfata i karbonata u tlu. Uz to, pomoću H+

iona porijeklom od H2CO3 dolazi do kontaktne zamjene iona (hraniva) vezanih na adsorpcijski kompleks

tla. Do zamjene iona između korijena (npr. H+) i koloidnih čestica tla (npr. K+, Ca2+ i dr.) dolazi uvijek u

ekvivalentnom omjeru. Uz to važno je napomenuti kako intenzitet kontaktne zamjnene iona

prvenstveno ovisi o veličini aktivne površine korijena, tj. zoni korijenovih dlačica koje dolaze u izravan

kontakt s koloidnim kompleksom tla pa se ovaj način usvajanja hraniva naziva kontaktna zamjena ili

kontaktno usvajanje hraniva.

Kada je riječ o kontaktnom usvajanju hraniva kojega biljka potiče svojim izlučevimama nužno je

spomenuti tvorbu helata. Naime, niskomolekularne izlučevine korijena koje imaju sposobnost tvorbe

helata su šećeri, organske kiseline, aminokiseline, fenoli i fitosiderofori (phyto=biljka, sider=željezo,

phore=nosač). Zapaženo je da uslijed nedostatka pojedinih biogenih elemenata (P, K, Zn, Fe) dolazi do

pojačanog izlučivanja fitosiderofora korijenom što utjeće na pojačan rad mikroflore i brže prevođenje

nepristupačnih oblika hraniva u pristupačne oblike. Osim toga, usljed zakiseljavanja rizosfere dolazi do

intenzivnijeg helatiziranja Fe3+ iona s organskim kiselinama, zatim se novonastali kompleks helat-Fe3

+ na

površini korijena pod utjecajem enzima Fe(III) reduktaze oslobađa, a tako reducirano željezo biljka bez

problema može usvojiti.

S obzirom na sve navedeno jasno je da se prijenos hraniva iz tla na površinu korijena i/ili u njegovu

neposrednu blizinu uglavnom odvija na tri načina, a to su: masovnim strujanjem vode, difuzijom i

Page 22: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

19

kontaktnom zamjenom, što se zajednički naziva pasivan transport hraniva u tlu. U tablici 5 prikazan je

relativni omjer pasivnog prijenosa hraniva u neposrednu blizinu korijena.

Tablica 5. Relativan omjer (%) različitih načina pasivnoga transporta hraniva u neposrednu blizinu korijena (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Element

ishrane

Kontaktnom

zamjenom

Masovnim

strujanjem vode Difuzijom

N 2 98 -

P 3 6 91

K 2 20 78

Ca 28 72 -

Mg 13 87 -

S 5 95 -

B 3 65 32

Cu 70 20 10

Fe 50 10 40

Mn 15 5 80

Mo 5 95 -

Zn 30 30 40

6.2. Ulazak hraniva u slobodni prostor korijena

Kako bi se što bolje shvatio proces ulaženja hraniva u slobodni prostor korijena važno je znati da

se u korijenu razlikuju dva područja važna za usvajanje hraniva, a to su: kora, koja se sastoji od nekoliko

vanjskih slojeva stanica i provodni (središnju) cilindar koji čine provodni elementi ksilema i floema.

Ksilemom se provode voda i otopljene tvari do izbojaka (krošnje), a floema se uglavnom provode

metaboliti (produkti asimilacije) iz krošnje (izbojaka) u korijen. Između kore korijena i provodnog cilindra

nalazi se jednoslojna endoderma čije stanice u radijalnim stjenkama imaju Casparyjevu prugu koja

spriječava prolaz vode i hranivih tvari kroz intercelularne prostore stanične stijenke (apoplasta) u

središnji cilindar. Prema tome u endodermi voda i u njoj otopljena hraniva moraju prijeći iz apoplasta u

unutrašnjost stanice (simplast). Da bi iz apoplasta hraniva mogla stići u simplast (unutrašnjost stanice) te

biti distribuirana u sve biljne organe moraju proći kroz plazmalemu.

U slobodni prostor korijena tj. intercelularne prostore unutar stanične stijenke stanica korijena

(apoplast) voda i u njoj otopljena hraniva ulaze pasivno, tj. bez utroška energije, difuzijom. Prilikom

pasivnog ulaska vode i otopljenih tvari u apoplast korijena otopina tla struji i slijedi gradijent vodnoga

potencijala, a difuzija iona elektrokemijski potencijal.

Ulazak hraniva u slobodni prostor korijena započinje ulaskom iona u slobodno pristupačan

apoplast korijena, tj. u stanične stijenke korijenovih dlačica i primarne kore korijena. To područje u

korijenu naziva se još i prividno slobodnim prostorom (Apparent Free Space - AFS) u kome se voda s

hranivima kreće difuzijom bez utroška energija. Na taj prostor otpada svega 4 – 6 % od ukupne

zapremnine korijena. Takav način primanja vode i hraniva nije selektivan ali je reverzibilan. To znači da

Page 23: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

20

se voda i hraniva iz korijena mogu ponovo isprati. Drugim riječima, biljka nema nikakvu kontrolu nad

kretanjem hraniva u slobodnom prostoru korijena.

Prividno slobodni prostor je za nabijene čestice (ione) podjeljen u dva dijela. U prostor slobodan

za vodu (Water Free Space - WFS) gdje se ioni slobodno kreću (difundiraju) sve do izjednačenja

koncentracije s ionima u otopini tla i Donnanov prostor (Donnan Free Space – DFS) koji se nalazi

neposredno uz plazmalemu gdje su ioni fizički vezani za naboje staničnih stjenki, te se odatle aktivno

ubacuju u citoplazmu stanice (Vukadinović i Vukadinović 2011).

S obzirom na sve do sada navedeno dio cjelokupnog procesa nazvanog usvajanje hraniva

korijenom, a koji se odvija pasivno (bez utroška energije) ograničen je na slobodni prostor korijena. To je

prostor u korijenu u koji otopina tla slobodno ulazi sve do izjadnačenja s koncentracijom vanjske otopine

zahvaljujući fizikalnim zakonima difuzije. U slobodnom prostoru korijena postoji nepokretan elektrolit, tj.

negativno nabijene karboksilne skupine staničnih stjenki (-COO-) na koje se vežu kationi što znači da dio

slobodnog prostora korijena otpada na tzv. Donnanov prostor u kojemu je koncentracija iona viša nego

u ostalom dijelu slobodnog prostora. Prema tome jasno je da plazmalema koja prilježe neposredno uz

stanične stjenke (Donnanov prostor) predstavlja barijeru za daljni pasivan put iona u unutrašnjost

stanice. To znači, da se usvajanje hraniva korijenom nastavlja odvijati uz utrošak energije koja je

neophodna za daljnji prijenos većine hraniva kroz plazmalemu u unutrašnjost stanica (simplast).

6.3. Prijenos hraniva kroz plazmalemu u unutrašnjost stanice

Kretanje iona i molekula između dvaju reakcijskih prostora (npr. između apoplasta i simplasta) u

biološkim sustavima (biljnim stanicama) naziva se prijenosom ili transportom. To je visoko selektivan

proces koji omogućava nakupljanje nekih tvari do koncentracija koje su više nego u prirodnom okolišu, ili

njihovo isključivanje. Prijenos tvari između okoliša i biljne stanice kontrolira plazmalema, koja određuje

smjer i stopu prijenosa, te vrstu iona i molekula koji u stanicu ulaze ili iz nje izlaze.

Za uspješno razumijevanje procesa uključenih u prijenos hraniva kroz plazmelemu u samu

unutrašnjost stanice važno je poznavati anatomsku građu biljnih stanica, a posebno građu plazmatskih

membrana koje predstavljaju vezu stanica s okolišem i susjednim stanicama.

Stanična građa svih živih organizama pa tako i biljaka, sastoji se od složenoga membranskog

sustava počevši s plazmalemom koja odvaja unutrašnjost stanice od vanjske sredine i preko

endoplazmatskog retikuluma plazmalemu povezuje s jezgrinom membranom i tonoplastom, odnosno

vakuolom. Svi stanični organeli (kloroplasti, mitohondriji, peroksisomi, ribosomi i dr.) također su

odvojeni membranama od ostalih dijelova protoplazme.

Sve membrane u živom svijetu univerzalno su građene od dva sloja lipida u koji su integrirani

proteini (Slika 5). Membrane nisu jednostavne pregrade već je njihova uloga vrlo aktivna zbog čega

dolazi do specifične i različite propustljivosti za pojedine tvari otopljene u vodi. Zahvaljujući selektivnoj

propustljivosti stanične membrane kontroliraju promet tvari i energije u stanici (biljci). Selektivna

propusnost staničnih membrana podrazumijeva relativno lagano propuštanje vode, malih nenabijenih

molekula, npr. molekula CO2 i O2, ali uvelike ograničavaju kretanje većih molekula otopljenih tvari, a

posebno onih s nabojem (iona). Za prijenos takvih tvari potrebni su specifični transportni proteini koji

zauzimaju prostor od vanjske do unutrašnje strane membrane te predstavljaju svojevrsne kanale za

prolaz tvari (hraniva). U plazmatskim membranama postoje tri osnovna tipa transportnih proteina:

kanali, nosači i crpke (Slika 5).

Page 24: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

21

Slika 5. Tri vrste membranskih prijenosnih proteina: kanalski, nosači i crpke. Kanali i proteinski nosači posreduju u pasivnom prijenosu tvari kroz membranu (difuzijom ili olakšanom difuzijom) niz gradijent elektrokemijskog potencijala. Kanalski proteini djeluju kao pore u membrani, a njihova je specifičnost prvenstveno određena biofizičkim svojstvima. Nosači vežu ion ili molekulu koja se prenosi na jednoj strani membrane, a otpušta na drugoj strani. Aktivan prijenos se provodi pomoću crpki i obično koristi energiju hidrolize ATPa za istiskivanje otopljenih tvari nasuprot gradijentu njihova elektrokemijskog potencijala (Pevalek-Kozlina 2004).

Prijenos hranivih tvari kroz kanalske proteine i proteinske nosače odvija se u smjeru

elektrokemisjkog gradijenta pa za takav oblik prijenosa hranivih tvari nije potrebno dodatno ulaganje

energije. Međutim, neka hraniva nužna za neometano funkcioniranje biljnoga metabolizma moraju u

stanice biti transportirana u suprotnom smjeru elektrokemijskog gradijenta tj. uz utrošak energije što se

odvija pomoću proteinskih crpki.

Kanali su transmembranski proteini koji djeluju kao selektivne pore u membrani. Veličina pore i

gustoća površinskih naboja u njegovoj unutrašnjosti određuju specifičnost prijenosa. Dio kanala koji

određuje specifičnost naziva se selektivnim filtrom. Molekule koje mogu proći kroz kanale, prolaze kroz

pore bez vezanja na protein tako dugo dok su pore otvorene. No, kanali obično ne ostaju otvoreni dulje

razdoblje, nego se, kao odgovor na vanjske signale, zatvaraju pomoću „vrata” (Slika 6). Prijenos tvari kroz

kanale je vrlo brz. Kroz svaki kanalski protein u sekundi može proći oko 108 iona. Taj je prijenos uvijek

pasivan, a uglavnom je ograničen na ione i vodu. Specifičnost prijenosa ovisi o veličini pore i električnom

naboju.

Page 25: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

22

Slika 6. Model kanala za ione kalija: kanal se sastoji od tetramera glavne podjedinice (a) koji sadrži selektivni filtar i „vrata pod naponom” sastavljena od nakupine bazičnih aminokiselina koje osiguravaju pozitivne naboje. Kao odgovor na membranski potencijal, „vrata” otvaraju ili zatvaraju kanal. Ponekad mogu biti prisutne i regulatorne (P) podjedinice (Pevalek-Kozlina 2004).

Pri prijenosu posredovanom proteinskim nosačima tvar se veže na specifično mjesto proteina

slično vezanju supstrata na enzim. Ovo vezanje dovodi do konformacijskih promjena proteina, uslijed

kojih se tvar prenosi na drugu stranu membrane. Prijenos je završen kada se tvar s druge strane

membrane otpusti s nosača. Brzina prijenosa posredovanog nosačem sporija je od one kroz kanale.

Tipični nosači mogu prenositi 100 do 1000 iona ili molekula u sekundi. Taj tip transporta može biti

pasivan (olakšana difuzija) ili aktivan. Membranski proteini koji sudjeluju u aktivnom prijenosu nazivaju

se crpkama („pumpama” ). Primarni aktivni prijenos povezan je s metaboličkim izvorom energije, npr.

hidrolizom ATPa, te brojnim redoks reakcijama.

Većina crpki prenosi ione kao što su H+ ili Ca2+. Ionske crpke mogu biti elektrogene ili

elektroneutralne. Elektrogeni prijenos uključuje neto gibanje naboja poprijeko membrane (npr. enzim

Na+-K+-ATP-aza iz stanice izbacuje tri iona natrija za svaka dva iona kalija što ulaze u stanicu), dok

elektroneutralni prijenos ne uključuje neto gibanje naboja (npr. enzim Na+-K+-ATP-aza iz stanice izbacuje

jedan ion vodika za jedan iona kalija što ulazi u stanicu). U biljnim stanicama glavni ion koji se

elektrogeno izbacuje kroz membrane je vodikov ion (H+). Djelovanjem H+-ATPaze stvara se gradijent

elektrokemijskog potencijala iona vodika poprijeko plazmatske membrane, koji pokreće prijenos mnogih

drugih tvari. Hipotetski model prijenosa kationa posredovanog elektrogenom crpkom prikazan je na slici

7. U početnom stanju protein čini zatvorenu poru u membrani s mjestima za vezanje iona i ATPa

okrenutim citoplazmi. Kada se ion i ATP vežu na protein, fosfatna skupina ATPa se prenosi na ostatak

aspartinske kiseline u proteinu i fosforilira ga. To dovodi do konformacijskih promjena koje omogućavaju

prijenos na vanjsku stranu stanice, uz istovremeno zatvaranje na strani okrenutoj citoplazmi. Ion se

otpušta, a protein poprima početnu konformaciju. Konačno se otpušta fosfatna skupina i proces može

krenuti iz početka. Fosforilacija transportnog proteina povezana s hidrolizom ATPa tipična je za ATPaze

plazmatskih membrana, uključujući i protonsku crpku (H+-ATPazu) u plazmatskoj membrani biljnih

stanica. Aktivnost protonske crpke (H+-ATPaze) kontrolirana je koncentracijom supstrata (ATP), pH

vrijednošću i temperaturom. H+-ATPaza potiskuje protone iz citosola u izvan stanični medij,

uspostavljajući gradijent pH vrijednosti i negativan membranski potencijal unutar stanice. Sinteza ATPa u

mitohondrijima i kloroplastima je ovisna o H+-ATPazi.

Page 26: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

23

↑Slika 7. Model prijenosa kationa (M+) nasuprot gradijentu elektrokemijskog potencijala posredovan elektrogenom crpkom. Protein uronjen u plazmatsku membranu, veže kation u unutrašnjosti stanice (A) i fosforilira se pomoću ATPa (B). Fosforilacija uzrokuje konformacijske promjene, uslijed kojih se kation izlaže i otpušta na drugoj strani membrane (C). Otpuštanjem fosfatnog iona iz proteina u citosol uspostavlja se početna konformacija proteina (D) i može započeti novi ciklusistiskivanja (Pevalek-Kozlina 2004).

U plazmatskim membranama biljnih stanica izgleda da se samo ioni vodika (H+) i kalcija (Ca2+)

prenose crpkama (H+-ATPaza i Ca2+-ATPaza) i to uvijek iz citoplazme u izvan stanične prostore. Prostori

stanične stjenke i apoplasta bogati su kalcijem, ali je njegova koncentracija u citosolu, usprkos snažnom

gradijentu elektrokemijskog potencijala, vrlo niska. Male promjene koncentracije kalcija u citosolu

↑Slika 8. Hipotetski model sekundarnog aktivnog prijenosa. Energija koja pokreće proces i omogućava primanje supstrata (S) nasuprot njegovom koncen-tracijskom gradijentu pohranjena je u protonskom gradijentu. (A) U početnom konformacijskom stanju proteina, mjesta za vezanje protona izložena su izvanstaničnom mediju i mogu vezati protone. (B) Vezanje protona dovodi do konformacijskih promjena koje omogućavaju vezanje tvari S. (C) Vezanje tvari S uzrokuje nove konformacijske promjene koje omogućavaju izlaganje mjesta vezanja i njihovih supstrata u unutrašnjost stanice. (D) Otpuštanjem protona i tvari S u stanicu uspostavlja se početna konformacija nosača, čime je omogućen novi ciklus pumpanja (Pevalek-Kozlina 2004).

Page 27: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

24

drastično mijenjaju aktivnost mnogih enzima. Neke važne metaboličke reakcije regulirane su upravo

promjenom razine kalcija u citosolu. Jedna od mogućnosti da stanica ostvari takvu regulaciju je

modulacija aktivnosti Ca2+-ATPaze, koja potiskuje ione kalcija iz citoplazme u izvanstanične prostore.

Biljne stanice reguliraju koncentraciju iona kalcija kontrolom otvaranja kanala za Ca2+ što omogućava

ulaženje kalcija, te podešavanjem aktivnosti crpki koje izbacuju kalcij iz citoplazme u izvanstanični

prostor. Većina kalcija pohranjena je u središnjoj vakuoli, u koju se iz citosola prima putem Ca2+-H+

antiportera koji koristi gradijent protona.

Za aktivno primanje većine mineralnih hranivih tvari nužan je drugačiji mehanizam. One se

uglavnom prenose zahvaljujući povezivanju prijenosa dviju tvari. Takav zajednički prijenos (kotransport)

naziva se sekundarnim aktivnim prijenosom, a indirektno ga pokreću crpke.

Kada se protoni na račun hidrolize ATPa istiskuju iz citosola djelovanjem elektrogene H+- ATPaze,

poprijeko plazmatskih membrana (plazmaleme i tonoplasta) razvija se membranski potencijal i gradijent

pH vrijednosti. U tom je gradijentu pohranjena slobodna energija koja omogućava prijenos brojnih

drugih tvari nasuprot gradijentu njihova elektrokemijskog potencijala u procesu sekundarnog aktivnog

prijenosa (Slika 8). Nosač je transmembranski protein, na čijoj je strani okrenutoj izvan stanice mjesto za

vezanje protona. Vezanjem protona nastaju konformacijske promjene koje omogućavaju vezanje iona ili

molekule koji se prenose, što izaziva daljnje konformacijske promjene nosača uslijed čega se mjesta za

vezanje izlažu na suprotnoj strani membrane. Protoni i ioni ili molekule koje se prenose, otpuštaju se u

stanicu nakon čega se uspostavlja prvobitna konformacija nosača. Kada se protoni i neka tvar kroz

membranu prenose u istom smjeru, prijenos se naziva simportom, a proteinski nosač simporterom. Ako

gibanje protona u jednom smjeru pokreće prijenos neke tvari u suprotnom smjeru, prijenos se naziva

antiportom, a proteinski nosač antiporterom (Slika 9). U oba ova tipa sekundarnog prijenosa, ioni ili

molekule se prenose nasuprot gradijentu njihova elektrokemijskog potencijala istovremeno s

Slika 9. Dva primjera sekundarnog aktivnog prijenosa povezana s primarnim protonskim gradijentom. (A) U simportu, protoni i ion ili molekula koji se prenose putuju u istom smjeru; energija oslobođena povratkom protona u stanicu koristi se za primanje molekule, npr. šećera, u stanicu. (B) U antiportu, protoni i ion ili molekula koji se prenose putuju u suprotnim smjerovima; energija oslobođena povratkom protona u stanicu koristi se za aktivan prijenos neke tvari, npr. Na+, iz stanice. Tvari koje se prenose mogu biti neutralne ili nabijene, a uvijek se gibaju u smjeru suprotnom gradijentu njihova elektrokemijskog potencijala (Pevalek-Kozlina 2004).

Page 28: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

25

protonima. Energija koja pokreće ovaj prijenos češće potječe od protonskog gradijenta nego od hidrolize

ATPa.

U biljkama se anioni (Cl-, NO3-, H2PO4

-), šećeri, aminokiseline i neke druge tvari primaju preko

specifičnih antiportera, a Na+ se prenosi iz stanice pomoću Na+-H+-antiportera. Pri niskim

koncentracijama K+ u izvanstaničnom mediju, kalij se prima simportom, ali pri višim koncentracijama

može u stanicu ući difuzijom kroz specifične kanale. Vodikovi ioni neprekidno cirkuliraju kroz membranu.

Iz stanice izlaze kroz primarne transportne proteine, a u stanicu se vraćaju kroz sekundarne transportne

proteine (Pevalek-Kozlina 2004).

7. USVAJANJE HRANIVA LISTOM

Usvajanje vode i hranjivih tvari primarna je funkcija korijena dok lišće također ima važnu ulogu u

ishrani bilja zbog procesa fotosinteze (produkcije ugljikohidrata) i transpiracije. Međutim, preko lista se

također može uspješno usvajati voda te mineralne tvari. Istraživanja pokazuju da nema veće razlike

između načina usvajanja mineralnih elemenata listom i korijenom, a male razlike se pojavljuju zbog

drugačije anatomske građe tih dvaju organa. Pući koje zauzimaju oko 2 % ukupne površine lista nemaju

značajniju ulogu u primanju hraniva, prvenstveno zbog površinskog napona kada tekućina teško ulazi

kroz otvor pući koji je malih dimenzija (oko 30 x 7 μm), a uz to i vlaženje stanica zapornica smanjuje

ulazni otvor samih pući.

Stanična stjenka ne predstavlja veću prepreku prolaženju vode i u njoj otopljenih tvari jer sadrži

velik broj hidrofilnih grupa (celuloze i hemiceluloze) te veliki broj mikropora (interfibrilarni prostori

celuloznih lanaca) pa predstavlja prividno slobodan prostor analogno korijenu. Pri tome, ektodezme

smještene na vanjskim stjenkama epidermalnih stanica potpomažu usvajanje hraniva. One nisu

plazmatične građe kao plazmodezme, već je to sustav pora u celuloznoj građi stanične stjenke. Hranive

tvari su usvojene listom tek kad prođu kroz plazmalemu, što je fiziološki analogno korijenskim

mehanizmima usvajanja hraniva.

Translokacija elemenata usvojenih preko lista bitno se razlikuje od onih usvojenih korijenom, a

sposobnost translokacije iz lista u ostale organe ovisi o njihovoj pokretljivosti u floemu (pretežito

descedentni smjer kretanja, prema dolje). Poznavanje pokretljivosti elemenata usvojenih listom ima

praktičan značaj zbog primjene folijarne ishrane. Smatra se da su elementi usvojeni listom s obzirom na

mogućnost premještanja:

pokretljivi: N, K, Na, Mg, P, S i Cl,

osrednje pokretljivi: Fe, Mn, Zn, Cu i Mo i

teško pokretljivi: Ca i B.

Poznavanje problematike usvajanja hraniva listom kao i pokretljivost mikro i/ili makro elemenata

floemom važno je prilikom planiranja i provođenja folijarne prihrane bilja koja se provodi tijekom

vegetacijskoga razdoblja (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 29: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

26

8. PRIJENOS HRANIVA IZMEĐU STANICA

Plazmatska membrana nije jedina prepreka koju ioni i molekule moraju proći na putu iz jedne u

drugu stanicu, jer su biljne stanice obavijene staničnom stjenkom. No, stanična stjenka zapravo ne

predstavlja prepreku kretanju većine tvari. Stanična stjenka je otvorena rešetka polisaharida kroz koju

male molekule mogu vrlo dobro prolaziti. Ioni mogu kroz tkivo difundirati ili biti nošeni strujom vode

isključivo kroz prostor staničnih stjenki, a da pritom uopće ne uđu u stanicu.

Kao i stanične stjenke (apoplast), i citoplazme susjednih stanica povezane su u kontinuiranu fazu,

simplast. Citoplazme biljnih stanica su međusobno povezane citoplazmatskim mostovima,

plazmodezmijama (Slika 10) koje prolaze kroz cilindrične pore, jažice, promjera 20 do 60 nm. Svaka

plazmodezmija je ograničena plazmatskom membranom i sadrži spljoštenu cjevčicu - dezmotubul, koja je

nastavak endoplazmatskog retikuluma. U tkivima koja imaju snažan prijenos tvari između stanica,

susjedne stanice su povezane velikim brojem plazmodezmija. Takve su npr. specijalizirane sekretorne

stanice cvjetnih nektarija i solnih žlijezda, te stanice u blizini vrška korijena gdje se zbiva većina

apsorpcije mineralnih tvari.

U prijenosu različitih tvari mogu se, s obzirom na udaljenosti na koju se one prenose, razlikovati tri

vrste prijenosa:

Prijenos na male udaljenosti obuhvaća prijenos tvari unutar stanice i kroz plazmatsku membranu.

Pri prijenosu na male udaljenosti glavni je pogonski mehanizam pad kemijskog, odnosno

elektrokemijskog potencijala (transportni oblik je difuzija) i mehanizmi nosača.

Prijenos na srednje udaljenosti obuhvaća prijenos u području tkiva u kojem se ne koriste putovi

prijenosa na velike udaljenosti. Prijenos na srednje udaljenosti može biti simplastni i apoplastni, te

mješoviti, simplastno-apoplastni. U simplastnom prijenosu tvari se prenose kroz citoplazme međusobno

povezane plazmodezmijama. Vakuole nisu uključene u taj prijenos jer tonoplast predstavlja prepreku

koja se može savladati samo specijaliziranim mehanizmima. Plazmalema, granični sloj simplasta prema

apoplastu, za organske je tvari također teško propusna. Brzina prijenosa u simplastu iznosi oko 1 do 6

cm/h. U stanicama se značenje prvenstveno pripisuje strujanju citoplazme i eventualno mehanizmima

nosača, a u plazmodezmijama difuziji. Apoplastni prijenos je značajan samo u posebnim slučajevima,

npr. za žlijezde. Mješoviti simplastno-apoplastni prijenos značajan je prigodom prijenosa mineralnih tvari

u korijen. Prijenos na velike udaljenosti je prijenos specijaliziranim transportnim putovima, kao što su ksilem

i floem u kormofita. Njime se premošćuju velike udaljenosti u relativno kratkom vremenu. To je

omogućeno razvitkom posebnih provodnih elemenata, traheja i traheida u ksilemu te sitastih cijevi u

floemu. Ksilemom se prenose voda i mineralne tvari iz korijena u druge dijelove biljke, dok se floemom

prenose šećeri, ali i druge tvari koje se ne mogu sintetizirati u neautotrofnim stanicama. Osim šećera, u

soku sitastih cijevi nalaze se i aminokiseline, razni dušikovi spojevi, nukleinske kiseline i njihove građevne

jedinice, ATP, vitamini, organske kiseline, enzimi, regulatori rasta te anorganski spojevi (Pevalek-Kozlina

2004).

Page 30: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

27

Slika 10. Citoplazme susjednih stanica međusobno su povezane plazmodezmijama. Promjer plazmodezmija je oko 40 nm, što dopušta difuziju vode i malih molekula iz jedne u drugu stanicu. Veličina promjera može se

regulirati preraspodjelom unutrašnjih proteina, čime se omogućava prolazak većih molekula (Pevalek-Kozlina 2004)

9. ČIMBENICI KOJI UTJEĆU NA USVAJANJE HRANIVA

Količina i vrsta biljnih hraniva (najčešće iona) usvojenih od strane biljke mogu biti utjecani

prisutnošću/odsutnošću mikorize, mogu se razlikovati s obzirom na biljnu vrstu i/ili s obzirom na genotip

unutar iste vrste. Osim toga, tu su još i okolišne prilike, kao što su: plodnost tla, vlaga u tlu, te

metabolizam korijena.

9.1. Razlike unutar i između vrsta

Sposobnost usvajanja i korištenja hraniva između pojedinih vrsta i genotipova unutar iste vrste

može biti jako različita. Primjerice, listačama je potreban mnogo širi spektar hranivih elemenata nego

četinjačama. Stoga, listače usvajaju mnogo veće količine hranivih elemenata u odnosu na četinjače, a

shodno s time pridolaze na kvalitetnijim i hranivima bogatijim tlima. Zahvaljujući užem spektru

potrebnih hraniva četinjače u prirodi obično zauzimaju lošija i hranivima siromašnija tla na kojima listače

uglavnom ne mogu uspijevati. Stablo topole koje je staro 16 godina sadrži više nego dvostruko veću

količinu N, P, K, Ca i Mg u donosu na stablo bora iste starosti. Sadržaj pepela u suhoj tvari kod nekih

sjevernoameričkih hrastova i javora (7.0 do 7.2 %) dva puta je veći nego kod borova (3.0 do 3.5 %) koji su

rasli na istom području (istom tlu).

Ukupni sadržaj hraniva u stablima promatrano na razini šumskoga ekosustava najveći je u

tropskim šumama, zatim u listopadnim šumama umjerenog područja, pa u vazdazelenim šumama

umjerenoga područja, dok je najmanji u vazdazelenim šumama borealnoga područja.

Page 31: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

28

Primijećene su i razlike u koncentraciji mineralnih hraniva između pojedinih provenijencija

(skupine genotipova iste vrste porijeklom iz različitih geografskih područja) šumskoga drveća koje

koreliraju s njihovim vegetativnim rastom. Između 45 provenijencija običnoga bora utvrđene su značajne

razlike u koncentraciji N, P, Na, Mg i B.

Prema nekim istraživanjima sposobnost usvajanja iona iz tla u većoj mjeri ovisi o kretanju iona

kroz tlo i mogućnosti njihova pritjecanja do korijena nego o sposobnosti korijena da ione usvoji. Prema

tome, selekcija onih genotipova neke vrste koji mogu brže i efikasnije primati ione iz tla ne mora biti

garancija da će oni ostvariti bolji rast i razvoj ako se kasnije uzgajaju na siromašnijim tlima. Međutim,

selekcijom genotipova koji brže primaju ione iz tla može se uvelike poboljšati efikasnost gnojidbe. Takvi

će genotipovi uslijed dodavanja mineralnih gnojiva u tlo (u neposrednu blizinu korijena) daleko efikasnije

iskoristiti hraniva dodana u tlo nego genotipovi koji sporije usvajaju hraniva (Kozlowski i dr. 2001).

9.2. Mikoriza

Na primanje mineralnih hraniva značajno može utjecati i mikoriza. Mikoriza je simbioza između

gljive i korijena više biljke (stablašice). Mikoriza se javlja kod 82 % dosad istraženih vrsta kritosjemenjača,

te kod svih golosjemenjača. Vrste kod kojih se nikada ili vrlo rijetko javlja mikoriza su ili neke ruderalne

vrste koje rastu na vrlo fertilnim tlima (npr. kopriva) ili koje rastu na vrlo siromašnim tlima (npr. biljke

mesožderke). Isto tako vrste kod kojih se uobičajeno javlja mikoriza ako rastu na vrlo bogatim ili vrlo

siromašnim ili vrlo suhim, slanim i sl. tlima kod njih se ne javlja mikoriza. Općenito se kod mladih biljaka

na vrlo bogatim tlima vrlo rijetko javlja mikoriza.

Razlikuju se dvije osnovne vrste mikorize iako ima i drugih prijelaznih oblika. Ako se gljiva razvija

unutar korijena više biljke, govorimo o endotrofnoj mikorizi, a ako gljiva opkoljuje korijen izvana,

govorimo o ektotrofnoj mikorizi.

Za ektotrofnu mikorizu je značajno da gusti splet hifa gljive obavija mladi korijen, s time da neke

hife gljive ulaze između stanica primarne kore korijena. Hife gljiva ne prodiru u stanice korijena biljke ali

ih okružuju čineći tzv. Hartigovu mrežu. Ektotrofna mikoriza se uglavnom javlja kod drveća, međutim

ustanovljena je i kod nekih jednosupnica, te kod papratnjača. Npr. ustanovljena je kod 95 % vrsta iz

porodica Pinaceae, 94 % vrsta iz porodice Fagaceae, 83 % vrsta iz porodice Salicaceae, te 70 % vrsta iz

porodice Betulaceae. S druge strane utvrđeno je preko 5000 vrsta gljiva koje čine ektotrofnu mikorizu.

Kod endotrofne mikorize nema gustog spleta hifa na površini korijena nego su one rjeđe

raspoređene unutar i oko korijena. Nakon što uđu u korijen kroz epiblem ili korijenovu dlačicu ulaze u

pojedine stanice primarne kore korijena gdje tvore različite mjehuraste i razgranjene strukture.

Endotrofna mikoriza je puno raširenija od ektotrofne, te je zabilježena kod oko 80 % dosad istraženih

biljnih vrsta. Prisutna je i kod velikog broja vrsta koje inače imaju ektotrofnu mikorizu (npr. kod rodova

Alnus, Cupressus, Eucalyptus, Fraxinus, Populus i Salix). S druge strane utvrđeno je nešto manje od 200

vrsta gljiva koje tvore endotrofnu mikorizu.

Općenito mikoriza pospješuje rast biljaka, osobito na tlima siromašnim fosforom. Mikoriza

poboljšava apsorpciju vode i mineralnih tvari povećavajući površinu na kojoj se odvija apsorpcija tih

tvari.

Hife gljive prorašćuju dio tla do kojih nije došao korijen, a često prorašćuje i prostore između

čestica tla koji su premali za korijen.

Page 32: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

29

Izmjereno je da je dužina hifa gljive koja je u mikorizi s biljkom i preko 100 puta veća od ukupne

dužine korijena.

Mikoriza ima najznačajniju ulogu u boljoj apsorpciji fosfata. Utjecaj mikorize na rast biljaka

najuočljiviji je na tlima siromašnim fosfatima, dok na tlima bogatim fosforom biljke pokazuju sposobnost

suzbijanja infekcija mikoriznih gljiva. U takvim slučajevima odnos između biljke i gljive može postati čak i

parazitski gdje gljiva i dalje uzima ugljikohidrate od biljke, a biljka nema koristi od bolje opskrbljenosti

hranivima pa nastoji suzbiti infekciju. Utvrđeno je da karakter odnosa između biljke i gljive prvenstveno

ovisi o tome kakav je hranidbeni status biljke.

Utvrđeno je da ektotrofna mikoriza može poboljšati apsorpciju dušika dok je endotrofna

mikoriza značajna i za bolju apsorpciju metala u tragovima kao što su cink i bakar. Osim toga, gljive u tlo

izlučuju kiseline koje povećavaju topivost nekih mineralnih tvari.

Značaj simbioze ogleda se i u činjenici da jedna biljka može biti istovremeno u mikoriznom odnosu

s više vrsta gljiva, te da ista gljiva može istovremeno inficirati više jedinki iste ali i različitih vrsta.

Na taj način u šumskoj se sastojini stvara mreža putem koje se ugljikohidrati i mineralna hraniva

mogu izmjenjivati između različitih jedinki. Taj mehanizam utječe na mnoge procese u ekosustavima,

npr. poboljšava konkurentnost nekih invazivnih biljnih vrsta, poboljšava opskrbljenost biljaka s dušikom

koje rastu zajedno s biljkama fiksatorima dušika, pomaže opstanak pomlatka ispod krošanja starih

stabala i dr.

U tom simbiontskom odnosu gljiva od biljke dobiva ugljikohidrate, pa se procjenjuje da trošak

endomikorize može iznositi između 4 i 20 % ukupnoga ugljika fiksiranoga tijekom fotosinteze. Od toga 83

% troši sama gljiva dok se ostatak potroši na pojačani transport tvari i druge promjene u metabolizmu

korijena. Za ektomikorizu nema takvih podataka ali taj trošak je zasigurno i veći.

9.3. Plodnost tla

Pokretljivost hraniva u tlu, što značajno utječe na usvajanje hraniva, ovisi o koncentraciji

mineralnih hraniva u otopini tla (plodnosti tla). Prema tome biljke usvajaju mnogo više hraniva iz plodnih

nego iz neplodnih tala. Stopa difuzije iona prema korijenu obično je brža kada je u otopini tla prisutna

veća koncentracija hraniva. Pozitivan korelacijski odnos između akumulacije hraniva u listovima biljaka i

plodnosti tla čini osnovu folijarne analize na temelju koje se procjenjuje potreba za mineralnom

gnojidbom tla.

Povećanjem koncentracije hraniva u tlu (gnojidba) ne utječe samo na ukupni porast suhe tvari već

utječe i na raspodjelu suhe tvari između nadzemnoga i podzemnoga dijela. Veća koncentracija hraniva u

tlu utjecat će na povećanje suhe tvari nadzemnoga dijela u odnosu na podzemni dio biljke. Primjerice,

kod zelene duglazije stare 40 godina na produkciju korijena otpada 23 % godišnje količine suhe tvari ako

su stabla rasla na plodnom tlu, dok je na produkciju korijena u neplodnom tlu otpalo čak 53 % suhe tvari

producirane u jednoj godini (Kozlowski i dr. 2001).

9.4. Vlaga u tlu

Vrlo visok ili vrlo nizak sadržaj vlage u tlu negativno utječu na rast korijena, stvarajući pri tome

poteškoće u razlučivanju izravnog utjecaja previsoke ili preniske vlage u tlu na usvajanje iona od

neizravnog utjecaja na stopu rasta i diferencijacije korijena o čemu također ovisi usvajanje hraniva.

Page 33: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

30

Gubitak vlage u tlu snažno umanjuje pokretljivost iona u tlu i biljci. Mnogi ioni do korijena ne

mogu pritjecati masovnim strujanjem vode već je za to potrebna difuzija iona u otopini tla. Kako se tlo

isušuje, površina korijena koja je u kontaktu s tlom značajno se smanjuje zbog čega dolazi do prekida

kontinuiranoga pritjecanja iona u slobodan prostor korijena. Sadržaj vlage u tlu koji odgovara vrijednosti

poljskoga kapaciteta tla za vodu (u tlima povoljne teksture) predstavlja najbolje uvjete s obzirom na

odnos plinovite i tekuće faze što osigurava neometanu difuziju O2, održavanje većine hraniva u topivoj

formi, održavanje uvjeta koji osiguravaju pritjecanje iona do korijena bilo difuzijom ili masovnim

strujanjem vode i povoljne uvjete za rast i razvoj korijena. Kako se tlo isušuje poljski kapacitet tla za vodu

opada, a uvjeti u tlu postaju sve nepovoljniji i nepovoljniji s obzirom na dostupnost i usvajanje iona

korijenom, što naposljetku u potpuno suhom tlu rezultira zaustavljanjem usvajanja mineralnih hraniva.

U tlima koja su zasićena vodom do poljskog vodnog kapaciteta kretanje vode prema korijenu

odvija se neometano, a transpiracija je tada kontrolirana uglavnom atmosferskim prilikama. Međutim,

kada se tlo isuši pritjecanje vode do korijena slabi, što postaje glavni čimbenik koji snižava intenzitet

transpiracije. Visoki intenzitet transpiracije ima pozitivan učinak na apsorpciju iona korijenom. Brzo

protjecanje vode kroz elemente ksilema u korijenu pod utjecajem je visoke stope transpiracije, što

povlači ione iz korijena prema krošnji stabla te na taj način potiče aktivno usvajanje novih količina iona iz

tla uslijed smanjenja koncentracije iona u korijenu. U starijem korijenju, zahvaljujući lenticelama i

oštećenjima nastalim odumiranjem bočnoga korijenja dolazi do masovnog ulaska dodatnih količina vode

i iona u uzlazni tok vode koji se kreće od korijena prema krošnji, što je posebno naglašeno pri visokoj

stopi transpiracije.

Nedostatna opskrbljenost tla s vodom izaziva gubitak vode iz listova što utječe na zatvaranje pući i

umanjuje stopu transpiracije. Pući se počinju zatvarati kada turgor u stanicama zapornicama počne

opadati. Kada se pući zatvore apsorpcija vode i mineralnih hraniva se usporava i na posljetku potpuno

zaustavlja zbog neophodne potrebne razlike u koncentraciji iona u korijenu i otopini tla.

Prekomjerna količina vlage u tlu (poplava) također značajno utječe na apsorpciju iona. Utjecaj

poplave na apsorpciju iona ima različit utjecaj s obzirom na pojedine biljne vrste.

Kod vrsta koje ne podnose poplavu usvajanje N, P i K opada s količinom energije oslobođene

prilikom respiracije korijena koja nije dovoljna za kontinuirano usvajanje hraniva potrebnoga za

neometan rast i razvoj biljaka. U anaerobnim uvjetima koji su prisutni u poplavljenom tlu propustljivost

membrana korijenskih stanica se povećava i dolazi do naglog gubitka iona iz stanica ispiranjem. Uz sve

navedeno, u poplavljenim tlima na usvajanje iona negativno utječe i izostanak mikorize, zbog

nepovoljnih uvjeta za rast i razvoj mikoriznih gljiva.

Plavljenje tla utječe jako na smanjenje koncentracije dušika tako i na ukupne količine dušika u

biljnom tkivu. To je djelomično zbog brzog iscrpljivanja nitrata, koji su nestabilni u anaerobnim tlima iz

kojih se gube nakon prevođenja do N2O ili N2 u procesu denitrifikacije. Usvajanje P i K također je otežano

u poplavljenim tlima, dok poplava na usvajanje Ca i Mg ima manji utjecaj nego na prethodno spomenuta

hraniva. Međutim, usvajanje Fe i Mn raste zbog njihova prevođenja u reduciranije topive oblike.

Međutim, usprkos intenzivnijem usvajanju i povećanoj koncentraciji Fe i Mn u suhoj tvari, ukupna

količina usvojenih Fe i Mn hraniva je smanjena s obzirom na smanjeni rast biljaka koje pridolaze na

plavljenim tlima.

Page 34: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

31

Usvajanje hraniva kod vrsta koje podnose poplavu u mnogo manjoj mjeri je utjecano dugotrajnim

plavljenjem u odnosu na vrste koje ne podnose poplavu vjerojatno zbog sposobnosti formiranja

zračnoga korijenja (Kozlowski i dr. 2001).

9.5. Metabolizam korijena

Uspješno usvajanje hraniva iz tla ovisi o utrošku metaboličke energije u obliku ATP-a koji se koristi

za aktivan prijenos iona poprijeko plazmatskih membrana korijena. Prema tome, usvajanje mineralnih

hraniva ovisi o metaboličkoj aktivnosti korijena na koju snažno utječu okolišni čimbenici kao što su

prozračnost i temperatura tla, te razina O2 u otopini tla. Opadanjem koncentracije O2 u otopini tla s 90

do približno 50 % snažno smanjuje mogućnost usvajanja P, K, Ca i Mg kod nekih vrsta borova.

Respiracija korijena i usvajanje mineralnih hraniva često puta ovise o temperaturi tla. Poznato je

da respiracija tla raste po eksponencijalnoj funkciji s obzirom na porast temperature tla. Primjerice, s

porastom temperature tla sa 5 na 25 °C respiracija korijena kod zelene johe poraste oko 5 puta. S

obzirom da ATP koji se koristi za aktivno usvajanje mineralnih hraniva putem korijena u najvećoj mjeri

nastaje prilikom disanja korijena za očekivati je da porast temperature tla doprinosi bržem usvajanju

hraniva putem korijena (Kozlowski i dr. 2001).

10. USVAJANJE HRANIVA U EKSTREMNIM UVJETIMA

Ekstremni uvjeti u tlu koji ograničavaju usvajanje hraniva od strane biljaka najčešće se povezuju s

visokim ili niskim pH vrijednostima tla, prisutnošću teških metala u tlu i visokom zasićenošću tla s

vodom.

Neke biljne vrste preferiraju odnosno podnose različite pH vrijednosti tla. Neke vrste mogu

uspijevati na tlima velikog raspona pH vrijednosti, no neke mogu rasti samo na tlima određene pH

vrijednosti. Na kiselim tlima (pH 4,5 – 5,5) rastu acidofilne vrste, npr. rododendron, pitomi kesten,

brovnica, breza i bujad. Navedene vrste imaju sposobnost neutralizirati ponudu teških metala kojima su

kisela tla bogata na način da stvaraju helate. Na tlima s relativno visokom vrijednosti pH (pH 6,5 – 7,5)

žive bazofilne vrste. Te biljke obično žive na vodonepropusnom, toplom i suhom tlu, gdje su im teško

pristupačni teški metali i fosfati.

10.1. Kisela tla

Za rast korijena općenito je najbolje tlo slabo kisele pH vrijednosti (5,5 – 6,5). Niska pH vrijednost

tla potpomaže raspadanju stijena i oslobađanju kalijevih (K+), magnezijevih (Mg2+), kalcijevih (Ca2+) i

manganovih (Mn2+) iona. Kod niskih pH vrijednosti, soli prisutne u tlu kao što su karbonati, sulfati i

fosfati bolje su topive što olakšava njihovo usvajanje.

Glavni čimbenici koji snižavaju pH tla su količina oborina i razgradnja organskih tvari u tlu. Ugljik

dioksid, koji se stvara kao rezultat razgradnje organskih tvari, reagira s vodom uz stvaranje

hidrokarbonatnog iona: CO2 + H2O H+ + HCO3-

Razgradnjom organskih tvari u tlu što obavljaju mikroorganizmi nastaju amonijak i sumporovodik

koji se u tlu mogu oksidirati do jakih kiselina što utječe na sniženje pH reakcije tla. Uz to, i čovjek svojim

djelovanjem značajno utječe na zakiseljavanje tala (kisele kiše, gnojidba tla i dr.).

Page 35: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

32

Na kiselom tlu bazofilnim biljkama smeta veća koncentracija željeza, mangana i aluminija, što

acidofilne biljke često puta uspješno neutraliziraju stvaranjem helata.

Helati su reverzibilni kompleksi organskih molekula koje se vežu sa dvo- ili viševalentnim

kationima i na taj način se prenose u biljku. Prirodni helatori su aminokiseline, proteini, enzimi, vitamini,

organske kiseline te neke humusne tvari. Od makroelemenata posebnu sklonost tvorbi helata imaju ioni

kalcija (Ca2+), magnezija (Mg2+) i aluminija (Al3+). Prednost helata nad ostalim biljnim hranivima je u tome

što su topivi pri vrlo širokom rasponu pH vrijednosti, ne ispiru se iz tla, a hraniva u obliku helata su uvijek

dostupna biljci. Uz to, nisu podložni niti pretvorbi u teže dostupne spojeve.

Acidofilne biljke imaju sposobnost da u tlo luče određene aminokiseline te na taj način otapaju

teže topive spojeve metala s kojima tvore helate koje nakon toga lako usvajaju. Primjerice, bujad

(Pteridium aqilinum) u tlo luči velike količine organskih kiselina i aminokiselina te na taj način iz tla otapa

željezne fosfate i koristi ih za svoju ishranu što druge vrste ne mogu. Iz tog razloga na vrlo kiselim tlima

čiji pH iznosi do 3,4 dominira bujad dok se ostale vrste na takvom tlu ne mogu razvijati jer nemaju

sposobnost usvajati željezo kao biljnog hraniva neophodnoga za aktivaciju enzima i sintezu klorofila

(Slika 3).

Slika 3. Vrlo kiselo tlo na kojemu dominira bujad dok se ostale vrste ne mogu razvijati, iz razloga što vjerojatno nemaju sposobnost usvajati željezo kao biljno hranivo neophodno za aktivaciju enzima i

sintezu klorofila.

Page 36: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

33

10.2. Vapnenačka tla

S druge strane, razgradnja stijena u sušim područjima može uzrokovati oslobađanje minerala koji

djeluju kao baze što utječe na porast pH reakcije tla. Takva (vapnenačka) tla s visokom pH vrijednošću

zauzimaju bazofilne vrste koje inače nemaju mogućnost opstanka na kiselim tlima, iz razloga što i vrlo

male količine aluminija u području rizosfere bazofilnih vrsta štedno djeluju na njihov razvoj. Za razliku od

acidofilnih vrsta razvoj bazofilnih vrsta može biti dodatno stimuliran većim koncentracijama kalcija u tlu.

Bazofilne vrste imaju mogućnost pretvarati suvišne količine kalcija u kristale koji se skladišti u lisnim

dlačicama.

10.3. Poplavna tla

Visoka zasićenost tla s vodom usporava ili potpuno sprječava difuziju kisika kroz rizosferu. Kada su

temperature niske, a biljke dormantne, potrošnja kisika je vrlo niska, a manjak kisika u tlu tada je

relativno bezopasan. Međutim, u proljeće netom prije početka vegetacijskoga razdoblja kada

temperature porastu iznad 20 °C uslijedi intenzivno disanje korijenja, faune i mikroorganizama i tada sav

kisik vrlo brzo može biti iscrpljen iz tla i vode. Nedostatak kisika u tlu izaziva pad redoks potencijala što u

konačnici utječe na otežano usvajanje velikoga broja iona. To se događa prvenstveno zbog

mikrobiološke aktivnosti u tlu iz razloga što uslijed niskoga redoks potencijala denitrificirajućih bakterije

koriste NO3- kao alternativni akceptor elektrona. U tom slučaju NH4

+ postaje glavni izvor dušika za biljke

koje rastu na poplavnim tlima. Slično se događa i sa Fe te Mn koji na poplavnim tlima također postaju

nedostupni biljkama. Međutim, reducirane forme pojedinih hraniva nagomilavaju se u tlu i lako su

topive te mogu postati toksične za biljke. Primjerice, SO2- također se upotrebljava kao alternativni

akceptor elektrona od strane specijaliziranih bakterija koje žive u poplavnim tlima, što rezultira

stvaranjem S2- iona koji uslijed ulaska u biljku inhibira rad enzima citokrom oksidaze. To izaziva oštećenja

metaboličkih funkcija korijena i dolazi do pomanjkanja adenozin tri fosfata (ATP) koji se stvara disanjem.

Prilikom nedostatka kisika u korijenu Krebsov ciklus ne može se odvijati, a male količine ATP-a kao izvora

energije za odvijanje metaboličkih funkcija korijena primarno se proizvode vrenjem. Rast i preživljavanje

mnogih biljaka u takvim uvjetima drastično su smanjeni. No, biljke koje su prilagođene na rast u takvim

uvjetima zahvaljujući stvaranju zračnog korijenja imaju sposobnost dovesti kisik iz atmosfere u rizosferu

te oksidirati nataložene količine reduciranih oblika pojedinih iona u tlu (rizosferi) te na taj način smanjiti

njihovu toksičnost.

11. OPSKRBLJENOST BILJAKA MINERALNIM TVARIMA

Opskrbljenost biljnih tkiva, posebice fiziološki najaktivnijih, ovisna je o usvojenoj količini hranivih

tvari, ali i njihovoj pokretljivosti, odnosno sposobnosti premještanja unutar biljke. Premještanje hraniva

od korijena prema izbojku uglavnom ne predstavlja poteškoću jer su svi elementi u tom smjeru dobro

pokretljivi, pod uvjetom da je biljka snabdjevena s dovoljno vode. Nasuprot tome, u suprotnom smjeru

od vrha izbojka prema korijenu većina elemenata je dobro do umjereno pokretljiva, ali ima i onih koji se

teško premještaju (Tablica 6). Iz tog je razloga folijarna ishrana biljaka nekim elementima otežana ili

uopće nije moguća.

Pri nedostatku hranivih elemenata tijekom formiranju novih organa, posebno fotosintetskog

aparata i reprodukcijskih organa, biljke su sposobne premještati tvari iz starijih, manje aktivnih tkiva u

Page 37: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

34

mlađe i aktivnije. Budući da je većina elemenata sastavni dio organske tvari, prvo dolazi do hidrolitičkih

procesa i oslobađanja elemenata (remobilizacija), njihove translokacije (floem-ksilem retranslokacija) i

ugradnje u nove spojeve na mjestu potrebe. Takva pojava naziva se jednim imenom reutilizacija

elemenata (Vukadinović i Vukadinović 2011).

S obzirom na sposobnost reutilizacije, mineralni elementi se dijele u dvije grupe:

Pokretljivi elementi: N, P, K, Mg, Cl, Mn

Slabo pokretljivi elementi: Ca, S, Fe, Cu, Zn, B, Mo

Tablica 6. Pokretljivost mineralnih elemenata u floemu(Vukadinović i Vukadinović 2011)

Pokretljivi Srednje pokretljivi Nepokretni

rubidij mangan kalcij

natrij cink stroncij magnezij bakar barij

fosfor molibden bor sumpor željezo

klor

11.1. Gubitak hraniva iz biljnog organizma

U kontekstu razumijevanja hranidbenog statusa biljaka, gubitak hraniva iz biljnoga organizma

jednako je važan proces kao i njihovo usvajanje. Međutim, o procesima koji su uključeni u gubitak

hraniva trenutno se mnogo manje zna nego o procesima usvajanja hraniva. Dva su osnovna načina

gubitka hraniva iz biljnoga organizma. To su ispiranje hraniva iz nadzemnih organa uslijed njihove

izloženosti oborinama, te gubitak hraniva uslijed starenja i odbacivanja pojedinih biljnih organa

(odbacivanje lišća, odumiranje sitnoga korijenja i dr.)

11.1.1. Ispiranje

Ispiranjem se u tlo iz nadzemnih dijelova biljaka vraća oko 15 % N i P te oko 50 % K, a ostatak

hraniva se ponovo u tlo vraća odbacivanjem listova i odumiranjem debala. U eksperimentalnim je

uvjetima dokazano da čak 25 do 55 % hraniva iz lista može biti isprano kišom. Tako velike količine

hraniva iz lista se najčešće mogu isprati kada se u intercelularnim prostorima nalazi velika količina

otopljenih hraniva. To se obično događa prilikom nagle produkcije ili senescencije listova i kada biljke

rastu u uvjetima u kojima je pristupačnost hranivima izuzetno visoka. Stopa ispiranja, najveća je u

trenutku početka kišenja, koja kasnije eksponencijalno opada. Prema tome, učestalost padanja kiše ima

važniji utjecaj na ispiranje hraniva iz listova nego njezin intenzitet (količina). Kod listopadnih vrsta

ispiranje je mnogo intenzivnije nego kod vazdazelenih, vjerojatno zbog veće koncentracije hraniva u

listovima listopadnih vrsta. Međutim, zbog zadržavanja listova (iglica) tijekom cijele godine vazdazelene

su vrste duže vremena izložene ispiranju, što u konačnici dovodi do izjednačenja količine ispranih

hraniva iz nadzemnih dijelova listopadnih i vazdazelenih vrsta (Lambers i dr. 2003).

Ispiranjem se gubi najviše K, nakon toga Ca pa tek onda podjednake količine N i P što je posljedica

veće mobilnosti jednovalentnih kationa u odnosu na dvovalentne i veće osjetljivosti na ispiranje hraniva

koja ne sudjeluju u izgradnji organskih komponenti (K) u odnosu na hraniva koja su sastavni dio

organskih komponenti (N i P).

Page 38: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

35

Kisele kiše u velikoj mjeri utječu na povećanje ispiranja kationa, posebno Ca iz listova. Hidrogeni

ioni kojima kišnica obiluje zamjenjuju se sa kationima iz voštane kutikule uslijed čega dolazi do promjene

kemijske prirode kutikule. Sve skupa na posljetku rezultira difuzijom i masovnim strujanjem hraniva iz

unutrašnjosti lista na površinu odakle se vrlo lako ispiru (Lambers i dr. 2003).

11.1.2. Senescencija

Otprilike polovica N i P koji se nalaze u listovima bivaju resorbirani tijekom starenja (senescencije)

listova i kao takvi se upotrebljavaju za rast i razvoj biljaka u sljedećem vegetacijskom razdoblju. Za razliku

od N i P, Ca koji je nepokretan u floemu ne podliježe procesima resorpcije i ponovne upotrebe.

Mogućnost resorpcije N i P iznosi između 0 i čak 80 % što najčešće ovisi o biljnoj vrsti i okolišnim

uvjetima. Najveću sposobnost resorpcije N i P imaju trave. Sposobnost resorpcije N veća je kod

listopadnog drveća i grmlja nego kod vazdazelenoga, iako te razlike nisu jako izražene. Međutim,

vazdazelene vrste imaju bolju sposobnost resorpcije P (iskazano po suhoj tvar listova) za vrijeme starenja

i odbacivanja listova. Točna fiziološka i ekološka uloga resorbiranih hraniva koja se koriste sljedećega

vegetacijskoga razdoblja nije sasvim poznata. Međutim poznato je da se na siromašnijim tlima

resorbiraju veće količina hraniva tijekom senescencije listova nego na bogatijim tlima. Ali to ne vrijedi za

sva hraniva. Razlike između količine resorbiranoga N i P na bogatijim i siromašnijim tlima nisu utvrđene.

Veća koncentracija hraniva u otpalom listincu (kvalitetnija hrana za mikroorganizme) na bogatijim tlima

ubrzava dekompoziciju otpalog listinca što rezultira stvaranjem veće količine kvalitetnijeg humusa

(Lambers i dr. 2003).

Efikasnost resorpcije hraniva ovisi o nekoliko čimbenika: enzimatskom utjecaju na razgradnju N i P

spojeva u listovima, pritjecanju resorbiranoga hraniva do floema i njegova transporta floemom, te

stvaranju zone dijeljenja na mjestu gdje se peteljka lista spaja sa stabljikom što presijeca transportni put

resorbiranoga hraniva od lista prema floemu izbojaka (Lambers i dr. 2003).

O resorpciji hraniva iz debla i korijenja tijekom njihove senescencije u literaturi je vrlo malo

podataka. U nekoliko provedenih istraživanja nije dokazana resorpcija hraniva iz korijena u fazi

senescencije (Lambers i dr. 2003).

12. SADRŽAJ MINERALNIH TVARI U BILJKAMA

Hraniva (mineralne tvari) usvojene preko korijena (ili drugih organa) biljka transformira u vlastite

građevne tvari (npr. NH4+ transformira u aminokiseline), a samo manji dio, akumulira u usvojenom

obliku (npr. K+).

Količina biogenih elemenata u biljkama obično se iskazuje po suhoj tvari zbog vrlo promjenjivog

sadržaja vode u biljci i/ili njezinim organima. Koncentracija makroelemenata iskazuje se u postotku, a

mikroelemenata u ppm po suhoj tvari (ppm = mg kg-1 = μg g-1), prvenstveno zbog niske koncentracije

mikroelemenata u biljci.

Suha tvar biljaka sadrži najviše organogenih (nemineralnih) elemenata (C, O i H) i to u prosjeku 44

– 49 % ugljika, 42 – 46 % kisika i 5 – 7 % vodika. Dušik i sumpor unatoč tome što su također građevni

elementi organske tvari (a njezinim spaljivanjem, jednako kao C, H i O ne zaostaju u pepelu) zbog

usvajanja korijenom u mineralnom obliku, najčešće se izuzimaju iz ove grupe elemenata. Ostatak su

Page 39: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

36

mineralni elementi ili elementi pepela jer zaostaju u njemu nakon spaljivanja organske tvari (obično na

500 °C) i to najviše u obliku soli (uglavnom karbonata, silikata, fosfata i dr.), ili u obliku oksida.

Koncentracija mineralnih tvari u biljci ili nekom organu može se znatno razlikovati znatno ovisno

o biljnoj vrsti, starosti biljke, opskrbljenosti tla hranivima, vodom i drugim vanjskim i unutarnjim

čimbenicima rasta i razvoja. Također, postoje i značajne razlike unutar biljaka iste vrste što je posljedica

genetske (sortne) specifičnosti mineralne ishrane, a to je bitno imati na umu kod utvrđivanja potrebe

pojedinih genotipova (sorti) s obzirom na određene elemente ishrane.

Zbog fotosinteze i produkcije ugljikohidrata nužnih za izgradnju biljnog tijela koncentracija

mineralnih elemenata u lišću dobar je pokazatelj ishranjenosti biljaka. Pri tome se mora imati na umu

sposobnost premještanja pojedinog elementa iz starijeg u mlađe (fiziološki aktivno) lišće. Iz tog razloga

prilikom uzorkovanja listova za kemijske analize uvijek je bitno sakupiti pravovaljani uzorak. U tu svrhu

obično se preporuča sakupljati listove iz gornjeg dijela izbojaka (4 ili 5 list od vrha izbojka).

Biljke iz porodice trava sadrže relativno manje kalcija, magnezija i bora, a mnogo silicija.

Leguminoze sadrže relativno više kalcija, magnezija i bora, a malo silicija, dok su krstašice bogate

sumporom. Biljke kiselih staništa sadrže više željeza i aluminija, a biljke slanih staništa više natrija,

magnezija, klora i sumpora.

Raspodjela elemenata unutar iste vrste također može biti promjenjiva, što ovisi o dobi

vegetacijskoga razdoblja i organa u kojemu se analizira sadržaj hraniva. Lišće u pravilu sadrži više kalija,

kalcija, magnezija i sumpora, a posebno je visok sadržaj dušika i fosfora. Mlađe lišće ima visok sadržaj

većine elemenata, dok starije sadrži više slabo pokretljivih elemenata kao što su kalcij, bakar i bor.

Sjeme ima visok sadržaj dušika, fosfora i magnezija, dok korijen ima relativno nizak sadržaj svih

elemenata. Primjerice slijed koncentracija mineralnih tvari u žiru hrasta lužnjaka od najveće prema

najmanjoj je sljedeći N, K, Ca, P, Mg, Na, Fe, Zn, Mn, Cu.

12.1. Nakupljanje i premještanje mineralnih tvari u biljci

Mlade biljke (ponik i mlađi pomladak) sva neophodna hraniva za svoj rast i razvoj crpe iz tla.

Nakon stadija ponika i pomlatka raste količina hraniva koja se redistribuira unurat biljke a najčešće

potječe iz listova i sitnog korijenja koje stari i odumire. Količina mineralnih hraniva u biljci često se puta

razlikuje između vrsta i pojedinih genotipova unutar iste vrste što često puta ovisi o starosti biljke,

području na kojem raste, godišnjem dobu i biljnom organu koji se promatra. Općenito gledano najveća

koncentracija mineralnih hraniva nalazi se u listovima, pa tanjim grančicama, onda u debljim granama te

najmanje u deblima. Vrlo sličan trend je utvrđen i kod listača i kod četinjača.

Stabla obično skladište mineralna hraniva u listovima, deblu i korijenu. U deblu su glavna

spremišna mjesta primarne zrake srčike (parenhimsko staničje) i kora. Iz listova koji stare (u jesen) se

pokretljiva mineralna hraniva najčešće premještaju u meristemska staničja (pupove) gdje imaju važnu

ulogu u osmoregulaciji sljedećega proljeća prilikom otvaranja pupova. Nadalje, mineralna hraniva

uskladištena u parenhimskim stanicama tanjih i debljih grana (u krošnji stabla) imaju važnu ulogu u

početnom rastu mladih izbojaka i listova prije nego što dođe do uspostave transpiracijske struje kojom

se voda i u njoj otopljene mineralne tvari kreću od korijena prema krošnji.

Page 40: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

37

12.2. Uloga pojedinih mineralnih tvari u biljci

Ugljik, kisik i vodik su nezamjenjivi sastojci organskih spojeva. Ugljik biljke primaju u obliku ugljik

dioksida, a u biljci čini oko 44% težine suhe tvari. Kisik primaju iz atmosfere i vode, a u biljci čini oko 44%

težine suhe tvari. Vodik se prima iz vode i čini oko 6 % težine suhe tvari biljke.

Dušik je po težini u suhoj tvari biljke (1 do 4 %) na četvrtom mjestu, iza ugljika, kisika i vodika.

Sadrže ga aminokiseline, nukleinske kiseline i brojni drugi spojevi. Biljke dušik najčešće primaju u obliku

nitrata, a rjeđe kao amonijev ion ili molekularni dušik. U organske spojeve ugrađuje se u reduciranom

obliku. Otprilike polovica dušika u biljci, te oko 70 % dušika u listovima nalazi se u kloroplastima. U

normalnim uvjetima samo je 10 do 20 % ili manje dušika prisutno u obliku slobodnih nitratnih ili

amonijevih iona.

Fosfor čini 0,1 do 0,8 % težine suhe tvari biljke. Biljke ga najčešće primaju u obliku H2PO4-. U

stanici se nalazi kao anorganski fosfat, ester ili anhidrid. Integralni je dio brojnih spojeva, kao što su

šećerni fosfati koji se koriste u disanju i fotosintezi, fosfolipidi u membranama, nukleotidi i nukleinske

kiseline. Glavno značenje fosfora jest da je sastojak važnih strukturnih komponenata, te da sudjeluje u

energetskoj ekonomici biljke.

Sumpor čini 0,05 do 1 % težine suhe tvari, a biljke ga primaju u obliku aniona (SO42-). Prije

ugradnje u organske spojeve moraju ga reducirati. Sumpor sadrže aminokiseline cistein, cistin i

metionin, koenzim A, feredoksin i neki drugi spojevi. U proteinima otprilike na svakih 36 atoma dušika

dolazi po jedan atom sumpora.

Kalij je jedini jednovalentni kation koji je nužan za biljke. To je dominantan anorganski kation u

biljnoj stanici, a čini 0,5 do 6 % težine suhe tvari biljaka. Glavno značenje ima kao kofaktor različitih

enzima i kao osmolitik. Zbog visokog udjela u mineralnim komponentama stanice ima ključno značenje

pri osmoregulacijama u svezi s nastijskim gibanjima, kao što su npr. gibanja pući. Ion kalija je dobro

pokretan nosač pozitivnih naboja, a utječe i na koloidno bubrenje citoplazme. Kalij se ne ugrađuje u

organske spojeve u biljci.

Magnezij čini 0,1 do 0,8 % težine suhe tvari biljaka. U tlu se najčešće nalazi u obliku karbonata.

Biljci je potreban kao sastavni dio klorofila i propektina, te kao komponenta stanične stjenke nekih vrsta

alga. Oko 10 % magnezija lista čini magnezij u klorofilu. Magnezij je također kofaktor pri mnogim

enzimskim reakcijama, prvenstveno onima u kojima sudjeluje ATP, kao što je npr. aktivacija enzima

uključenih u stanično disanje, fotosintezu, te sintezu DNA i RNA. U čistim otopinama magnezij djeluje

vrlo otrovno, a u visokoj koncentraciji sprječava primanje kalija iz medija.

Kalcij se u tlu nalazi u obliku karbonata, sulfata ili fosfata, a u biljci čini 0,2 do 3,5 % težine suhe

tvari. U stanici može kao dvovalentni kation tvoriti soli s kiselim sastojcima stanične stjenke, npr.

pektinima. Nužan je za funkcioniranje membrana. Uključen je kao sekundarni glasnik u brojnim

odgovorima na okolišne i hormonske signale, a može biti vezan na kalmodulin - regulatorni protein u

citosolu. Kompleks kalmodulin-Ca uključen je u regulaciju brojnih metaboličkih procesa. Kalcij služi i kao

relativno nespecifičan kofaktor za niz enzima te sudjeluje u balansiranju djelovanja drugih kationa. Višak

kalcija u stanici se fiksira u obliku oksalata i karbonata, a rjeđe u obliku sulfata i fosfata.

Željezo je dio važnih staničnih sastavnica kao što su različiti porfirinski spojevi, npr. citokromi,

prostetičkih skupina enzima, kao što su katalaza i peroksidaza, ali i nehemskih spojeva, npr. feredoksina.

Page 41: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

38

Sastojak je enzima uključenih u prijenos elektrona, npr. citokroma, pri čemu se reverzibilno oksidira iz

fero (Fe2+) u feri (Fe3+) oblik. Iako željezo nije sastavni dio klorofila, potrebno je za njegovu sintezu.

Pomanjkanje željeza dovodi do nedostatka klorofila - kloroze, slično kao i nedostatak magnezija. Veći dio

željeza lista je u kloroplastima. Do pomanjkanja željeza često dolazi u biljaka koje rastu na vapnenačkim

tlima, gdje je željezo fiksirano u obliku karbonata ili bikarbonata (vapnenačka kloroza).

Bor već u malo višim koncentracijama djeluje toksično. Pri pomanjkanju bora osobito je upadljivo

odumiranje meristema. Dolazi do kočenja razvitka cvijeta, nepravilnosti u raspolaganju vodom i

blokiranja floemskog prijenosa šećera iz listova. Točna uloga bora u biljkama nije poznata. Zna se da bor

ima ulogu u sintezi nukleinskih kiselina, odgovorima na regulatore rasta i funkcioniranju membrana.

Cink je sastavni dio nekih enzima, npr. dehidrogenaza, i kofaktor brojnih enzima. Nekim biljnim

vrstama cink je potreban za sintezu klorofila.

Bakar je sastavni dio različitih enzima (npr. oksidaze askorbinske kiseline, citokrom-oksidaze i

fenolaze), i redoks-tvari, npr. plastocijanina. Kao i željezo, bakar je povezan s enzimima uključenim u

redoks-reakcije.

Molibden je sastavni dio enzima koji sudjeluju u procesima fiksiranja dušika i redukcije nitrata.

Klor se u obliku Cl- nalazi u većim količinama u kloroplastima i u staničnom soku. Potreban je za

reakciju cijepanja vode u fotosintezi u kojoj se stvara kisik, a u nekim slučajevima i za diobu stanica u

listovima i korijenju. U nekih biljaka, npr. kukuruza i luka, klor sudjeluje u osmoregulaciji pući. Klor je u

obliku klorida dobro topiv i zato biljke na prirodnim staništima uvijek imaju dovoljno klora. Manjak

klorida na prirodnom staništu ne postoji, ali postoje staništa na kojima je koncentracija klorida viša od

optimalne.

Natrij je potreban samo nekim biljnim vrstama - u većim (npr. vrsta Halogeton glomeratus iz por.

Chenopodiaceae) ili u manjim količinama (npr. vrste roda Atriplex).

Silicij je nužan za dijatomeje, preslice i neke vrste trava.

13. ANTAGONIZAM I SINERGIZAM ELEMENATA BILJNE ISHRANE

Međusobni odnos pristupačnih količina pojedinih elemenata u tlu snažno utječe na njihovu

raspoloživost preko promjene kemijskog potencijala svakog od njih, a zatim različita snabdjevenost

biljaka pojedinim elementima utječe na učinkovitost usvajanja korijenom po principu povratne sprege.

Stoga se međuodnos elemenata ishrane u tlu odražava na mogućnost njihovog usvajanja, sadržaj tih

elemenata u biljkama, a konačno i na prinos. Primjerice, niska koncentracija K+ u tlu utječe na pojačano

usvajanje dušika, dok smanjena raspoloživost dušika stimulira usvajanje fosfora. Zbog toga je omjer

pristupačnih mineralnih elemenata u tlu vrlo značajan za njihovo usvajanje i razumijevanje tvorbe

prinosa te njegove kakvoće. Pojava se naziva antagonizam iona i djelomično se može objasniti

kompeticijom iona pri usvajanju. Naime, pojedini ioni (sličnih kemijskih svojstava, naboja, promjera itd.)

konkuriraju na isti mehanizam usvajanja ili su potrebni kod prijenosa u parovima (simport, antiport ili

counterport).

Sljedeći primjer pojednostavljeno objašnjava pojavu antagonizma iona: biljke uzgajane u otopini

CaCI2 ili NaCI ne razvijaju se uspješno, ali kad se te dvije otopine pomiješaju, rast biljaka se normalizira.

Dakle, u smjesi te dvije soli izgubila se otrovnost jedne od njih ili čak obje, odnosno ioni u tim otopinama

Page 42: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

39

ponašaju se antagonistički. U ishrani bilja postoji niz primjera antagonizma (Tablica 9) pri čemu, ovisno o

vrsti, biljke različitim intenzitetom reagiraju na tu pojavu.

Otrovnost ili toksičnost elemenata i otklanjanje otrovnosti drugim elementom nije jedini kriterij za

utvrđivanje antagonizma iona. Pojava antagonizma očituje se i kada jedan ion onemogućuje ili najčešće

smanjuje usvajanje nekog drugog. U suprotnom slučaju, kada dolazi do boljeg usvajanja nekog elementa

u prisutnosti drugog, govori se o sinergizmu iona. Dobar primjer sinergizma je bolje usvajanje kationa i

aniona kod dobre opskrbljenosti tla kalcijem koji otklanja negativne efekte niskog pH, ali i stabilizira

strukturu biomembrana te povećava transmembranski elektropotencijal. Pojava antagonizma i

sinergizma iona dovodi se, prema tome, u svezu s njihovim utjecajem na promjenu fizičko - kemijskih

svojstava koloida protoplazme. Naime, ioni sorbirani na proteine mijenjaju njihova koloidna i druga

svojstva te utječu na putove metabolizma.

Pored klasičnog antagonizma i sinergizma mineralnih elemenata ishrane, značajni su i složeni

odnosi elemenata. Primjerice, za pojavu „gorkih jamica” kod skladištenja jabuka ili truleži donjeg dijela

ploda rajčice značajan je odnos K + Mg/Ca, a kod salate u stakleničkoj proizvodnji značajan je odnos K x

N/Ca itd.

Tablica 9. Neki antagonistički parovi elemenata ishrane bilja od praktičnog značaja(Bergman 1983 Marschner 1986, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

NH4-K K -B Mn -Mo Zn -Fe

NH4-Ca P -Fe Mn - Zn Ni -Fe NH4-Mg P -Zn Cu - Mn Cr -Fe

K -Mg P -Al Cu -Fe Co -Fe

K -Ca Mn -Mg Cu -Mo SO4- Mo

K -Na Mn - Fe Cu - Zn

14. OPĆI SIMPTOMI NEDOSTATKA I SUVIŠKA ELEMENATA BILJNE ISHRANE

Poznavanje pokretljivosti elemenata u biljkama značajno je kod utvrđivanja nedostatka elemenata

na temelju pojave simptoma nedostatka. Primjerice, kod vidljivih simptoma nedostatka pojedinog

elementa u starijem lišću vjerojatno je došlo do njegova premještanja u mlađe organe. Ako se simptom

nedostatka primjećuje na mlađem lišću, tada je jasno da se radi o nedostatku nepokretljivog elementa.

Tablica 7. Stupnjevi opskrbe biogenim elementima i odgovarajuće granične vrijednosti (Finck 1969, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Page 43: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

40

Slika 11. Princip vizualne dijagnoze prilikom poremećaja u ishrani bilja

(Marschner 1986, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Prema Vukadinović i Vukadinović (2011) tipični simptomi nedostatka biogenih elemenata su

kloroze koje se očituju kao svijetložuto, reverzibilno obojenje lišća i nekroze kada dolazi do izumiranja

dijelova lišća. Slika 11 ilustrira principe vizualne dijagnostike nedostatka pojedinih hranivih elemenata.

Međutim, pored primarnog simptoma nedostatka nekog elementa, naknadno se mogu pojaviti i

sekundarni simptomi nedostatka koji kompliciraju determinaciju uzroka pojave simptoma. Stoga je

vizualna dijagnostika često pogrešna i preostaje jedino kemijskom analizom utvrditi pravi uzrok pojave

simptoma. Vrlo slična je problematika dijagnosticiranja uzroka pojave višestrukih simptoma nedostatka

ili suviška elemenata ishrane, a kod oslabljenih biljaka često dolazi do napada bolesti što dalje komplicira

vizualnu dijagnostiku "maskiranjem" primarnog uzroka pojave simptoma.

Opskrbljenost biljaka biogenim elementima može se stupnjevati prema posljedicama koje nastaju

za biljku kod njihovog nedostatka ili suviška. Prema tome:

Akutni manjak (A): su jasni simptomi nedostatka biogenog elementa, slab je rast biljaka, a

primjenom elementa u nedostatku prinos znatno raste.

Prikriveni (latentni) manjak (B): vizualnom dijagnostikom ne može se utvrditi nedostatak

biogenog elementa, rast je prividno dobar, ali se gnojidbom postiže povećanje prinosa uz

bolju kakvoću.

Dobra opskrba (C): nema simptoma nedostatka hraniva i primjenom gnojidbe uglavnom

nema porasta prinosa, ali se postiže bolja kakvoća.

Luksuzna opskrba (D): simptomi suviška nisu vidljivi, kakvoća prinosa je niža, a primjenom

gnojidbe prinos više ne raste ili često opada.

Otrovnost (E): simptomi suviška elementa jasno su vidljivi, loš je rast, jako je smanjen prinos

i slabe je kakvoće.

Kemijska analiza biljaka i tla, kod nas je, nažalost, još uvijek rijetka (zbog toga i relativno skupa) pa

je u nedostatku takvih pokazatelja opskrbljenosti biljaka elementima ishrane dobro poznavati principe

vizualne dijagnostike biogenih elemenata.

Page 44: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

41

Nedostatak nekog elementa u biljci odgovara njegovoj raspoloživosti u tlu (i/ili sposobnosti biljke

da ga usvoji) i duljini vegetacije u kojoj ga biljka može usvajati. Nedovoljna opskrbljenost neophodnim

elementima ishrane djeluje na rast i razvoj biljaka i konačno na visinu i kakvoću prinosa preko različitih

fizioloških procesa (Tablica 8).

Tablica 8. Uloga mineralnih elemenata u fotosintezi (Marschner 1986, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Slaba ishranjenost može usporavati sintetske, a ubrzavati oksidacijske, ili potpuno blokirati

životno važne biokemijsko-fiziološke procese. Biljke posjeduju mehanizme kojima pokušavaju ublažiti

nedostatak nekog od esencijalnih elemenata. Primjerice, pojedini se elementi usvajaju ubrzano u ranim

etapama razvoja i ta količina dovoljna je za čitav reprodukcijski ciklus, a kada su iz grupe mobilnih

elemenata, potrebe za razvoj i funkcioniranje novih, mlađih organa podmiruju se premještanjem,

odnosno reutilizacijom. Ipak, pojavu reutilizacije treba shvatiti kao nužno zlo za biljku, a nikako poželjan

proces. Stoga je najpovoljnije za biljku ako ima mogućnost usvajati hraniva tijekom čitavog

vegetacijskog razdoblja, naravno u različitim količinama, ovisno o potrebi i raspoloživosti hraniva u tlu.

Prema Pevalek-Kozlina (2004) opći simptomi nedostatka neophodnih elemenata biljne ishrane

(isključujući C, O i H) su sljedeći:

Dušik: Manjak dušika uzrokuje kržljav rast biljaka (Slika 12). Osim toga, stabljike su često nježne i

drvenaste. Razlog tomu je stvaranje viška ugljikohidrata, jer nema dovoljno dušika za sintezu

aminokiselina i drugih spojeva koji sadrže dušik. Osnovni dijelovi ugljikohidrata, koji se ne koriste u

metabolizmu dušika, mogu se koristiti za sintezu antocijana, što dovodi do nakupljanja tog pigmenta.

Uslijed toga listovi, peteljke i stabljike poprimaju purpurnu boju. Kod mnogih biljaka prvi simptom

nedostatka dušika je kloroza starijih listova blizu baze biljke. Ti listovi mogu potpuno požutjeti i otpasti.

Mladi listovi u početku ne pokazuju simptome, jer se dušik može mobilizirati iz starijih listova. Ipak,

takve biljke često imaju svijetlozelene gornje listove i žute ili žutosmeđe donje listove.

Page 45: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

42

Slika 12. Fenotipski izgled običnoga bora (prikaz A), obične smreke (prikaz B) i gorskog javora (prikaz C) nakon nedostatne (lijevo) i povoljne (desno) ishranjenosti s dušikom (Baule i Fricker 1970).

Fosfor: Pokazatelji nedostatka fosfora su kržljav rast mladih biljaka, te tamnozelena boja listova

koji mogu biti malformirani i sadržavati nekrotične mrlje (Slika 13D). Mogu se stvarati antocijani u

suvišku, što listovima daje purpurnu boju (Slika 13A). No, ta promjena boje nije povezana s klorozom kao

pri nedostatku dušika. Ostali simptomi su nježne, ali ne i drvenaste stabljike, ugibanje starijih listova i

odgođeno sazrijevanje.

Sumpor: Pokazatelji nedostatka sumpora slični su onima pri nedostatku dušika, uključujući

klorozu, kržljav rast i akumulaciju antocijana. No, kloroza se najprije javlja na mlađim listovima zbog toga

što se sumpor u većine biljnih vrsta ne prenosi lako. Kod nekih biljnih vrsta nekroza se može pojaviti

istovremeno na svim listovima, čak najprije na starijim listovima.

Kalij: Prvi vidljivi simptom nedostatka kalija je pjegava ili rubna kloroza, koja se razvija u nekrozu

na vrhu i rubovima lista, te između žila (Slika 13B i D, Slika 15). Kod mnogih jednosupnica nekrotične

lezije se pojavljuju prvo na vrhu i rubovima listova, a šire se bazipetalno. Kako se kalij može mobilizirati u

mlade listove, simptomi nedostatka se primarno javljaju u starijim listovima. Može se pojaviti i kovrčanje

i nabiranje listova. Stabljike biljaka izloženih nedostatku kalija mogu biti nježne i mlitave, s abnormalno

kratkim internodijima.

A B

C

Page 46: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

43

Slika 13. Simptomi nedostatka hraniva u listovima. Prikaz A: Nedostatna ishranjenost fosforom na primjeru kukuruza (Vukadinović i Vukadinović 2011). Prikaz B: Nedostatna ishranjenosti s dušikom (1. red listova), nedostatna ishranjenost s fosforom (2. red listova), nedostatna ishranjenost s kalijem (3. red listova) i zdravi listovi (4. red listova) na primjeru obične breze. Prikaz C: Nedostatna ishranjenost s fosforom na primjeru sadnice običnoga bora. Prikaz D: Nedostatna ishranjenost s dušikom (gore lijevo) fosforom (gore desno) i kalijem (dolje lijevo)na primjeru hrasta lužnjaka u usporedbi sa zdravim listom (dolje desno), (Baule i Fricker 1970).

Magnezij: Karakterističan pokazatelj nedostatka magnezija su kloroze između žila, koje se najprije

javljaju na starijim listovima jer je magnezij jako pokretan. Takav uzorak kloroze javlja se zato jer klorofil u

provodnim žilama ostaje nenapadnut tijekom duljega razdoblja nego onaj u stanicama između žila. Ako

je nedostatak magnezija izrazit, listovi mogu postati žuti ili bijeli (Slika 14D). Dodatni simptom

nedostatka magnezija može biti prerano otpadanje listova.

Kalcij: Simptomi nedostatka kalcija uključuju nekroze vrška i rubova mladih listova, nakon čega

slijedi nekroza vršnih pupova. Pokazatelji se pojavljuju u mladim, meristemskim područjima, gdje se

zbivaju stanične diobe i stvaraju nove stanične stjenke. Cesto im prethodi opća kloroza i savijanje mladih

C D

A B

Page 47: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

44

listova prema dolje u obliku kuke. Mladi listovi koji se pojavljuju mogu biti deformirani (Slika 14).

Korjenov sustav je smeđe boje, kratak i razgranjen. Kao posljedica ugibanja meristemskih područja može

se pojaviti kržljav rast.

Slika 14. Listovi hrasta lužnjaka usljed nedostatne ishranjenosti s kalcijem

Željezo: Pokazatelji nedostatka željeza su kloroze između žila (kao i pri nedostatku magnezija), ali

se one pojavljuju prvo u mladim listovima jer se željezo ne može mobilizirati iz starijih listova. Ako je

manjak željeza jači ili traje dulje, žile mogu također postati klorotične, pa cijeli list poprima bijelu boju.

Slaba mobilnost željeza vjerojatno je posljedica njegova taloženja u starijim listovima.

Mangan: Glavni simptomi nedostatka mangana su nekroza između žila i razvitak malih nekrotičnih

mrlja (na mlađim ili starijim listovima, ovisno o biljnoj vrsti). Manjak mangana može izazvati klorozu.

Bor: Simptomi nedostatka bora ovise o vrsti i starosti biljke. Karakteristična je crna nekroza mladih

listova, koja se najprije javlja na bazi listova i vršnih pupova. Može doći do gubitka apikalne dominacije,

pa biljka postaje snažno razgranjena, no vršni pupovi ubrzo nekrotiziraju zbog inhibicije staničnih dioba.

Nekroze i abnormalnosti mogu pokazivati i plodovi, mesnato korijenje i gomolji.

Cink: Pomanjkanje cinka uzrokuje jake smetnje u rastu. Stopa rasta internodija je smanjena pa

biljke poprimaju oblik rozete. Listovi mogu – uslijed gubitka kapaciteta za stvaranje dovoljnih količina

auksina indol-3-octene kiseline (IAA) - biti mali i iskrivljeni, s nabranim rubovima. U biljkama koje za

sintezu klorofila zahtijevaju cink, npr. kukuruzu i grahu, stariji listovi mogu biti nekrotični između žila.

Bakar: Početni simptom nedostatka bakra je razvitak tamnozelenih listova koji mogu imati

nekrotične mrlje, što se pojavljuju prvo na vrhovima mladih listova i šire uz rubove prema bazi. Listovi

mogu biti savinuti ili malformirani i mogu ranije otpasti. Nedostatak bakra uzrokuje tzv. bolest krčenja na

neplodnim močvarnim tlima.

Klor: Pokazatelji nedostatka klora su uvelost vrškova listova, nakon koje slijedi kloroza i nekroza

listova. Listovi mogu pokazivati smanjeni rast i brončanu boju. Korijenje može biti kržljavo i u blizini

vrškova zadebljalo.

Page 48: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

45

Slika 15. Tipični simptom nedostatne ishranjenosti s kalijem na primjeru obične smreke (prikaz A). Oštećeni izbojak običnoga bora izazvan nedostatnom ishranjenošću s kalijem (prikaz B). Izgled obične breze uslijed nedostatne ishranjenosti s kalijem i magnezijem (prikaz C). Fenotipski izgled običnoga bora uslijed nedostatne ishranjenosti s kalijem i magnezijem (prikaz D), (Baule i Fricker 1970).

A B

C D

Page 49: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

46

Manjak N na primjeru kukuruza Manjak N na primjeru pšenice

Manjak P na primjeru kukuruza Manjak P na primjeru pšenice

Manjak P na primjeru soje

Manjak K na primjeru kukuruza

Page 50: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

47

Manjak K na primjeru pšenice Manjak K na primjeru šećerne repe

Manjak K na primjeru soje Manjak K na primjeru lucerne

Manjak K na primjeru krumpira

Manjak Ca na primjeru lucerne

Page 51: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

48

Manjak Mg na primjeru soje Manjak Fe na primjeru kukuruza

Manjak Fe na primjeru soje Manjak Fe na primjeru rajčice

Manjak Mn na primjeru pšenice Manjak Mn na primjeru soje

Slika 16. Fotografije na stranici 46., 47. i 48. prikazuju vizualne simptome manjka elemenata ishrane

(preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Page 52: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

49

15. MAKROELEMENTI

15.1. Dušik

Dušik se odlikuje posebnim položajem u grupi neophodnih elemenata biljne ishrane, uglavnom se

usvaja u mineralnom obliku i svrstava se u grupu mineralnih elemenata.

Sastavni je dio brojnih spojeva u biljnoj stanici, npr. nukleinskih kiselina, aminokiselina, proteina,

amida, amina, fotosintetskih pigmenata i drugih spojeva koji čine osnovu života. Iz tog razloga kemija i

metabolizam ovog elementa opravdano se smatraju najvažnijim dijelom ishrane bilja.

Atmosfera sadrži oko 78 vol.% molekularnog dušika (N2), koji je većini biljaka nedostupan, jer je

potrebno kidanje vrlo stabilne trostruke veze između dva atoma dušika, a više biljke nemaju mogućnost

za takvu reakciju. Uz to, za prevođenje molekularnoga dušika do amonijaka ili nitrata (oblici dušika u tlu

koji su dostupni biljkama) potrebna je ogromna količina energije. S druge strane, dušik se lako vraća u

molekularno stanje u kojem je i najstabilniji pa se lako gubi iz tla. S obzirom da je dušik biljkama izuzetno

nužan, njegov nedostatak često ograničava rast.

15.1.1. Dušik u tlu

Dušik u tlu pohranjen je u organskim i anorganskim spojevima. Najveća količina dušika u tlu nalazi

se u humusu i nepotpuno razloženim biljnim i životinjskim ostacima. Mineralni dio dušika koji je potpuno

raspoloživ za usvajanje od strane biljaka samo je mali dio ukupnog dušika u tlu.

Ukupna količina dušika u šumskim tlima obično iznosi oko 0,1 - 0,3 % što ovisi o nizu čimbenika

kao što su, klima, tip vegetacije, topografija terena, matični supstrat, starost tla i dr.

U prirodi postoji kružni tok dušika gdje je atmosfera izvor dušika kojega u tlo transformiraju

mikroorganizmi prilikom procesa koji se naziva fiksacija dušika. Osim na taj način dušik u tlo može

dospjeti antropogenim djelovanjem (mineralnom gnojidbom), (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.1.2. Asimilacija dušika

Tijekom evolucije kopnenih biljaka razvio se sustav za čuvanje i recikliranje dušika, što je

rezultiralo uspostavljanjem kružnog toka dušika. Većina biljaka prima dušik u obliku nitratnih (NO3-) ili

amonijevih (NH4+) iona iz okoliša, a neki specijalizirani oblici mogu koristiti i dušik iz atmosfere. Hranjenje

životinja biljkama omogućava daljnji put dušika u hranidbenom lancu, a u tlo se dušik vraća razgradnjom

tijela uginulih biljaka i životinja. Ti su procesi dio ciklusa dušika. Pretvorba molekularnog dušika u druge

oblike (NH3 ili NO3-) može se zbivati prirodnim i industrijskim procesima. Prirodni su procesi najvećim

dijelom posljedica munja koje uzrokuju stvaranje slobodnih hidroksilnih radikala, slobodnih atoma

vodika i kisika iz vodene pare i kisika u atmosferi. Te reaktivne vrste s dušikom čine nitratnu kiselinu,

koja kišom dospijeva u tlo.

Manji dio fiksacije dušika zbiva se u stratosferi kao rezultat fotokemijskih reakcija koje uključuju

plinoviti dušični oksid i ozon. Preostalih 90 % dušika postaje dostupno djelovanjem mikroorganizama u

procesu biološke fiksacije dušika koju provode cijanobakterije i bakterije koje žive u simbiozi s biljkama,

a koje imaju enzimski sustav koji katalizira kemijske reakcije s molekularnim dušikom.

Reakcije ciklusa dušika koje slijede iza fiksacije uključuju interkonverziju fiksiranih oblika dušika i

njegov povratak u atmosferu. Organski oblici dušika, npr. aminokiseline, koje se u tlo vraćaju

raspadanjem tijela uginulih biljaka i životinja, pretvaraju se u amonijak u procesu amonifikacije. Bakterije

Page 53: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

50

i gljive u tlu pretvaraju amino dušik u slobodni amonijak koji može reagirati s drugim tvarima tvoreći

amonijeve soli. Amonijak se također može oksidirati do nitrita (NO2-) i dalje do nitrata (NO3

-) u procesu

nitrifikacije. Dušik prisutan u obliku nitrata mogu koristiti biljke ili se procesom denitrifikacije (redukcija

nitrata u dušik) može vratiti u atmosferu. Mnoge bakterije u odsutnosti kisika koriste denitrifikaciju kao

izvor energije za vlastite životne funkcije. Godišnje se fiksira oko 125 milijuna tona dušika, a

denitrifikacijom se u atmosferu vraća oko 93 milijuna tona. U otopini tla amonijak se veže s ionima

vodika, uz nastajanje amonijevih iona (NH4+) koji biljke mogu apsorbirati. No, većina biljaka prima dušik

u obliku nitrata (NO3-) nastalog djelovanjem bakterija koje oksidiraju amonijak. Nakon apsorpcije

korijenom, većina se nitrata ksilemom prenosi u listove, gdje se reducira do amonijaka. Dušik se u

organske spojeve ugrađuje uvijek u reduciranom obliku, pa se stoga i nitrati i dušik uvijek moraju prvo

reducirati. U heterotrofnim biljnim organima, npr. korijenu, ova se redukcija može obaviti potrošnjom

redukcijskih ekvivalenata koji se stvaraju u procesu disanja. Biljke reduciraju nitrat preko nitrita do amonijevih iona u dva enzimima katalizirana procesa:

nitrat-reduktaza nitrit-reduktaza NO3

- NO2

- NH4

+ 2 e

- 6 e

- (+5) (+3) (-3) oksidacijski broj

Nitrat-reduktaza je smještena u citoplazmi, a nitrit-reduktaza u plastidima. Kod mnogih bakterija u

anaerobnim uvjetima, nitrat može služiti kao akceptor elektrona u transportnim lancima elektrona,

slično kao kisik u aerobnim uvjetima. Reducirani spojevi koji pritom nastaju (N2O, N2, NH4+) izlučuju se iz

stanice (Pevalek-Kozlina 2004).

Slika 17. Bakterije u tlu stvaraju amonijak fiksacijom atmosferskog dušika (dušik fiksirajuće bakterije) i razgradnjom organskog materijala (amoniflcirajuće bakterije), iako neke biljne vrste mogu apsorbirali amonijeve ione iz tla, većina biljaka apsorbira dušik u obliku nitrata. Nitrificirajuće bakterije pretvaraju amonijeve ione u nitrate (Pevalek-Kozlina 2004).

15.1.3. Asimilacija nitrata

Nitrat (NO3-) je glavni izvor dušika dostupan biljkama u normalnim uvjetima. U većini tala

amonijak se nitrifikacijom koju provode bakterije brzo pretvara u nitrat. Nitrat sam stimulira svoje

Page 54: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

51

primanje u biljnu stanicu. lnhibitori sinteze proteina i RNA, kao što su cijanid, dinitrofenol i anaerobni

uvjeti, inhibiraju primanje nitrata. Kad uđe u stanicu, višak nitrata može se pohraniti u vakuoli. Prije

ugradnje u organske spojeve nitrat se mora ponovo reducirati u amonijak. Konverzija nitrata u amino

dušik zbiva se u dva stupnja. Prvo se u citosolu nitrat reducira u nitrit:

NO3- + NAD(P)H + H+ NO2

- + NAD(P) + H2O

Ovu reakciju katalizira enzim nitrat-reduktaza koja se nalazi u citoplazmi. Nitrat-reduktaze biljaka

su homodimeri sastavljeni od dvije identične podjedinice. Nitrat-reduktaza je glavni protein u

vegetativnim tkivima koji sadrži molibden, pa je u slučaju nedostatka molibdena aktivnost ovog enzima

vrlo smanjena. Sintezu nitrat-reduktaze regulira njezin supstrat. Nitrat inducira sintezu enzima de novo,

ali je za maksimalan učinak potrebna svjetlost koja pojačava učinak nitrata.

Nitrat-reduktaza katalizira prijenos elektrona s nikotinamid-adenin-dinukleotida (NADH) ili

nikotinamid-adenin-dinukleotidfosfata (NADPH) preko FAD, hemi (citokrom b577) i molibdena na NO3-.

Nastali nitrit brzo se prenosi u plastide (kloroplaste u zelenim tkivima i proplastide u ne zelenim tkivima).

Svaki tip plastida ima svoju vlastitu asimilacijsku nitrit-reduktazu: kloroplasti imaju feredoksin-nitrit-

reduktazu, a proplastidi NAD(P)H-nitrit-reduktazu. Oba enzima kataliziraju redukciju nitrita u amonijak.

Ferodoksin je davatelj elektrona u fotosintetskim tkivima, a NAD(P)H u nefotosintetskim tkivima.

NO2- + 6 fercdoksinred+ 8 H+ NH4

+ 6 feredoksinoks + 2 H2O

Kod većine biljnih vrsta mogućnost metabolizma nitrata prisutna je i u korijenu i u izbojku, a odnos

aktivnosti ovisi o opskrbi nitratom, vrsti i starosti biljke. Kada je opskrbljivanje nitratom slabo, redukcija

nitrata se u većine vrsta najvećim dijelom zbiva u korijenu, a kada je prisutno više nitrata redukcija se

zbiva u listovima (Pevalek-Kozlina 2004).

15.1.4. Simbiotska fiksacija dušika

Malobrojni su organizmi koji mogu vezati molekularni dušik iz atmosfere. Za to je potreban

enzimski sustav nitrogenaze, prisutan u nekih slobodno živućih heterotrofnih bakterija, kako aerobnih

tako i anaerobnih, u slobodno živućih autotrofnih bakterija, cijanobakterija te vrsta roda Rhizobium u

gomoljićima korijena mahunarki i aktinomiceta u gomoljićima korijena nekih drugih vrsta

kritosjemenjača. U simbiotskom odnosu bakterije opskrbljuju biljku dušikovim spojevima, a biljka

bakterije ugljikohidratima i drugim organskim spojevima.

Proces fiksacije dušika može se odvijati isključivo u anaerobnim uvjetima (enzime uključene u

fiksaciju dušika ireverzibilno inaktivira kisik). Neki mikroorganizmi koji žive u aerobnim uvjetima mogu

stvoriti interne anaerobne uvjete, zahvaljujući svojim specijaliziranim stanicama, heterocistama, koje

imaju debelu stjenku (nitaste cijanobakterije). S druge strane, bakterije roda Azotobacter smanjuju

sadržaj kisika visokom stopom respiracije, a vrste roda Gloeotheca razvijaju kisik fotosintezom danju, a

dušik fiksiraju noću. To znači da mikroorganizmi koji mogu živjeti i u aerobnim i u anaerobnim uvjetima

fiksiraju dušik samo u anaerobnim uvjetima.

U simbiotskoj fiksaciji dušika sadržaj slobodnog kisika se reducira visokim stopama respiracije

simbionta i prisutnosti hem proteina Iemhemoglobina koji veže kisik i olakšava njegovu difuziju te na taj

način održava nisku koncentraciju slobodnog kisika u nodulima.

Page 55: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

52

Simbiotska veza dušik fiksirajućih bakterija s korijenom biljaka zbiva se u višestaničnim

strukturama, korijenskim gomoljićima ili nodulima.

Bakterije se priljubljuju uz korijen, prvenstveno korijenove dlačice. U procesu infekcije korijenove

dlačice se uvijaju i tako zarobljuju kolonije rizobija. Stanična stjenka korijenovih dlačica se na tim

mjestima razgrađuje i bakterijske stanice dopiru do vanjske plazmatske membrane. Na mjestu infekcije

se spajanjem Golgijevih vezikula stvaraju infekcijske cijevi koje počinju kao tubularno rastegnuće

plazmatske membrane. Infekcijske cijevi se povećavaju na vršnome dijelu. Kako se povećavaju, s njihove

se unutrašnje strane odlaže tanki sloj stanične stjenke koji je povezan sa staničnom stjenkom inficirane

biljne stanice. Infekcijska cijev se može granati u više stanica. Kada dopre do kraja korijenove dlačice,

spaja se s njezinom plazmatskom membranom, a rizobiji se otpuštaju u apoplast. Rizobiji prolaze kroz

središnju lamelu do plazmatske membrane subepidermske stanice i razvija se nova Infekcijska cijev, koja

zajedno s prvom čini otvoreni kanal. Stanice kore korijena se počinju ubrzano dijelili i stvaraju primarni

meristem nodula. Stanice pericikla u blizini polova ksilema također se počinju dijeliti (Slika 18).

Slika 18. Stadiji u razvitku korijenskih gomoljića soje. (1) Korijen luči tvari koje privlače rizobije, a bakterije daju kemijski signal koji stimulira produživanje korijenovih dlačica i njihovo uvijanje oko bakterija. Bakterije prodiru u koru korijena unutar infekcijske cijevi, istovremeno korijen odgovara na infekciju diobom stanica u kori i periclklu središnjeg cilindra. Iz vezikula se bakterije, koje su poprimile oblik bakteroida: otpuštaju u stanice kore korijena. (2) Nastavlja se rast inficiranih područja kore i središnjeg cilindra i te se dvije skupine stanica spajaju tvoreći korijenski gomoljić (nodul). (3) Nodul se povećava, razvija se provodno tkivo koje povezuje nodul s ksilemom i floemom. Tim provodnim tkivom nodul se opskrbljuje šećerima i drugim organskim tvarima, a dušikovi spojevi stvoreni u nodulu prenose se u ostale dijelove biljke (Pevalek-Kozlina 2004).

Ove dvije skupine stanica se spajaju, a Infekcijska cijev se povećava i grana sve dok dopre do

ciljnih stanica, gdje se u citosol otpuštaju vezikule koje sadrže bakterije. Ubrzo se bakterije prestaju

dijeliti, povećavaju se i diferenciraju u dušik fiksirajuće endosimbiotske bakteroide koji su okruženi

peribakteroidnom membranom. Nodul se produžuje i diferencira. U nodulima se razvija provodni sustav

koji se spaja s provodnim sustavom biljke, a omogućava izmjenu dušikovih spojeva i hranivih tvari, te sloj

Page 56: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

53

stanica koji sprječava ulazak kisika iz korijena u unutrašnjost nodula. U biljnim stanicama zbivaju se

morfološke i biokemijske promjene, uključujući stvaranje lemhemoglobina.

U johe (Alnus) noduli se razvijaju uslijed infekcije aktinomicetom Frankia. Ovi noduli su u

nakupinama koje nastaju ponovljenim grananjem. Simbiotski odnosi kod trava ne uključuju razvitak

nodula, a mikroorganizmi se učvršćuju oko zone produžnog rasta i korijenovih dlačica.

Uz rižu se često uzgaja vodena paprat Azolla, koja živi u simbiozi s cijano-bakterijom (Ariabaena

azollae) koja fiksira atmosferski dušik. Kada riža naraste, vodena paprat dospijeva u sjenu i ugiba, a

njezinom razgradnjom osigurava se izvor dušika za rižu.

Redukciju molekularnog dušika (N2) do amonijaka katalizira enzim nitrogenaza. Za tu je redukciju

potrebno 8 elektrona i 16 molekula ATP-a:

nitrogenaza

N2 + 8e- + 8H+ + 16ATP 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi

Nitrogenaza je enzimski kompleks koji se sastoji od dvije skupine proteinskih komponenata:

reduktaze koja osigurava elektrone velike reduktivne moći i nitrogenaze koja te elektrone koristi za

redukciju N2 u NH4+. Obje komponente su proteini koji sadrže željezo i sumpor, a pojedinačno ne

pokazuju enzimsku aktivnost.

U procesu fiksacije dušika konačni proizvod je amonijak, koji se postupno ugrađuje u organske

spojeve kao što su glutamin i glutamat, a koriste ga i mikroorganizmi i biljka. Većina amonijaka

stvorenog simbiotskom fiksacijom koristi se u nodulima za stvaranje aminokiselina koje se ksilemom

prenose u izbojke i listove. U povoljnim uvjetima fiksira se mnogo dušika, pa se višak amonijaka izlučuje

u tlo, čime se poboljšava njegova kvaliteta (Pevalek-Kozlina 2004).

15.1.5. Asimilacija amonijevih iona

Neke biljne vrste mogu primati amonijeve ione izravno iz tla. Na taj način mogu sačuvati određenu

količinu metaboličke energije, koja bi se inače potrošila na pretvorbu nitrata u amonijak.

NO3- + H2O + 2 H+ NH4

+ + 2 O2

Kako se amonijevi ioni iz otopine tla izmjenjuju s vodikovim ionima koje luči korijen, primanje NH4+

je povezano sa zakiseljavanjem rizosfere. Amonijak i amonijevi ioni su u višim koncentracijama toksični,

a u biljnim stanicama se vrlo brzo ugrađuju u organske spojeve, bez obzira je li riječ o amonijevim ionima

izravno primljenima iz tla ili onima dobivenim redukcijom nitrata ili fiksacijom dušika. Samo malobrojne

biljne vrste, npr. begonija. mogu ih akumulirati u velikoj središnjoj vakuoli. U biljkama su prisutna dva

puta asimilacije amonijevih iona u organske spojeve. Amonijevi ioni se djelovanjem enzima glutamin-

sintetaze mogu spojiti s glutamatom uz nastajanje glutamina:

glutamat + NH4+ + ATP glutamin + ADP + Pi

Ova reakcija zahtijeva hidrolizu jedne molekule ATP-a i dvovalentne katione (npr. Mg2+, Mn2+ ili

Co2+) kao kofaktore. Biljke imaju dvije vrste glutamin-sintetaze, jednu u citosolu i drugu u kloroplastima

Page 57: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

54

izbojka (kao donor elektrona koristi feredoksin) i plastidima korijena (kao donor elektrona koristi

NAD(P)H).

Povišene razine glutamina u plastidima stimuliraju aktivnost glutamat-sintetaze koja glutamin

pretvara u glutamat. Biljke imaju dva tipa glutamat-sintetaze, od kojih jedna prima elektrone od NADH, a

druga od ferodoksina:

glutamin + 2-oksoglutarat + NADH + H+ 2 gluramat + NAD+

glutamin + 2-oksoglutarat + feredoksinred 2 glutamat + feredoksinoks

Amonijevi se ioni mogu asimilirati i redukcijskom aminacijom 2-oksoglutarata uz nastajanje

glutamata. Ova je reakcija reverzibilna, a zbira se u kloroplastima uz katalitičko djelovanje enzima

glutamat-dehidrogenaze:

2-oksoglutarat + NH4+ + NAD(P)H gluiamat + NAD(P)+ + H2O

Oblik glutamat-dehidrogenaze ovisan o NADH prisutan je u mitohondrijima, a oblik ovisan o

NADPH prisutan je u kloroplastima fotosintetskih organa.

Nakon što se asimilirao u glutamin ili glutamat. Dušik se ugrađuje u druge aminokiseline

reakcijama transaminacije koje kataliziraju enzimi aminotransferaze uz nastajanje aspartata.

glutamat + oksalacetat aspartat + 2-oksoglutarat

Glutamat i aspartat su polazni spojevi za sintezu brojnih drugih aminokiselina, ali i za sintezu N-

heterocikličkih spojeva. Također često služe kao pričuvne i transportne molekule za dušik u biljkama.

Fiksirani dušik pretvara se u organski oblik u nodulima prije nego se ksilemom prenosi u izbojak.

Mahunarke ga prenose u obliku amida (u umjerenom području), i to uglavnom kao asparagin i glutamin,

ili u obliku ureida alantoina, alantoinske kiseline i citrulina (u tropskom području), (Pevalek-Kozlina

2004).

15.1.6. Dušik u biljkama

Suha tvar biljaka sadrži u prosjeku između 2 i 5 % dušika, što je u odnosu na ugljik vrlo mala

količina. Ipak, biljke su veliki sakupljači dušika, ugrađuju ga tijekom čitave vegetacije u organsku tvar

obavljajući transformaciju mineralne forme dušika u organsku formu.

Nedostatak dušika je vrlo često ograničavajući čimbenik rasta i razvoja biljaka, zbog nedovoljne

mobilizacije iz organskih rezervi i velike pokretljivosti nitratnog oblika te njegova gubitaka iz tla.

Dušik se pretežito usvaja kao NO3- i NH4

+ ion. U povoljnim uvjetima vjerojatno više od 90 % u

nitratnom obliku, ali samo kad je proces nitrifikacije u tlu moguć ili je primijenjeno mineralno gnojivo

koje sadrži nitrate. Usvajanje oba oblika je aktivan metabolički proces nasuprot elektrokemijskom

gradijentu za što se troši energija. Bitno je naglasiti da je oko 70 % korijenom usvojenih svih kationa i

aniona u formi NO3- ili NH4

+ iona. Upravo to najjače utječe na omjer usvajanja kationa/aniona ostalih

elemenata biljne ishrane. Prilikom zaustavljanja disanja korijena i/ili snižavanjem temperature tla, intenzitet usvajanja

dušika se smanjuje. Usvajanje dušika, posebice nitrata, vrlo je brz proces. Krivulja usvajanja pokazuje

Page 58: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

55

tipičan vremenski prirast po eksponencijalnoj ovisnosti do određene veličine, iza čega slijedi linearno

usvajanje, što je karakteristično za indukciju transportnog sustava. Kod viših pH vrijednosti (pH > 7)

biljke preferiraju amonijski oblik dušika, a kod nižih (pH < 6) nitratni. U prisutnosti oba oblika mineralnog dušika u tlu, ioni NH4

+ kompetitivno inhibiraju usvajanje

nitrata (NO3-). Kod nekih biljaka izražen je i jak antagonizam između iona NO3

- i Cl-. Ovisno o obliku dušika koji se usvaja dolazi do određenih promjena u metabolizmu. Usvajanjem

nitrata proces ugradnje dušika u organsku tvar ne mora odmah započeti jer se nitratni oblik dušika (NO3-

) kod dobre opskrbe dušikom akumulira u pojedinim organima, posebice lišću i peteljkama, a biljka ga

koristi nakon redukcije u procesu sinteze proteina. Redukcija nitrata kod biljaka narušava ionsku bilancu

jer se javlja višak kationa, naročito K+, Ca2+ i Mg2+ te je zbog kompenzacije viška lužnatosti stimulirana

sinteza organskih kiselina, posebice oksaloctene i jabučne. Suprotno tome, kod usvajanja amonijaka

(NH4+), koji je u većim koncentracijama otrovan za biljke, dolazi do njegove brze ugradnje, što izaziva

manjak kationa i višak aniona, najčešće Cl- uz razgradnju ugljikohidrata do organskih kiselina (u

Krebsovom ciklusu).

Usvajanje većih količina amonijskog oblika dušika može biti štetno, naročito kod mladih biljaka jer

zahtijeva znatan utrošak ugljikohidrata zbog potrebne tvorbe ketokiselina koje vežu usvojeni amonijski

oblik dušika. Mogućnost akumulacije nitrata za biljke je vrlo povoljna jer se njihova redukcija i ugradnja

obavljaju kad je to fiziološki potrebno. Ipak, preveliko nagomilavanje nitrata također nije dobro za biljke

jer njegovom naknadnom i brzom redukcijom dolazi do intenziviranja procesa disanja, razgradnje

rezervnih ugljikohidrata i pojačane sinteze proteina. Posljedice su produljenje vegetacije, formiranje

prevelike količine lišća, povećan sadržaj topivih oblika dušika (aminokiselina i amida) što kod nekih

biljnih vrsta (ugl. poljoprivrednih) štetno utječe na kakvoću. Povećani sadržaj nitrata u biljkama može biti posljedica suše (zbog povećane koncentracije nitrata

u vodenoj fazi tla), visoke temperature (zbog povećane evapotranspiracije i usvajanja nitrata),

zasjenjenosti biljaka u gustom sklopu ili oblačnog vremena (zbog reducirane sinteze bjelančevina),

nedostatka fosfora, kalija ili kalcija te, a najčešće, zbog pretjerane uporabe dušičnih gnojiva. Redukciju nitrata u biljci reguliraju nitratna i nitritna reduktaza i proces se može odvijati u korijenu

ili u zelenim dijelovima biljaka. Proces nitratne redukcije može se predstaviti sažeto na sljedeći način:

NO3- + NADH + H+ NO2

- + NAD+ + H2O 3 H2O + 6 Fd(Fe3+) + hv 1,5 O2 + 6 H+ + 6 Fd(Fe2+) NO2

- + 6 Fd(Fe2+) + 8 H+ NH4+ + 6 Fd(Fe3+) + 2 H2O

NO3- + 8 e- + 10 H+ NH4

+ + 3 H2O (Fd = feredoksin, NAD+ = nikotin-amid-dinukleotid, oksidirani oblik, oksidans. NADH = reducirani oblik, reducens)

Prvi stupanj redukcije do nitrita obavlja nitratna reduktaza (NRaza) u citoplazmi, a drugi dio

nitritna reduktaza (NiRaza) u kloroplastima. Nitratna reduktaza je adaptivni enzim i za njegovu sintezu

potrebna je prisutnost nitrata. Sadrži FAD, Mo i aktivnu skupinu -SH. Donor elektrona u procesu nitratne

redukcije je NADH koji potječe iz procesa glikolize. Kod redukcije nitrata u korijenu egzistira

nefotokemijski sustav. Proces nitratne redukcije je usko grlo čitavog procesa redukcije nitrata u biljci

dok se drugi dio procesa, koji obavlja nitritna reduktaza, odvija vrlo brzo u kloroplastima (Slika 19).

Page 59: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

56

Slika 19. Mehanizam nitratne redukcije u biljkama

(Marschner 1995, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Redukcija nitrita odvija se na vanjskoj strani tilakoidnih membrana i donor elektrona je feredoksin

iz fotosustava 1 (PS I). Stoga je za taj dio procesa važan intenzitet i kakvoća svjetla, odnosno dovoljan

intenzitet fotosinteze, dok se nakupljanje nitrata, suprotno tome, odvija pretežito u mraku. Proces nitratne redukcije zahtijeva visok utrošak energije jer se redukcija od nitrata do amonijaka

odvija uz promjenu oksidacijskog broja dušika od +5 do -3. Potrebna je i prisutnost molibdena koji je

sastavni dio NRaze, Mn za fotosustav 2 (PS II) i fotooksidaciju vode u njemu (što je važno i za sintezu

NADH). Dobra ishranjenost kalijem potpomaže sintezu NRaze pa se često smatra kako je kalij kofaktor u

procesu redukcije dušika. Istraživanja pokazuju da kalij u tom procesu može djelomično biti zamijenjen

rubidijem, ali samo do 50 % potrebe. Intenzitet nitratne redukcije najveći je u mladom lišću pa ono sadrži i najveće količine dušika u

odnosu na ostale vegetativne organe biljaka. Nakupljanje nitrata u lišću ili peteljkama može se iskoristiti

za procjenu ishranjenosti biljaka s dušikom, posebice kod vrsta gdje višak reduciranog dušika na kraju

vegetacije može izazvati ekspanziju formiranja novog lišća (retrovegetacija) uz pad koncentracije

saharoze. Opskrbljenost biljaka s dovoljnom količinom dušika ima izuzetan značaj za njezin vegetativni i

generativni razvoj. U kontekstu poljoprivredne proizvodnje dušik se smatra izrazitim prinosotvornim

elementom, a njegov specifičan utjecaj na rast izbojaka i korijenja ilustrira slika 20.

Slika 20. Utjecaj povećane doze dušika na rast podzemnoga i nadzemnoga dijela biljke

(Vukadinović i Vukadinović 2011)

Page 60: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

57

Suvišak dušika na početku vegetacije može biti vrlo štetan jer se biljke tada plitko ukorjenjuju, a to

u kasnijim fazama rasta, posebice u sušnim uvjetima, može izazvati znatne probleme u opskrbljivanju

biljaka svim drugim hranivima i vodom. Također, različite biljne vrste, kultivari ili hibridi različito

reagiraju na ishranu dušikom (Slika 21) što se označava kao genetska specifičnost mineralne ishrane

bilja.

Slika 21. Usvajanje nitrata ovisno o genotipu na primjeru pšenice (Vukadinović i Vukadinović 2011)

Nedostatak raspoloživog dušika ima vrlo ozbiljne posljedice na razvoj biljaka. Biljke formiraju

manju asimilacijsku površinu, lišće je kraće, uže i blijedozeleno zbog manjeg sadržaja klorofila što

uzrokuje niži intenzitet fotosinteze te biljke brže stare, a urod sjemena im je smanjen.

Suvišak dušika rezultira intenzivnim porastom vegetacijskih organa uz modrozelenu boju lišća te

luksuzna ishrana dušikom ima više negativnih posljedica, npr. stvaranje prevelike mase lišća i intenzivan

visinski prirast, uz istovremenu smanjenu produkciju mehaničkog tkiva što rezultira kasnijim

polijeganjem biljaka. Općenito, biljke postaju neotporne na bolesti, štetočine, niske temperature i sušu.

Primjenom većih doza dušika od potrebnih, opada prinos, lošija je kakvoća proizvoda, a na lakim i

propusnim tlima dolazi do ispiranja nitrata i onečišćavanja podzemnih voda (Vukadinović i Vukadinović

2011).

15.2. Sumpor

Sumpor je vrlo rasprostranjen kemijski element u prirodi. U tlu potječe iz matičnih stijena gdje se

nalazi najviše u obliku sulfida i prilikom njihovog raspadanja oslobađa se i brzo oksidira. Oksidaciju

obavljaju sumporne bakterije od kojih su najznačajnije Thiobacillus thioxidans, Beggiatoa, Thiothrix i dr.

Energiju oslobođenu prilikom oksidacije sulfida do H2SO4 mikroorganizmi koriste u procesu kemosinteze

za asimilaciju ugljikova (IV) oksida:

2 H2S + O2 2 H2O + 2 S + 510,79 kJ

2 S + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4 + 1180,68 kJ

U odsutnosti CO2 oslobođenu energiju mikroorganizmi akumuliraju u obliku ATP-a na što ukazuje

pad koncentracije mineralnih oblika fosfora u supstratima ishrane. Thiobacillus je prilagođen djelovanju

Page 61: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

58

u vrlo kiseloj sredini (pH 2-3) gdje nastala sulfatna kiselina lako otapa sekundarne i tercijarne fosfate, ali

su to ipak male količine fosfata bez većeg značaja u ishrani bilja. U suvremenoj industrijskoj eri, sumpor se akumulira u tlu i taloženjem iz atmosfere gdje se nalazi

u vidu SO2 ili H2S. Procjenjuje se da godišnja imisija sumpordioksida u atmosferu iznosi oko 3 x 108 t ili

10-40 kg S ha-1. U područjima s jakom industrijom, koja energiju dobiva sagorijevanjem fosilnih goriva

(uglja i nafte), u tlo može dospjeti i do 200 kg S ha-1 godišnje. Na obogaćivanje tla sumporom djeluje

mineralna gnojidba, kao i sredstva za zaštitu bilja koja ga sadrže (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.2.1. Sumpor u tlu

U tlu se sumpor nalazi u organskom i anorganskom obliku. Tla umjerenog klimata imaju ukupan

sadržaj sumpora 0,05-0,4 %. U ocjeditim i prozračnim tlima najveći dio sumpora nalazi se u organskoj

tvari (60-90 % ukupnog S tla). Manji dio anorganskog sumpora može se nalaziti u kiselim uvjetima (pH

ispod 5,5) (Slika 22) vezan na adsorpcijski kompleks, dok je najveći dio u obliku topivih ili netopivih soli.

Slika 22. Sorpcija i desorpcija sumpora na koloidnim česticama tla ovisno o pH vrijednosti (Vukadinović i

Vukadinović 2011)

Sulfatni anion lako je pokretljiv u tlu, što predstavlja realnu opasnost za ispiranje sumpora iz tla te

se u područjima s velikom količinom oborina može isprati više od 100 kg S ha-1 godišnje. Gubitak

sumpora iz tla može biti i volatizacijom u redukcijskim uvjetima u obliku H2S. Treba naglasiti kako na

području Hrvatske nije utvrđen manjak sumpora u tlu, iako je bilo sumnji i ispitivanja u nekim krajevima,

dok npr. u SAD-u na 10 % obradivih površina sumpora nema dovoljno u tlu.

Nedostatak sumpora može se javiti na karbonatnim tlima bogatim željezom i humusom slabo

podložnom mineralizaciji, ali i u tlima siromašnim humusom. Glavni izvor nadoknade sumpora u tlu su

ipak sulfati iz mineralnih gnojiva (poljoprivredna tla), ali i atmosfera (šumska tla). Oko 150 do 200

milijuna tona sumpora godišnje dospije u atmosferu vulkanskim erupcijama, prirodnim procesima iz

oceana i močvara, kao i iz industrijskih objekata.

Suvišak sumpora u tlu je nepoželjan jer dovodi do zakiseljavanja za koje se smatra da uzrokuje

izumiranje Šuma u mnogim krajevima Europe, a takve pojave sve su više prisutne i kod nas, npr. u

Gorskom kotaru i Lici.

U tlu je omjer između ugljika, dušika i sumpora približno 125:10:1,2. Omjer između fosfora i

sumpora mijenja se ovisno o dubini profila s promjenom sadržaja organske tvari u tlu koja je osnovni

izvor raspoloživog sumpora u tlu (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 62: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

59

15.2.2. Sumpor u biljkama

Sumpor u biljnim spojevima najvećim dijelom potječe iz sulfata koji se prima preko korijena, a

nastaje ispiranjem stijena, atmosferskim onečišćenjem ili korištenjem fosilnih goriva. Koncentracija

sumpora u biljkama je između 0,1 i 0,5 %. Biljke mogu metabolizirati i SO3 koji primaju kroz pući, ali

dugotrajno izlaganje (>8 h) visokoj koncentraciji u atmosferi (>0,3 ppm) uzrokuje oštećenja. Otapanjem

SO2 u vodi nastaje sulfatna kiselina (H2SO4) - glavni uzrok kiselih kiša.

Glavni organski spojevi koji sadrže sumpor u biljkama su aminokiseline cistein i metionin. Sumpor

je sastojak katalitičkih mjesta nekih enzima i koenzima, a također sudjeluje u prijenosu elektrona. Primanje sulfata u korijen je aktivan proces u kojem posreduju specifični proteinski nosači. Kad

uđe u stanicu, sulfat se ili pretvara u organski spoj, ili se kao slobodni sulfat prenosi u vakuolu kroz

anionske kanale u tonoplastu. U nekih biljnih vrsta višak sulfata nakuplja se u vakuolama. Sumpor se u organske spojeve ugrađuje u reduciranom obliku u procesu asimilacijske redukcije

sulfata. Biljke ga primaju gotovo isključivo kao sulfatni ion i reduciraju do sulfida. Budući da je sulfat

stabilan, prvo se mora aktivirati. Redukcija sulfata odvija se u dva stupnja, a enzimi koji kataliziraju ove

reakcije smješteni su u kloroplastima stanica lista i proplastidima stanica kore korijena. Aktivacija sulfata počinje reakcijom sulfata i ATPa uz nastajanje adenozin-5'-fosfosulfata (APS) i

pirofosfata (PPi).

Sulfat + ATP APS + PPi

Ovu reakciju katalizira enzim ATP-sulfurilaza. Pirofosfat (PPi) se hidrolizira u dva

mola anorganskog fosfata (Pi) u reakciji koju katalizira anorganska pirofosfataza:

PPi + H2O 2 Pi

APS može reagirati s ATPom uz nastajanje 3'-fosfoadenozin-5'-fosfosuIfata (PAPS):

APS + ATP PAPS + ADP

PAPS se reducira do sulfita (SO32-) i sulfida (S2-). To je glavni put asimilacije sumpora u bakterijama

i gljivama. Druga mogućnost asimilacije sumpora je pretvorba APSa u tiosulfonat (R-SO3-), koji se

reducira do tiosulfida (K-S-). Treća mogućnost je izravna redukcija APS do sulfita i sulfida. U sva tri puta

nastali tiosulfid ili sulfid reagiraju s O-acetilserinom, uz nastajanje cisteina i acetata. Asimilacija sumpora u aminokiseline zahtijeva redukciju do razine sulfida. Za to je potrebno 8 e-, a

oksidacijski broj sumpora se mijenja s +6 na -2.

2e- 6e-

SO42- SO3

2- S2-

(+6) (+4) (-2)

Page 63: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

60

Za redukciju sulfata do cisteina potreban je prijenos 10 elektrona, a oksidacijski broj sumpora

se mijenja s +6 na -4. Kao donori elektrona služe glutation, tioredoksin, feredoksin, NAD(P)H ili O-

acetilserin, npr.

APS + 8 feredoksinred + 5 H+ sulfid + AMP + 8 feredoksinoks + 3 H2O

U asimilaciji sumpora listovi su aktivniji nego korijen, jer se fotosintezom osigurava reducirani

tioredoksin i feredoksin, a fotorespiracijom nastaje serin koji stimulira stvaranje O-acetilserina. U

nefotosintetskim stanicama donor elektrona je NAD(P)H. Sumpor asimiliran u listovima prenosi se

floemom do mjesta sinteze proteina (vrhovi izbojaka i korijena te plodovi), najvećim dijelom u obliku

glutationa. Glutation također djeluje kao signal koji koordinira apsorpciju sulfata korijenom i asimilaciju

sumpora u izbojku. Sulfid koji nastaje redukcijom APSa se ne nakuplja, nego se brzo ugrađuje u aminokiseline cistein i

metionin. Stvaranje cisteina, startne molekule u sintezi većine ostalih molekula koje sadrže sumpor,

zahtijeva dodatak sulfida na akceptor O-acetilserin (3 C-atoma). Ovu reakciju katalizira enzim O-

acetilserin-sulfohidrilaza.

O-acctilserin + sulfid cistein + acetat

O-acetilserin je aktivirani oblik serina koji se stvara u reakciji s acetil-CoA djelovanjem enzima

serin-transacetilaze.

Serin + acetil-CoA O-acetilserin + CoA

Metionin se sintetizira u plastidima iz cisteina. O-fosfohomoserin se pretvara u cistationin

djelovanjem enzima cistationin-y-sintetaze. Cistationin se razgrađuje u homocistein, piruvat i amonijak

djelovanjem enzima cistationin-β-lijaze. Konačno, enzim metionin-sintetaza metilira homocistein i

nastaje metionin. Nakon što su se sintetizirali, metionin i cistein se mogu ugrađivati u proteine i druge

spojeve, npr. acetil-CoA i 5-adenozilmetionin, važan spoj u sintezi etilena. Kao i nitrat, u anaerobnim uvjetima sulfat može poslužiti kao konačni akceptor elektrona, pri

čemu nastaje i izlučuje se sumporovodik. Ovaj proces naziva se disimilacijskom redukcijom sulfata. Kada se primljeni nitratni i sulfatni anioni reduciraju do NH3 i H2S, to predstavlja problem za biljke.

Prateći kationi koji preostaju (npr. ako je sol bila KNO3 onda K+) moraju se neutralizirati drugim

anionima. Kao neutralizatori naboja kationa djeluju dvo-bazične organske kiseline kao što su npr.

jabučna kiselina (malat) i oksalna kiselina (oksalat). Oksalna kiselina je vrlo rasprostranjena u biljnom

svijetu, a njezina sinteza ne zahtijeva utrošak energije (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.2.3. Nedostatak i suvišak sumpora

Manjak raspoloživog sumpora vrlo je rijedak, posebice u industrijskim zonama gdje veći dio

potreba za sumporom biljke mogu podmiriti iz atmosfere.

Simptom nedostatka sumpora sličan je deficitu dušika, ali se kloroza zapaža prvo na mlađem lišću

(za razliku od dušika gdje se nedostatak zapaža prvo na starijem). Kloroza se javlja prvo u blizini lisnih

žila, dok kod nekih vrsta lišće može poprimiti ljubičastu boju zbog povećane sinteze antocijanina. Često

Page 64: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

61

se zapažaju i morfološke promjene pri nedostatku sumpora, kao što su kraća stabljika te deblji, uži i kraći

listovi.

Suvišak sumpora u prirodi je rijetka pojava, ali se sve češće događa u blizini industrijskih zona s

velikom imisijom SO2 u atmosferu. Smatra se da je koncentracija od 1 do 1,5 mg SO2 m-3 opasna za živi

svijet. Kod suviška sulfata u tlu lišće ima po rubovima i u međužiljnim površinama tamne pjege uz ranije

sazrijevanje plodova (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.3. Fosfor

Fosfor je nemetal koji se u prirodi (tlu i biljkama) javlja u peterovalentnom obliku. Ulazi u sastav

značajnih organskih spojeva kao što su nukleoproteidi, fosfolipidi, enzimi i mnogih drugih, posebice

spojeva koji povezuju u metabolizmu endergone i egzergone reakcije. Ciklus fosfora sastoji se od

razgradnje fosfornih spojeva u tlu, njihovog usvajanja od strane biljaka i ponovnog nastanka minerala

tla. Poznato je čak oko 170 minerala koji sadrže fosfor, a nalaze se u svim magmatskim stijenama

(Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.3.1. Fosfor u tlu

Fosfor u tlu potječe iz procesa razgradnje matičnih stijena, najčešće apatita. Sadržaj mu je u

litosferi vrlo promjenjiv (0,02-0,15 %) jer ulazi u sastav velikog broja različito topivih minerala, ali se

nalazi i vezan u organskoj tvari tla. Većina naših tala sadrži između 40 i 80 % anorganski vezanog i 20-60

% organski vezanog fosfora. Oba oblika dijele se u više grupa koje obuhvaćaju prilično raznolike spojeve

fosfora. Podjela se temelji na topivosti tih spojeva u različitim otapalima. Neorganski oblici fosfornih spojeva nisu jednako topivi, stoga su i biljkama različito raspoloživi:

Vodotopivi fosfati su najmanje zastupljena frakcija fosfora u tlu. U vodenoj fazi tla nalazi se u

prosjeku manje od 1 kg ha-1 fosfora, dok porastom njihove koncentracije (nakon gnojidbe) dolazi do brze

transformacije u manje topive oblike. Ta kritična koncentracija ravnoteže vodotopivih i manje topivih

oblika fosfora ovisi prije svega o količini fosfora koja se već nalazi u tlu (Slika 23). Utvrđivanje te

vrijednosti značajan je zadatak agrokemije jer ona pokazuje razinu raspoloživog fosfora za ishranu bilja

nakon gnojidbe fosforom, odnosno stupanj njegove efikasnosti.

Slika 23. Korelacija između raspoloživosti fosfora u tlu i visine prinosa kao determinanta kritične koncentracije fosfora u tlu (Vukadinović i Vukadinović 2011)

Page 65: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

62

Fosfor topiv u kiselinama obično se dalje dijeli u dvije podfrakcije, ovisno o tome da li se spojevi s

fosforom otapaju u slabim ili jakim kiselinama. Spojevi koji se razlažu u slabim kiselinama vrlo su

heterogena grupa koja se teško može točno odrediti, a ima veliki značaj u ishrani bilja. Najčešće se

topivost u slabim kiselinama kod nas određuje u otopini amonijeva acetatlaktata pa se govori o At-

topivom fosforu. AL otopina (pH = 3,75) razlaže sekundarne kalcijeve i druge fosfate, ali i svježe

istaložene tercijarne fosfate koji tada sadrže dosta kristalne vode te su u amorfnom stanju. Druga

podfrakcija, koja je topiva u jakim kiselinama, obuhvaća tercijarne fosfate tipa apatita i fosforita, te

aluminijeve i željezne fosfate, dakle fosfor koji se obično svrstava u teško raspoložive rezerve tla. Fosfor topiv u lužnatim otopinama je frakcija koja zaostaje u tlu nakon tretmana s kiselinama i

djelomično je topiva u lužnatoj sredini. Najčešće se u tu svrhu koristi 0,25 mol dm-3 NaOH. Kod pH > 8

otapaju se djelomično fosfati željeza i aluminija koji pritom grade hidrokside u obliku taloga. Hidroksilni

ioni mogu zamijeniti fosfatne anione na izmjenjivačkom kompleksu tla, ako ih uopće ima. Količina

fosfora koja se oslobađa u lužnatim otopinama ovisi prije svega o količini kalcija u tlu i kreće se između

50 i 600 ppm.

Teško topivi fosfor je grupa spojeva čiji se sadržaj u nekom tlu neznatno mijenja, a tako vezani

fosfor potpuno je neraspoloživ za ishranu bilja. Otapanje je moguće izvesti u smjesi kiselina HCI i HNO3

(zlatotopka) ili u fluorovodičnoj kiselini (HF) nakon potpune razgradnje svih minerala tla, jer fosfor iz ove

frakcije uglavnom zamjenjuje silicij u kristalnim rešetkama minerala.

Organski fosfor tla akumulira se u tlu pretežito nakon razgradnje biljnih ostataka, ali jedan dio

nastaje kao posljedica mikrobioloških kemosintetskih procesa u tlu. Ako organska tvar sadrži manje od

0,2 % fosfora u procesu mineralizacije, sav oslobođeni fosfor koriste mikroorganizmi za svoje potrebe i

više biljke ostaju privremeno uskraćene za tako oslobođeni fosfor, sve do ugibanja mikroorganizama.

Pojava se označava kao biološko imobilizacja fosfora. Sadržaj organske frakcije fosfora značajno ovisi o tipu tla, a njezino frakcioniranje može se izvesti

u kiselinama i lužinama slično mineralnom fosforu tla. Za ishranu bilja povoljnija je frakcija topiva u

kiselinama jer brže podliježe procesu mineralizacije. Međutim, tla koja su duže vremena u eksploataciji

imaju veći sadržaj frakcije topive u lužinama pa je na njima gnojidba fosforom efikasnija jer je povećanje

prinosa veće, bez obzira na količinu pristupačnog fosfora u tlu. Razumljivo je kako između sadržaja ugljika u tlu i organske frakcije fosfora postoji uska

korelacijska veza. Organski oblici u tlu su manjim dijelom fosfolipidi, nukleinske kiseline (38-58 %) i

heksafosforni ester inozitola fitin (41-49 %). Intenzitet mineralizacije organskog fosfora značajno ovisi o

temperaturi i količini svježe organske tvari u tlu kao neophodnom izvoru energije za razvoj

mikroorganizama. Slično mineralizaciji dušika, vrlo je važan omjer između ugljika i fosfora u organskoj

tvari. Do imobilizacije fosfora dolazi ako je omjer C/P veći od 300:1, a mobilizacije tek kad se omjer suzi

na 200:1. Stoga se opravdano smatra kako količina raspoloživog fosfora za ishranu bilja pretežito ovisi o

sadržaju neorganskog fosfora u tlu. Osnovni faktor koji određuje pristupačnost fosfora je pH reakcija tla, odnosno zasićenost

adsorpcijskog kompleksa bazama. U neutralnim i lužnatim tlima prevladavaju kalcijevi fosfati koji su

lakše topivi od fosfata seskvioksida u kiselim tlima (Slika 24). Budući da raspoloživost fosfora snažno

utječe na efektivnu plodnost tla, razumljiva je potreba za održavanjem ili prilagođavanjem pH-

vrijednosti tla. Stoga kalcizacija kiselih tala često snažnije utječe na povećanje prinosa mnogih

poljoprivrednih vrsta nego gnojidba fosforom na kiselim tlima. Smatra se da je 1-2 % CaCO3 u tlu

Page 66: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

63

najpovoljniji sadržaj kalcija u odnosu na topivost fosfornih spojeva. Raspoloživost fosfora značajno ovisi

o stanju vlažnosti tla i brzini obnavljanja fosforne kiseline u vodenoj fazi tla (Vukadinović i Vukadinović

2011).

Slika 24. Utjecaj pH vrijednosti na raspoloživost fosfora (Vukadinović i Vukadinović 2011)

15.3.2. Fosfor u biljkama

Biljke usvajaju fosfor isključivo u anionskom obliku i to kao H2PO4- i HPO4

2-, a ugrađuju ga, za

razliku od dušika i sumpora, u organsku tvar bez redukcije, što je evolucijski razumljivo jer se na fosforu

temelji metabolizam energije svih živih bića.

Ortofosfatna kiselina različito disocira ovisno o pH-vrijednosti tla pa je tako porastom pH sve više

HPO42- i PO4

2- u tlu što se nepovoljno odražava na usvajanje fosfora. Postoje mišljenja da se aktivno

usvaja samo ion H2PO4- što objašnjava bolje usvajanje fosfora u slabo kiseloj sredini. Usvajanje fosfora iz

vodene faze tla je vrlo brz proces, ali je nažalost, koncentracija H2PO4- u tlu vrlo mala (10-5 mol dm-3), dok

je uspostavljanje dinamičke ravnoteže, nadoknadom iona fosfata iz topivih oblika fosfora, znatno sporiji

proces.

Koncentracija fosfora u biljkama prosječno je 0,3-0,5 %. Reproduktivni organi i mlađa tkiva sadrže

relativno više anorganskog fosfora. Najveće potrebe biljaka za fosforom su na samom početku vegetacije

tijekom intenzivnog razvoja korjenovog sustava i tijekom ulaska biljaka u reproduktivnu fazu života. Rana

potreba biljaka za fosforom često uzrokuje nakon nicanja biljaka njegov akutni nedostatak u uvjetima

kad je temperatura tla još niska ili korijen nema dovoljno kisika, što se uglavnom događa zbog suviška

vlage. Pokretljivost fosfora u biljci je dobra u oba smjera (floemom i ksilemom).

Fosfor je sastavni dio važnih organskih spojeva. Sastojak je fosfatida, nukleotido, nukleinskih

kiselina, enzima itd., a kao rezerva fosfor je najčešće vezan u fitinskoj kiselini. Anorganski fosfor u biljci

sudjeluje i u održavanju osmotskog tlaka. Značajnu ulogu ima prilikom aktivacije većine organskih

spojeva jer omogućuje savladavanje energetskih prepreka u biokemijsko-fiziološkim reakcijama

(metabolitska aktivacija supstrata).

Kao sastavni dio različitih koenzima i prostetičkih grupa fosfor sudjeluje u važnim metabolitičkim

procesima. Sastavni je dio purinskih, pirimidinskih, nikotinamidnih, flavinskih, piridoksalfosfatnih i

tiaminfosfatnih koenzima, koenzima-A i dr. Stoga fosfor ima dvije nezamjenjive funkcije:

Page 67: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

64

sudjeluje u metabolizmu energije ugljikohidratnih i dušičnih spojeva

sastavni je dio DNK i ima nezamjenjivu ulogu u nasljeđivanju.

Svi živi organizmi zahtijevaju energiju za održavanje života, rast i razvitak. Rijetko se fiziološki

procesi odvijaju spontano (egzotermno) pa kemijski vezana energija omogućuje odvijanje endotermnih

reakcija i procesa (koji zahtijevaju energetski input), odnosno biološki rad svih stanica i organizama za

što je potreban fosfor. S obzirom na opskrbu energijom, dva su temeljna tipa odnosa organizama i

okoliša: autotrofi i heterotrofi. U prvom slučaju hrana se sintetizira fotosintezom (zelene biljke, primarni

proizvođači), dok heterotrofi koriste već gotovu organsku tvar ili hranu (potrošači).

Energija oslobođena iz „nestabilnih” molekula (potencijalna energija) u egzergonim reakcijama

koristi se za „aktivaciju” stabilnih molekula i „pogon” endergonih reakcija, odnosno odvijanje fizioloških

procesa. Međutim, mjesta dobivanja energije i njene potrošnje najčešće su udaljeni zbog organizacije

stanice i regulacije procesa, odnosno kompartmentnosti stanice. Zato se energija „konzervira” u obliku

kemijske energije ATP, koji je svojevrsna univerzalna „energetska valuta”. Direktnom hidrolizom

nestabilne fosfatne veze nastaje ADP uz oslobađanje toplinske energije, a prijenosom terminalne

fosfatne grupe enzimskom katalizom na druge spojeve oni se „aktiviraju” (fosforiliraju), odnosno tada

sadrže dovoljno slobodne energije da „preskoče” energetsku barijeru i stupe u reakciju. Stanično

disanje je otuda postupno (enzimatsko) razlaganje složenih molekula do CO2 i H2O uz oslobađanje

energije „rearanžiranjem” elektrona unutar kemijskih veza u nizu oksidoredukcijskih koraka.

U disanju ne sudjeluju samo ugljikohidrati, već i masti, organske kiseline, rezervni proteini, ili čak i

konstitucijski proteini kad nedostaje visokoenergetskih molekula.

Premda se sinteza ATP-a i NADP-a može odvijati bez svjetlosti na račun energije različitih

organskih spojeva, sveukupan metabolizam energije započinje fotofosforilacijom, odnosno sintezom

ATP-a u procesu fotofosforilacije. Niz fotokemijskih reakcija, u kojima se energija svjetlosti transformira

u energiju kemijskih veza, sumarno se može predstaviti jednadžbom:

Svjetlost

2 NADP + 2 H3PO4 + 2 ADP + 2 H2O 2 NADPH2 + O, + 2 ATP

Klorofil

Energija akumulirana u spojevima ATP i NADPH (u svijetloj fazi fotosinteze) nije stabilna i

transformira se u energiju ugljikohidrata u tamnom dijelu fotosinteze (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.3.3. Nedostatak i suvišak fosfora

Nedostatak fosfora vrlo je česta pojava, a prvi simptom je slab rast biljaka. Kod jače izraženog

nedostatka slabo se razvija korjenov sustav, cvjetanje i zrioba biljaka kasne, smanjena je tvorba proteina

uz povišen sadržaj amida i nizak sadržaj vitamina. Simptomi nedostatka fosfora zapažaju se najprije u tamnozelenoj boji lišća, često uz crvenkastu

nijansu, biljke su manje, lišće kasni u razvoju uz pojavu kloroze, a starije lišće izumire. Tamnija boja lišća

u prvoj fazi nedostatka fosfora je posljedica prestanka njihovog rasta uz gotovo normalnu sintezu

klorofila. Pojava crvenkaste ili purpurne nijanse uzrokovana je povećanom sintezom antocijana što

signalizira duži nedostatak fosfora. Fosfor se brzo premješta u biljci iz manje aktivnih tkiva i organa u

Page 68: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

65

mlade i vitalnije dijelove. Zbog toga se kod nedovoljne raspoloživosti fosfora intenzivira aktivnost

fosfataza. Suvišak fosfora u prirodnim uvjetima relativno je rijetka pojava i događa se kad koncentracija

fosfora u suhoj tvari prijeđe 1 % uz čest nedostatak cinka i željeza. Simptomi suviška su usporen rast,

tamne pjege na lišću koje se šire prema bazi lista i lišće konačno opada. Veće količine fosfora ubrzavaju

metabolizam i dovode do skraćivanja vegetacije, prijevremenog cvjetanja i starenja biljaka. Ubrzavanje

rasta i brz razvitak biljaka skraćuje etape organogeneze, ali u nekim slučajevima može skratiti period

tvorbe plodova (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.4. Kalij

Kalij je alkalni metal velike rasprostranjenosti u prirodi. U tlu i biljkama nalazi se samo kao

jednovalentni kation (K+) s redukcijskim svojstvima. Ne ulazi u sastav organske tvari, već se uglavnom

labavo veže na proteine. Međutim ima vrlo važnu ulogu pri uzgoju biljaka. Naime, kalij ima ulogu

specifičnog aktivatora, odnosno modulatora aktivnosti enzima, ali i elektrolita. Zbog visoke koncentracije

u protoplazmi snažno utječe na hidratiziranost protoplazme. Kalij ima ključnu ulogu u fotosintezi,

floemskom transportu asimilata, metabolizmu dušika i procesima skladištenja rezervnih tvari. Budući da

protoplazma sadrži visoku koncentracija K+ iona, kalij je izuzetno važan u regulaciji sadržaja vode u

biljkama i ima ključnu ulogu u adaptaciji biljaka na nepovoljne klimatske prilike, npr. sušu, mraz i

salinitet. Također, kalij ima značajnu ulogu u otpornosti i tolerantnosti biljaka na patogene (Vukadinović

i Vukadinović 2011).

15.4.1. Kalij u tlu

Kalij u tlu potječe iz primarnih minerala kao što su feldspati, liskuni i drugi. Njihovim raspadanjem

oslobađa se kalij koji se najvećim dijelom odmah veže na adsorpcijski kompleks tla te mu je pokretljivost

i opasnost od ispiranja iz tla mala, osim na lakšim, pjeskovitim tlima. Raspoloživost kalija usko je povezana s procesima sorpcije i desorpcije pri čemu i drugi kationi

utječu na nju. Pojava čvrstog vezivanja kalija na specifične lokacije nekih glinenih minerala označava se

kao fiksacija što izravno utječe na usvajanje kalija iz tla.

Samo se mobilni kalij (kalij u vodenoj fazi tla, te kalij izmjenjivo vezan na vanjskim površinama

minerala gline) može smatrati potpuno pristupačnim za ishranu bilja, dok fiksirani oblik sporo

nadoknađuje manjak kalija u izmjenjivoj fazi. Sorpcija kalija dovodi do istiskivanja drugih kationa s tijela

sorpcije, posebice viševalentnih kationa od kojih su najznačajniji Ca2+ i Mg2+. Oba navedena kationa s

neselektivno vezanim kalijem (na vanjskim površinama minerala gline) pokazuju jaku mogućnost

zamjene.

Intenzitet fiksacije kalija u nekom tlu izravno ovisi o sadržaju i sastavu gline. Sukladno tome

sposobnost fiksacije nemaju kaoliniti, kloriti i glimeri, dok malu fiksaciju pokazuje montmorilonit,

promjenjivu Ilit (ovisno od stupnju raspadnutosti), a jaku vermikulit. Fiksacija je jača u površinskom sloju

tla koji je nasuprot dubljim slojevima podvrgnut naizmjeničnom sušenju i vlaženju.

Ukupan sadržaj kalija u tlima prilično je visok te u prosjeku iznosi 0,2-3,0 %. Viši sadržaj kalija

imaju teška, glinasta tla, dok su organske rezerve kalija vrlo male. Humus sadrži manje od 0,1 % kalija

pa je za ishranu bilja isključivo odgovoran kalij na adsorpcijskom kompleksu. Izmjenjiva količina kalija

u tlu prosječno je 40-400 ppm što je oko 2 % prosječnog kapaciteta adsorpcije. Za ishranu bilja

Page 69: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

66

najpovoljnijim se smatra kada je na adsorpcijskom kompleksu 2,0-3,5 % K (po nekim istraživačima 3-5

%). Vodena faza tla sadrži samo oko 1 % izmjenjivo vezanog kalija u tlu. Slično kao i kod fosfora, zapaženo je kako se nakon gnojidbe kalij podvrgava nekim promjenama,

vjerojatno fiksaciji u međulamelarne prostore sekundarnih minerala, uslijed čega mu opada

raspoloživost. Ta činjenica objašnjava pojavu slabe reakcije biljaka na gnojidbu kalijem u prvoj godini,

posebno na tlima siromašno opskrbljenim s kalijem (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.4.2. Kalij u biljkama

Fiziološka uloga kalija, kao neophodnog elementa biljne ishrane kasno je rasvijetljena, budući da

kalij nije građevni element niti jednog spoja žive tvari. Danas se smatra kako se uloga kalija može

podijeliti na dvije osnovne funkcije: aktivacija enzima i

regulacija propustljivosti živih membrana.

Kalij aktivira ili modulira rad 40-ak enzima (promjenom uvjeta unutar mikro okruženja, npr. pH,

ionska koncentracija, temperatura, prisutnost ili odsutnost inhibitora i dr.). To je svojstvo vjerojatno

povezano i s malom veličinom atoma kalija te može mijenjati konformaciju proteina i oslobađati aktivna

mjesta na enzimima i tako stimulirati vezu s odgovarajućim supstratima. Također, velika koncentracija K+

u protoplazmi oduzima konstitucijsku vodu proteina za potrebe svog hidratacijskog omotača što

uzrokuje konformacijske promjene i pojavu tzv. efekta elektrokonformacijskog vezivanja. Kod dobre opskrbljenosti kalijem u biljkama je povećana neto asimilacija uz bržu sintezu rezervnih

tvari kao što su škrob, saharoza, lipidi i proteini. Druga funkcija kalija najuže je povezana s njegovim osmoregulacijskim djelovanjem. Naime, kalij je

najznačajniji elektrolit u živom tkivu pa izravno utječe na održavanje turgora i regulira otvaranje pući. Od

ukupne količine usvojene vode, 90% je tranzitna koja se gubi evapotranspiracijom, najvećim dijelom kroz

pući, jer one moraju biti otvorene zbog asimilacije CO2. Zatvaranje pući predstavlja tek ograničenu

kontrolu gubitka vode. Zapravo, mehanizam kontrole gubitka vode otvaranjem i zatvaranjem pući je

složen i u njemu sudjeluje abcizinska kiselina (ABA) koja signalizira zatvaranje puci u nedostatku vode.

Suprotan efekt imaju ioni K+ i Cl- i malat koji djeluju suprotno i njihovo ulaženje u stanice zapornice

uvjetuje otvaranje pući. Utjecaj kalija na hidrataciju tkiva povezan je zapravo sa svim biokemijsko-fiziološkim procesima u

živoj stanici koji se odvijaju u vodenoj sredini, gdje voda služi kao transportno sredstvo, izvor elektrona i

protona. Kalij utječe i na transmembranski pH-gradijent potreban za sintezu ATP (Vukadinović i

Vukadinović 2011).

15.4.3. Nedostatak i suvišak kalija

Koncentracija kalija u biljkama dostiže ponekad i 5 % u odnosu na suhu tvar. Prema tome, biljke ga

zahtijevaju gotovo koliko i dušika (2-5 % u odnosu na suhu tvar), a neke kaliofilne vrste i znatno više. Nedostatak kalija, zbog njegove složene i važne funkcije u biljnom metabolizmu, odražava se na

cjelokupan rast i razvitak biljaka. Rast biljaka je usporen, a kod nedostatka kalija dolazi do njegovog

brzog premještanja iz starijih u mlađe i aktivnije dijelove biljke. Stoga se simptomi nedostatka kalija prvo

zapažaju na starijem lišću. Kloroza se rijetko pojavljuje pa boja ostaje normalna ili je čak i tamnija (zbog

Page 70: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

67

usporenog rasta). Kod starijeg lišća se javlja tipična rubna nekroza (koja započinje od vrha) i list se često

savija prema dolje. Novoformirano lišće manje je nego obično i često valovite površine. Biljke imaju

snižen turgor i djeluju uvenulo. Do nedostatka kalija najčešće dolazi na lakim, pjeskovitim tlima, zatim teškim glinovitim tlima s

izraženom K-fiksacijskom moći ili tlima koja imaju suvišak kalcija ili magnezija. Biljke kalij usvajaju u

velikoj količini te je manjak vrlo česta pojava, a gnojidba kalijem u poljoprivredi je redovita agrotehnička

mjera. Suvišak kalija izuzetno se rijetko javlja, a moguć je na zaslanjenim tlima ili kod višekratne obilne

gnojidbe (u vrtovima, plastenicima i staklenicima). Tada se javljaju problemi s usvajanjem kalcija i

magnezija, ali i nekih mikroelemenata (B, Zn i Mn), (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.5. Kalcij

Kalcij je zemnoalkalni metal koji posjeduje sposobnost izgradnje kompleksnih spojeva, ali ne

sudjeluje u građi žive tvari, osim u nekoliko manje važnih spojeva. Fiziološka funkcija mu je ipak vrlo

značajna u ishrani bilja. Utječe na fizičko-kemijska svojstva protoplazme, aktivira 20-ak enzima, iako

nespecifično, a nakuplja se u staničnim stjenkama, vakuolama, jezgri, kromosomima, kloroplastima i

mitohodrijima te povećava stabilnost živih membrana i utječe na njihovu propustljivost. Kalcij ulazi u red

vrlo rasprostranjenih elemenata litosfere u kojoj ga ima oko 3,6 % (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.5.1. Kalcij u tlu

Kalcij je u tlu podrijetlom iz primarnih minerala silicija i sekundarnih minerala kalcija kao što su

kalcit (CaCO3), dolomit (CaCO3 x MgCO3), gips (CaSO4 x 2 H2O), različiti kalcijevi fosfati itd. Njihovom

razgradnjom oslobađa se kalcij koji je u tlu pretežito izmjenjivo sorbiran ili pak iznova gradi sekundarne

minerale.

Anorganske rezerve kalcija u tlima su prosječno 0,2-2,0 %, a u karbonatnim tlima često prelaze

10%. Organska rezerva kalcija u tlu je uglavnom bez značaja za ishranu bilja. Najveći dio pristupačnog

kalcija (prosječno 400-4.000 ppm) je u izmjenjivom obliku pa Ca2+ ioni zauzimaju nerijetko i preko 80 %

adsorpcijskog kompleksa tla. U vodenoj fazi tla nalazi se samo 1-5 % od ukupne izmjenjive količine kalcija

u nekom tlu, a najčešće je to između 20 i 150 ppm.

Karbonatna tla (vapnenci) najčešće se javljaju u aridnim i semiaridnim klimatskim uvjetima

(premda ih i ima i u vlažnim predjelima kad su formirana na karbonatnim stijenama), bogata su

kalcijevim karbonatom u površinskom sloju (CaCO3), pH im je između 7,5 i 8,5 zbog pufernog djelovanja

hidrogenkarbonata: CaCO3 + H2O → Ca2+ + HCO3- + OH-

Na karbonatnim tlima redovito se javljaju poremećaji u ishrani bilja, a manifestiraju se u vidu

različitih tipova kloroza i usporenog rasta biljaka. Uzrok je slaba raspoloživost, najčešće teških metala

kao i izravna toksičnost hidrogenkarbonatnog aniona (HCO3-). Prisutnost CaCO3 izravno ili neizravno

utječe na raspoloživost dušika, fosfora, magnezija, kalija, mangana, cinka, bakra i željeza. Problemi u

ishrani dušikom nastaju zbog brze nitrifikacije amonijskog oblika u nitratni anion pri pH 7,0-8,0 koji je

podložan ispiranju: 2 NH4+ + 3 O2 → 2 NO3

- + 8 H+

Gubici dušika u vapnenim tlima nastaju i zbog volatizacije (gubitak N iz tla u obliku plinovitog

amonijaka). U tlima bogatim kalcijem amonijev ion lako reagira nastankom nestabilnog amonijevog

karbonata koji se pod utjecajem vode transformira do plinovitog amonijaka:

Page 71: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

68

2 NH4+ + CaCO3 (NH4)2 CO3+Ca2+

(NH4)2 CO3 + H2O 2 NH3 + H2O + CO2

Nezamjenjiva je uloga kalcija u održavanju pH-vrijednosti tla jer on indirektno utječe na

raspoloživost svih drugih elemenata, najviše B, Fe, Mn, Zn i Cu. Kalcij je vrlo važan za održavanje

strukture tla jer zajedno s humusnim tvarima omogućava povezivanje njegovih čestica u strukturne

agregate pa posredno snažno utječe na vodnozračni režim tla i oksido-redukcijske procese, odnosno

izrazito povećava njegovu biogenost (povoljan utjecaj na proces amonifikacije, nitrifikacije, biološku

fiksaciju dušika, oksidaciju sumpora itd.).

Zakiseljavanje poljoprivrednih tala Hrvatske veliki je problem (više od 50% poljoprivrednih tala je

kiselo). Trend opadanja pH ponajviše je prisutan u tlima s konvencionalnom i intenzivnom

poljoprivredom. Niska pH-vrijednost dovodi do niza negativnih pojava u tlu, npr. uzrokuje deficit kalcija i

magnezija (a time i kvarenje strukture tla), toksičnost aluminija i/ili mangana, smanjene raspoloživosti

fosfora, nisku efikasnost gnojidbe dušikom, fosforom i kalijem uz usporen rast i razvitak biljaka. Stoga se

kao obvezna mjera popravka kiselih tala preporuča kalcizacija, ali uz prethodno provođenje detaljne

kemijske analize tla i uvažavanje ostalih mjera popravaka (humizacija, fosfatizacija, primjena

mikroelemenata i dr.).

U ekstremno kiselim tlima, kod pH < 4,0, dolazi do izravne toksičnosti H+ iona (više biljke ne

uspijevaju ispod pH ≤ 3,7), kod pH < 5 česta je toksičnost iona Al3+ i Mn2+, a kad je pH > 4,2 toksičnost H+

iona je neizravna i to putem aktivacije teških metala.

Na temelju brojnih istraživanja smatra se da je za ishranu bilja optimalno kada je na adsorpcijskom

kompleksu nekog tla vezano 65-85 % Ca, 5-15 % Mg i 2-3,5 % K.

Kalcij se iz tla lako gubi ispiranjem, pogotovo iz kiselih tala ili kad je količina oborina veća od 600-

700 mm god-1. U takvim uvjetima ispiranje je prosječno 80-100 kg Ca ha-1 god-1, a ponekad i više,

posebice u blizini industrijskih područja s kiselim kišama (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.5.1.1. Kalcizacija

U kiselim tlima znatno je manje kalcija te se u praksi vrlo često javlja potreba za kalcizacijom kao

agrotehničkom mjerom koja podrazumijeva unošenje Ca (u obliku raznih vapnenih materijala) u tlo radi

neutralizacije kiselosti tla. Agrotehničku mjeru unošenja Ca u tlo (kalcizaciju) treba jasno razlikovati od

kalcifikacije, jer taj izraz označava formiranje sekundarnih minerala kalcija ili njegovih soli. Za

utvrđivanje potrebe u kalcizaciji kiselih tala koristi se vrlo veliki broj različitih kemijskih metoda (vidi

Vukadinović i Vukadinović 2011). Kalcizacija je vrlo stara agrotehnička mjera (poznavali su ju stari Rimljani) i njezini pozitivni učinci

na kiselim tlima dobro su poznati. Ipak, ona može izazvati drastične promjene u raspoloživosti hraniva,

posebice fosfora i teških metala, pa se mora provoditi obazrivo. Mudro je postupno utjecati na

promjenu pH (efekt na 3-4 godine), jer promjena od vrlo kisele do neutralne sredine radikalno mijenja

uvjete (biološko-fizičko-kemijska svojstva tla), što onda zahtijeva meliorativne doze mineralnih gnojiva,

prvenstveno fosfora i mikroelemenata te unošenje većih količina organskih gnojiva za humizaciju.

Naime, kalcizacija je mjera koja radikalno mijenja biogenost tla (zbog promjene stanja oksidoredukcije)

pa se pomiče ravnoteža tvorbe i razlaganja humusa u smjeru pojačane mineralizacije. To vodi, nakon

Page 72: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

69

početnog porasta efektivne plodnosti, u iscrpljivanje tla i pad produktivnosti. Stoga se u razvijenim

zemljama može čuti poslovica „Kalcizacija bogati očeve, a siromaši sinove”. Kao materijal za kalcizaciju koristi se najčešće mljeveni kalcijev karbonat, ali i lapor, dolomit,

saturacijski mulj iz šećerana ili drugi otpadni materijali koji sadrže kalcij. S finoćom mljevenja materijala za kalcizaciju raste i njihova djelotvornost (zbog porasta dodirne

površine s česticama tla), ali krupniji materijal ima produženo djelovanje i treba ga koristiti za kalcizaciju

prije zasnivanja trajnih nasada (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.5.2. Kalcij u biljkama

Kalcij se pretežno usvaja aktivnom zonom korijena. Usvajanje kalcija je znatno sporije u odnosu na

većinu drugih elemenata. Raspoloživost Ca određena je najprije s pH-reakcijom tla. U ishrani bilja vrlo je važan omjer

između sadržaja Ca/K (Ehrenbergov zakon) i odnos Ca/Mg (Loewov zakon), odnosno omjer K/(Ca + Mg).

Kalcij se slično boru, a za razliku od K i Mg, u biljkama premješta transpiracijskom strujom u ksilemu

(prema gore). Kretanje Ca floemom, prema dolje floemom vrlo je slaba ili se uopće ne događa. Bolje

usvajanje kalcija, odnosno povećanu mobilnost Ca2+ u biljci, potpomaže gnojidba s Ca(NO3)2 te folijarna

primjena kalcija. Koncentracija kalcija u biljkama iznosi oko 0,5 % u odnosu na suhu tvar (0,1 do > 5 %). Kalcij je u

biljkama uglavnom čvrsto vezan, a tek se vrlo mala količina pojavljuje kao elektrolit protoplazme.

Jednosupnice sadrže u prosjeku manje kalcija od dvosupnica, a usvaja se u ionskom obliku kao Ca2+. U

lišću je više kalcija nego u korijen, dok je starije lišće bogatije s Ca od mlađega. To ukazuje na teško

premještanje kalcija u biljkama (iz fiziološki starih u mlađe, aktivnije dijelove), a resorpcija Ca i njegovo

ponovno korištenje vjerojatno je moguća samo iz korijena i stabla, ali ne i iz starijeg lišća gdje ga i najviše

ima. Kalcij je konstituent vrlo malog broja organskih spojeva u biljci. Sudjeluje u građi pektina i fitina, te

se nalazi u kristalnim tijelima kao što su oksalati, kakit i dr. Kalcij sudjeluje u neutralizaciji suvišne

kiselosti staničnog sadržaja, posebice vakuole. Budući da je kalcij faktor sinteze oksaloctene kiseline koja

se lako veže sa K, Na, N, P, B kalcij ima značajnu ulogu prilikom opskrbljenosti biljaka navedenim

elementima. Kalcij je čest i kao CaCO3 inkrustacija u staničnim stjenkama biljaka. Suprotno kaliju i drugim jednovalentnim kationima, kalcij, kao dvovalentni kation, smanjuje

hidratiziranost protoplazme, povećava njezinu viskoznost. Značajna je uloga kalcija u stabilizaciji

središnje pektinske lamele stanične stjenke (Ca-pektinat), ali i stabilnosti kromosoma i stanične jezgre.

Također, kalcij značajno utječe na aktivnost nekih fitohormona, te tako utječe na rast biljaka i aktivnost

apikalnih meristema. Stoga kod nedostatka Ca dolazi do neregularne diobe i diferencijacije meristemskih

stanica uz čestu pojavu poliploidije. Za razliku od drugih kationa, kalcij ima relativno malu ulogu u aktivaciji enzima pa se smatra da je

njegovo djelovanje na metabolizam vezano uz regulaciju permeabilnosti membrana za različite tvari, ali i

propustljivost elektrona i protona. Na taj način uloga kalcija je vrlo značajna u procesima fotosinteze i

disanja.

Fiziološku ulogu kalcija kod njegovog deficita može djelomice preuzeti stroncij koji mu je kemijski

vrlo sličan (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 73: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

70

15.5.3. Nedostatak i suvišak kalcija

Kalcij se rijetko javlja u kritičnom nedostatku s izraženim simptomima deficita. Naime, probleme

izaziva vrlo nizak ili visok sadržaj kalcija u tlu što se preko pH-vrijednosti posredno odražava na

raspoloživost većine drugih biogenih elemenata. Simptomi nedostatka kalcija prvo se zapažaju na mladom lišću kao kloroza. Biljke sporije rastu,

usporen je razvitak korijena (posebice kod nižih temperatura), a biljke imaju „grmolik” izgled. U kasnijim

fazama deficita kalcija zapaža se nekroza mlađeg lišća koja se širi od vrha i rubova pri čemu lisni nervi

imaju tamnu boju. Lišće se često uvija, a biljke lako poliježu zbog slabljenja staničnih stjenki. Nedostatak kalcija izaziva pojačanu aktivnost enzima pektinaze što uzrokuje autolize staničnih

stjenki parenhimskih stanica (posebice plodova). Javljaju se tamnosmeđe zone s odrvenjelim i

začepljenim provodnim elementima. Boja potječe od melaninskih tvari nastalih zbog oksidacije

slobodnih fenola (koji se inače stabiliziraju u obliku Ca-helata) u kinone. Također, biljke slabo

opskrbljene kalcijem proizvode polen slabe klijavosti što stvara probleme kod oplodnje. Izravno djelovanje suviška kalcija na rast biljaka do sada nije poznato, ali u takvim okolnostima

dolazi do problema kod usvajanja gotovo svih biogenih elemenata i pojave simptoma njihovog

nedostatka. Na području istočne Hrvatske vrlo su česti problemi izazvani vapnenom klorozom koja se

manifestira simptomom deficita željeza i cinka, podjednako na trajnim nasadima kao i poljoprivrednim

usjevima (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.6. Magnezij

Magnezij je zemnoalkalijski metal koji je sposoban graditi kompleksne spojeve. Najvažniji od tih

spojeva u biljnom svijetu je klorofil. Magnezij je vrlo rasprostranjen element i čini 2,1 % litosfere, a

potreban je za veći broj procesa uključenih u sintezu organskih tvari. Ima pozitivan utjecaj na

metabolizam ugljikohidrata, proteina i masti te zajedno s drugim kationima utječe na koloide

protoplazme i aktivira veliki broj enzima (Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.6.1. Magnezij u tlu

Magnezij u tlu je podrijetlom iz primarnih minerala kao što su silikati, mnogi bazični minerali, te iz

sekundarnih magnezita i dolomita. Nakon raspadanja minerala ioni Mg2+ se vežu na adsorpcijski

kompleks tla ili iznova grade sekundarne minerale. Magnezija u tlu ima oko 0,1-1,0 %, a u karbonatnim

tlima i mnogo više. Organske rezerve magnezija, slično kalciju, su beznačajne za ishranu bilja. Izmjenjivi

oblik magnezija zauzima do 20 % adsorpcijskog kompleksa tla ili 20-400 ppm, a povoljan sadržaj je

između 5 i 15 % od KIK-a. U vodenoj fazi tla se nalazi vrlo mala količina Mg (Vukadinović i Vukadinović

2011).

15.6.2. Magnezij u biljkama

Koncentracija magnezija u biljkama prosječno iznosi 0,1-1,0 % u odnosu na suhu tvar, a kod dobre

opskrbljenosti iznosi 0,15-0,35 % u odnosu na suhu tvar. Reproduktivni organi bogati su magnezijem.

U biljkama je prosječno 50 % magnezija slobodno i stoga je ion Mg2+ vrlo značajan elektrolit (≈ 30 % Mg

sorbirano je na koloide protoplazme, a oko 15 % je ugrađeno u klorofil, a kod slabe opskrbljenosti biljaka

s Mg to je i više od 50 %).

Page 74: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

71

U biljci je magnezij pokretljiviji od kalcija i za razliku od njega, premješta se i floemom. Klorofil je

jedini organski spoj čiji je magnezij konstitucijski element i najviše ga ima u mladom lišću koje raste.

Usvajanje magnezija je aktivan proces, uglavnom je ograničen na aktivnu zonu korijena.

Antagonizam kod usvajanja magnezija javlja se pri suvišku kalcija, kalija, mangana. Na karbonatnim tlima u vlažnim uvjetima magnezij često jače od kalcija utječe na pojavu vapnene

kloroze. U istraživanjima na istoku Hrvatske koncentracija kalcija i magnezija u suhoj tvari izbojaka je bila

pod značajnim utjecajem vlažnosti tla i gnojidbenog tretmana. U sušnim uvjetima koncentracija kalcija

bila je za 76 %, a magnezija za 83 % veća u odnosu na izbojke biljaka uzgajanih u vlažnim uvjetima.

Magnezij je aktivator velikog broja različitih enzima: peptidaza, dehidrogenaza, karboksilaza,

dekarboksilaza i drugih. Kofaktor je gotovo svih enzima koji kataliziraju reakcije fosforiliranih supstrata te

je neizravno uključen u metabolizam energije. U fotosintezi Mg sudjeluje kao aktivni centar klorofila,

aktivator je ribuloza-difosfat-karboksilaze i utječe na protonski gradijent između tilakoida i strome

kloroplasta. U glikolizi Mg nespecifično aktivira enolazu, a također djeluje na dekarboksilaze Krebsovog

ciklusa. Značajna je uloga magnezija kod agregacije i stabilizacije ribosoma u biosintezi proteina

(Vukadinović i Vukadinović 2011).

15.6.3. Nedostatak i suvišak magnezija

Simptomi nedostatka magnezija vezani su uz razgradnju klorofila i pojavljuju se prvo na starijem

lišću u obliku kloroze, a zatim i na mlađem lišću. Kloroza je tipično međužiljna (žile su zelene, a prostor

između njih je svijetlozelen, tzv. „mramorne vene”). Kod jačeg nedostatka magnezija lišće poprima

najprije narančastu, zatim crvenu i purpurnu boju te na posljetku dijelovi lista prelaze u nekrotične

površine, dok lisne žile još neko vrijeme ostaju zelene.

Suvišak magnezija nije česta pojava. Simptome suviška moguće je zapaziti na tlima nastalim na

dolomitima i serpentima, a ogledaju se kao specifične morfoze (odstupanje od normalnog izgleda

pojedinih organa, posebice lista). U istočnoj Hrvatskoj suvišak magnezija pojavljuje se na solonecima čiji

KIK može sadržavati više od 60 % Mg, odnosno dvostruko više nego Ca. U takvom tlu jasno se zapažaju

antagonistički odnosi kationa. Naročito je naglašen odnos Ca/Mg (Loewov zakon), odnosno omjer K/(Ca

+ Mg), toliko da je habitus biljaka posve netipičan pa se jasno zapaža njihov „grmolik” izgled sa sitnim i

naboranim listovima uz preranu pojavu cvjetova.

Kod jednosupnica mlado lišće se uvija i ne razvija potpuno. Biljke pate od nedostatka kalija i kalcija

pa se javljaju simptomi deficita tih, ali i drugih elemenata (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 75: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

72

16. MIKROELEMENTI

Biljno tkivo općenito sadrži znatno manju količinu mikroelemenata jer oni u odnosu na

makroelemente djeluju u malim količinama pa se često uočava njihov deficit, ali i suvišak. Međutim, oni

su neophodni i jednako važni u ishrani bilja kao i makroelementi. Njihov nedostatak predstavlja značajno

ograničenje u razvoju biljaka. Vrlo je malo podataka o kritičnoj koncentraciji mikroelemenata u tlu i

biljkama, ispod koje dolazi do otežano razvoja biljaka. Mikroelementi imaju vrlo važne i složene funkcije u biljnoj ishrani, ali većina njih povezana je s

enzimatskim reakcijama u metabolizmu tvari i energije. Između mikroelemenata postoje znatne razlike

koje se očituju u specifičnim funkcijama u biljkama. Primjerice, bakar, željezo i molibden su bitan dio

kompleksa fotosintetskih reakcija kao i drugih metaboličkih i energetskih procesa. Cink i mangan

najčešće se javljaju kao „mostovi” koji povezuju enzime sa supstratom (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Tablica 9. Prosječna koncentracija mikroelemenata u tlu (površinskih 15 cm) i usjevima (Brady and Weil 1999, preuzeto iz Vukadinović i Vukadinović 2011)

Mikroelement Prosječna koncentracija Omjer

usjev/tlo tlo (kg ha-1) usjev (mg kg-1) Željezo (Fe) 56.000 2,0 1:28.000

Mangan (Mn) 2.200 0,5 1:4.400 Cink (Zn) 110 0,3 1:366

Bakar (Cu) 45 0,1 1:450

Bor(B) 22 0,2 1:110 Molibden (Mo) 5 0,02 1:250

Klor (Cl) 22 2,5 1:0,9

Nikal(Ni) 50 0,2 1:250

16.1. Željezo

Željezo je teški metal. U tlu i biljkama se nalazi kao dvovalentni i trovalentan kation ili u

odgovarajućim spojevima. Vrlo lako mijenja valentno stanje i može graditi kompleksne spojeve, a u

biljkama je uglavnom u Fe(lll) oksidacijskom stanju. Njegovo podrijetlo u tlu vezano je za mnogobrojne primarne i sekundarne minerale. U procesima

njihovog raspadanja dolazi do oslobađanja željeza, koje u kiselim tlima vrlo brzo iznova gradi sekundarne

minerale. Svježe istaloženi minerali željeza u obliku su amorfnih koloida pristupačnih za ishranu bilja

(Vukadinović i Vukadinović 2011)..

16.1.1. Željezo u tlu

Rezerve željeza u tlu su najvećim dijelom anorganske prirode i ukupni sadržaj željeza obično je

između 0,5 i 4,0 % (prosječno 3,2 %). Sadrže ga karbonati, oksidi, silikati, sulfidi, a najznačajniji su

hematit (α-Fe2O3) i getit (α -FeOOH). U tlima s puno organske tvari organske rezerve željeza mogu biti

značajne, i to kao Fe-oksi-hidroksi spojevi i Fe-helati. U ionskom obliku nalazi se kao Fe3+, osim u vrlo

kiseloj sredini kada prevladava Fe2+. Porastom kiselosti i uz prisutnost fosfora nastaju vrlo teško

pristupačni fosfati željeza, dok se u lužnatoj sredini željezo nalazi u obliku teško topivih oksida. Stoga

Page 76: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

73

kalcizacija i fosfatizacija kiselih tala može znatno smanjiti raspoloživost željeza. Topivi oblici željeza u tlu

su Fe2+, Fe3+, Fe(OH)+2 i FeOH2+, a s porastom pH-vrijednosti topivost (raspoloživost) željeza značajno

opada (Slika 25). Većina tala sadrži dovoljno mobilnog željeza te lako mobilnih rezervi, premda je nedostatak čest,

najčešće na jako humoznim (naročito tresetnim), ali i karbonatnim tlima (npr. černozemi istočne

Hrvatske i neka tla mediteranskog pojasa).

Slika 25. Topivost željeza ovisno o pH vrijednosti tla (Vukadinović i Vukadinović 2011)

16.1.2. Željezo u biljkama

Biljke usvajaju željezo kao ione Fe2+, Fe3+ ili u obliku helata, koji se mogu razlikovati s obzirom na

pH reakciju tla. Usvajanje željeza je povezano s redukcijom, pa kod nedostatka Fe biljke u tlo izlučuju

fenole i druge reducirajuće tvari. Kompeticiju usvajanju željeza pokazuju: Cu > Ni > Co > Zn > Cr > Mn, a

kod viših pH-vrijednosti Ca2+ i fosfati. Ishrana s N-NO3- smanjuje, a sa N-NH4

+ povećava usvajanje željeza.

Oko 80 % od ukupnog željeza u biljci se nalazi u stromi kloroplasta gdje je vezano na proteine i/ili kao

rezerva u obliku fitoferitina, a 9-19 % Fe je vezano u obliku kem-Fe ili Fe-S-proteina u listu. Koncentracija željeza u suhoj tvari biljaka najčešće je unutar granice 50 i 1000 ppm. Pokretljivost

željeza u biljkama je osrednja do loša jer je 80-90 % željeza u biljci čvrsto vezano. Željezo se premješta u

biljci samo ako je vezano na hidroksikarbonske kiseline, fenole, tiole, polisaharide ili aminokiseline.

Premještanje željeza povezano je s metabolizmom i fiziološki aktivnim tvarima, a ometa ga prisutnost

Ca(HCO3)2. Kod folijarne primjene, željezo se premješta floemom, prema dolje. Najveća koncentracija

željeza je u lišću pa su potrebe za njim najveće kod razvoja asimilacijske površine.

Željezo je sastavni dio mnogih prostetičkih skupina enzima kao što su citokromi, peroksidaze,

katalaze te ono dolazi u kem strukturi gdje promjenom valencije omogućava transport elektrona:

Page 77: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

74

Fe2+ Fe3+ + e- Željezo je neophodno za sintezu klorofila, redukciju nitrita i sulfata, asimilaciju N2, transport

elektrona itd. U nedostatku željeza smanjuje se broj fotosintetskih jedinica (PS I) i molekula citokroma f,

a opada i koncentracija karotenoida. Željezo je sastavni dio dvije grupe proteina: kem-proteina i Fe-S-

proteina. U grupu kem-proteina spadaju citokromi (sadrže Fe i Cu), peroksidaze i katalaze dok u Fe-S-

proteine spada feredoksin koji je važan u oksidoredukcijama, posebice PS I sustava (Vukadinović i

Vukadinović 2011)..

16.1.3. Nedostatak i suvišak željeza

Deficit željeza utječe na promjenu omjera P/Fe što korelira s pojavom kloroze, odnosno veće

količine fosfata u biljci inaktiviraju funkciju željeza tako da je redukcija Fe3+ u Fe2+ zaustavljena uz

smanjivanje intenziteta sinteze proteina, porast sadržaja slobodnih aminokiselina i pad sadržaja

proteina, RNK i ribosoma. Uz to dolazi i do porasta sadržaja limunske kiseline zbog smanjene aktivnosti

akonitaze.

Biljke iznose biološkim prinosom 300-1500 Fe g ha-1 te, iako u tlu ima dosta željeza, često zbog

poremećaja na poljoprivrednim površinama u sustavu tlo-biljka-klima-agrotehnika dolazi do pojave Fe-

kloroza. To se najčešće događa kada je pH > 7,0 ili pH < 3,5. Kod visokog pH i istovremeno niskog

sadržaja kalija javlja se tzv. vapnena kloroza. Kloroza se rijetko javlja kao stvarni nedostatak željeza, već je uglavnom uvjetovana njegovom

inaktivacijom tj. prelaskom u oblik koji je nepristupačan biljci. Deficit željeza utječe na promjenu omjera

P/Fe što se manifestira međužiljnom klorozom, najprije mlađih listova, jer veće količine fosfata u biljci

inaktiviraju funkciju Fe pa je zaustavljena redukcija Fe3+ u Fe2+. Kod mnogih usjeva utvrđene su značajne genetske razlike u toleranciji prema Fe klorozi. Naime,

korijenje kultivara i genotipova koji su tolerantniji na Fe klorozu inicira fiziološku reakciju u uvjetima

deficita željeza, što povećava mobilnost Fe u tlu. Kritična granica nedostatka željeza je kod 50-150 ppm u odnosu na suhu tvar, a tipični manjak

očituje se međužiljnom klorozom prvo mladih listova, zatim dolazi do pojave nekroze i opadanja lišća.

Korijen biljaka koje nisu adekvatni ishranjene sa željezom je kraći i zadebljao. Suvišak željeza je rijedak, osim u vrlo kiselim i slabo prozračnim tlima, gdje suvišak željeza može

toksično djelovati na biljke. Kritična toksična granica za Fe je 400-1000 ppm. Toksično djelovanje željeza

ogleda se u inhibiciji vegetacijskog rasta, tamnom, plavozelenom lišću i mrkoj boji korijena (Vukadinović i

Vukadinović 2011).

16.2. Mangan

Mangan je teški metal (p = 7,440 g cm-3) koji se u biljkama nalazi kao kation Mn2+ i Mn3+, a u tlu i

kao Mn4+ i Mn6+. Veliki broj minerala u tlu sadrži mangan, ali najvećim dijelom potječe iz MnO2. Po

rasprostranjenosti u litosferi Mn je deseti element (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.2.1. Mangan u tlu

Ukupan sadržaj mangana u tlima je 200-3000 ppm od čega je 0,1-1,0 % biljkama raspoloživo.

Oksidacijski broj mangana ovisi o redoks potencijalu tla, pa je u neutralnoj i lužnatoj sredini

pristupačnost mangana smanjena zbog nastajanja teško topivog hidroksida Mn(OH)2. Raspoloživost

Page 78: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

75

mangana raste povećanjem kiselosti tla i njegove redukcije do Mn2+. Reducirani mangan (vodotopivi

Mn2+ te izmjenjivo sorbirani Mn2+, te lakoreducirajući MnOOH) biljke lako usvajaju (označava se kao

aktivni mangan), dok su više oksidirani oblici kao Mn3+ i Mn4+ inaktivni oblici. Biljke lako usvajaju mangan

i u obliku helata. Mangana je više na težim i karbonatnim, a manje na lakim i pjeskovitim tlima. Pristupačnost

mangana jako ovisi o oksido-redukcijskom potencijalu tla. U vlažnijim uvjetima, porastom redukcije,

pristupačnost mangana je bolja. Uz vlažnost značajni su i drugi čimbenici, npr. nitrifikacijski procesi

pospješuju usvajanje mangana (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.2.2. Mangan u biljkama

Sadržaj mangana u biljkama jako ovisi o biljnoj vrsti, ali i biljnom organu. Izuzetno značajnu ulogu

mangan ima u oksido-redukcijskim procesima. Sastavni je dio enzima i aktivator je enolaza, karboksilaza,

superoksidimutaze i drugih enzima. Nije građevni element jer je sastavni dio samo proteina manganina.

Uloga u biljci mu je slična onoj magnezija kojega ponekad može zamijeniti na nespecifičan način u

aktivaciji dekarboksilaza i dehidrogenaza u Krebsovom ciklusu. Fiziološka uloga mangana je

nezamjenjiva u fotosintetskom transportu elektrona fotosustava II u procesu fotooksidacije (fotolize)

vode. Značajan je i u redukciji nitrata pa u nedostatku mangana dolazi do njihovog nakupljanja zbog

usporene redukcije. Kod dobre raspoloživosti mangana smanjuje se potreba za N, P, K i Ca bez

smanjivanja prinosa tako da je mangan značajan za ekonomičnije iskorištavanje drugih hraniva u tlu. Kod usvajanja mangana antagonizam pokazuju dvovalentni kationi kao što su Ca2+, Mg2+, ali i drugi

pa usvajanje može biti smanjeno do kritične granice u prisustvu većih količina željeza, bakra i cinka.

Pokretljivost mangana u biljkama je mala, ali ipak bolja od B, Ca, Cu i Fe. Mlađi organi sadrže više

mangana. Prosječan sadržaj u biljkama je 50-250 ppm (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.2.3. Nedostatak i suvišak mangana

Smatra se da je kritična granica manjka mangana kod većine biljaka oko 10-20 ppm u odnosu na

suhu tvar, a akutan nedostatak nastupa kad je mangana < 10 ppm. Simptomi nedostatka mangana se

zapažaju kao tamnožute mrlje na lišću ili kao tipična prugasta kloroza (samo su lisne žile normalno

zelene). Nedostatak mangana najčešće se zapaža u tzv. „sušnim” godinama. Otrovnost mangana javlja se kada je mangana u tlu > 1000 ppm, najčešće u ekstremno kiselim

tlima, a očituje se pojavom smeđih mrlja na starijem lišću što je često povezano sa simptomom

nedostatka željeza. Suvišak Mn izaziva manjak Fe, Mo i Mg u biljkama (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.3. Bor

Bor je za razliku od svih drugih mikroelemenata elektronegativan semimetal. U tlu i biljkama

pojavljuje se u tri oblika i to kao H3BO3, H2BO3- ili HBO3

2-. U tlu potječe iz primarnih minerala kao što su

datolit i turmalin ili sekundarnih boracit, kolemonit itd. Od spomenutih spojeva najlakše je topiva borna

kiselina koja se rabi kao borno gnojivo (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.3.1. Bor u tlu

Topivost bornih spojeva raste s kiselošću tla pa u kiselim tlima može doći do brzog gubitka bora

ispiranjem. Nasuprot tome, u alkalnim tlima, posebice „lakšim” te u sušnim uvjetima često se zapaža

Page 79: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

76

manjak bora. Organska tvar tla također predstavlja značajan izvor raspoloživog bora. Sadržaj

vodotopivog bora u tlu obično je u granicama 0,1-3,0 ppm, dok ukupna količina bora u tlu prosječno

iznosi oko 30 ppm (2-100 ppm). Više ga ima u humusnom horizontu zbog sorpcije na organske koloide

odakle je raspoloživ za usvajanje. Iznad pH 6 i uz suvišak K i Ca raspoloživost bora se jako smanjuje

(Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.3.2. Bor u biljkama

Usvajanje bora od strane biljaka nije potpuno poznato, pa čak ima i dilema o prirodi samoga

procesa (aktivno ili pasivno usvajanje). Naime, bor ulazi s vodom u slobodan prostor korijena i

nagomilava se uz stanične stjenke. Na aktivan proces usvajanja bora upućuje stehiometrijski omjer

između usvajanja bora i otpuštanja H+.

Bor se vjerojatno usvaja u obliku nedisocirane borne kiseline (H3BO3) i/ili kao boratni anion B(OH)4-

odnosno u obliku kalcijevih i kalijevih borata:

H2BO3- + H2O B(OH)4

- kod pH < 7

Pokretljivost bora u biljkama relativno je slaba pa se često zapaža njegov nedostatak u lišću i

gornjim, rastućim dijelovima biljaka. S porastom transpiracije intenzivira se premještanje bora ksilemom

uz porast koncentracije u rubnim dijelovima lišća i vrhovima izbojaka. Nasuprot tome, kod nedostatka

vode i niskog intenziteta transpiracije, vršni dijelovi biljaka pate od nedostatka bora. Ovisno o biljnoj vrsti, koncentracija bora u biljnom tkivu je promjenjiva pa tako jednosupnice

imaju manju potrebu za borom (2-5 ppm u suhoj tvari), a dvosupnice znatno veću (20-80 ppm u suhoj

tvari). Koncentracija bora veća je u lišću i reproduktivnim organima s najvećom koncentracijom u

prašnicima, plodnici i peteljkama. Bor je biogeni element, iako nije sastavni dio organske tvari. Fiziološka uloga mu je manje poznata

prema većini esencijalnih elemenata jer ne ulazi u sastav organske tvari ni enzima. Bor nema sposobnost

promjene oksidoredukcijskog stanja, tj. valencije. Bor je neophodan element za više (vaskularne) biljke,

ali ne za gljive i alge. Novija istraživanja ukazuju na to da bor može biti nespecifično zamijenjen

germanijem (Ge). Borna i germanijska kiselina kemijski su vrlo slične i grade slične komplekse s

polihidroksi fenolima. Donedavno se smatralo da je bor neophodan za transport ugljikohidrata u obliku bornih estera

čija je difuzija kroz biomembrane olakšana za razliku od visokopolarnih samostalnih molekula šećera.

Hipoteza se nije održala jer se boratni kompleks saharoze (transportni oblik šećera kod većine biljaka)

vrlo rijetko može utvrditi u floemu. Danas je prihvaćeno da se transport saharoze floemom odvija uz

pomoć H+-ATPazne crpke te se boru češće pripisuje uloga u sintezi saharoze, metabolizmu nukleinskih

kiselina, fotosintezi, metabolizmu bjelančevina i stabilizaciji staničnih membrana. Utjecaj bora na ATP-

aznu aktivnost biomembrana kao i njihove specifične konformacijske promjene (slično kaliju) zapaža se

kroz ubrzano usvajanje drugih iona korijenom. Veza bora sa šećerima, alkoholima i organskim kiselinama je tipa cis-diol pri čemu nastaju tri tipa

kompleksnih spojeva. Specifičnost takvog kompleksa je njegova povezanost s istezanjem staničnih

stjenki preko stimulacije ili inhibicije enzimatskih reakcija što se manifestira na rast cijele biljke.

Page 80: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

77

Premda bor nije sastojak enzima, smatra se da može modulirati njihov rad. Takva uloga bora jasno

se zapaža kroz degradaciju ugljikohidrata. Dokaz tomu je prisustvo 6-P-giukonat-boratnog kompleksa

kod dobre opskrbljenosti biljaka borom, a kod njegovog manjka nema niti razgradnje šećera niti

produkcije fosfoglukonata, ali je pojačana akumulacija fenolnih tvari. Naime, manjak bora stimulira

enzim 6-P-glukonat dehidrogenazu koja regulira prvi (ireverzibilni) stupanj OPP pula. Međutim, ukupno

disanje biljaka je pojačano kod nedostatka, ali i suviška B uz snižavanje P/O odnosa, tj. smanjena je

efikasnost transformacije energije u disanju. Bor regulira meristemsku aktivnost pa kod njegovog nedostatka dolazi do neregularnog dijeljenja

stanica u mladim tkivima, posebice u vrhovima korijena i izbojaka, ali i poremećaja kambijalne aktivnosti

(sekundarni meristemi) što se zapaža nepravilnim sekundarnim debljanjem korijena i stabla.

Smanjena alokacija produkata fotosinteze iz lista u druge organe izaziva pojavu kaloznih čepova u

stanicama sitastih cijevi floema pa je krajnja posljedica zapravo inhibicija sinteze saharoze. Između koncentracije bora u biljkama i sinteze nukleinskih kiselina zapaža se čvrsta korelacija te se

kod njegovog manjka snižava sinteza RNA i DNA (koja se može ublažiti dodatkom nukleinskih kiselina).

Pad sinteze nukleinskih kiselina vjerojatno je posljedica manje ugradnje fosfora u nukleotide što izaziva i

promjenu omjera (guanin + citozin) / (adenin + uracil) kod RNA. Manjak bora u biljkama povezan je i s

nagomilavanjem N-NO3 u korijenu, lišću i peteljkama uz sniženu aktivnost nitratne reduktaze i oksidaze

askorbinske kiseline. Iz tog razloga dolazi do opadanja intenzitet sinteze proteina u listu zbog smanjenog

dotoka reduciranih oblika dušika, naravno uz manji intenzitet rasta. Nedostatak bora praćen je i smanjenom sintezom citokinina uz povećan sadržaj auksina pa

promjena fitohormonalne ravnoteže potiče također neregularnu meristemsku aktivnost uz često

odumiranje vrhova izbojaka i korijenja te deformacije novoformiranih tkiva. Smatra se da je uzrok tome

blokada inhibitora IAA oksidaze (oksidaze indoloctene kiseline) uz nagomilavanje auksina što izaziva

pretjerano istezanje stanica. To uzrokuje preveliko naprezanje novoformiranih tkiva koja se deformiraju i

na kraju pucaju (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.3.3. Nedostatak i suvišak bora

Manjak ili suvišak bora utječe na organizaciju i rad mitohondrija te preko njih na aerobnu fazu

disanja, a neizravno i na propustljivost protoplazme i njezin pH te općenito bubrenje koloida. Prvo se

manjak B manifestira smanjenim i abnormalnim apikalnim rastom, mlado lišće je deformirano,

naborano, često zadebljalo i tamne, plavozelene boje uz čestu pojavu međužiljne i rubne kloroze. Jači

nedostatak bora jako smanjuje prirast biljaka, dovodi do slabijega zametanja cvjetova i plodova, te

uzrokuje odumiranje većeg dijela korijenovih dlačica pa se sve više smanjuje usvajanje vode i hraniva iz

tla. Uslijed toga lišće i peteljke postaju kruti zbog smanjene transpiracije. Oplodnja je slaba, jer bor

povoljno utječe na klijanje polena, a u njegovom nedostatku često je formiranje partenokarpnih

plodova (bez sjemena). Povoljna ishrana borom ubrzava sazrijevanje, omogućuje normalnu sintezu klorofila, biljke

zahtijevaju manje kalcija, ali više kalija i povećana je otpornost na sušu i visoke temperature. Moguć je

ponekad i suvišak bora, najčešće u staklenicima, pri čemu se zapaža rubna nekroza uz anatomsko-

morfološke promjene lišća.

Page 81: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

78

Kritična granica opskrbljenosti borom je za dvosupnice 20-70 ppm, a samo 5-10 ppm kod

jednosupnica u donosu na suhu tvar. U nedostatku B dolazi do odumiranja vegetacijskih vrhova izbojaka

i korijenja, te gubitka apikalne dominantnosti (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.4. Cink

Cink je teški metal (p = 7,133 g cm-3). U tlu vuče podrijetlo iz primarnih i sekundarnih minerala.

Kisele stijene (granit, gnajs) sadrže manje cinka, a alkalne (bazalt) znatno više. Prosječan sadržaj cinka u

tlu je 5-20 ppm. Biljke ga usvajaju kao kation Zn2+, ZnCI+, [Zn(NH3)4]2+, Zn(OH)+ i Zn-helate.

Usvajanje cinka je aktivan proces na što negativno utječu sljedeći ioni: Mg2+ > Ca2+ = Sr2+ = Ba2+.

Niska temperatura, kao i suvišak fosfora, otežavaju usvajanje Zn. Pristupačnost cinka je veća u kiselim

tlima u kojima postoji i opasnost od njegovog ispiranja. Nedostatak cinka javlja se najčešće na teškim,

glinovitim tlima, ali i karbonatnim tlima istočne Hrvatske te solonecima. Cink se vrlo čvrsto sorbira na

izmjenjivački kompleks tla te mu je koncentracija u vodenoj fazi izuzetno niska (Vukadinović i

Vukadinović 2011).

16.4.1. Cink u biljkama

Sadržaj cinka u biljkama je nizak i ovisno o biljnoj vrsti, koncentracija je obično u granicama od 0,6

do 83 ppm u suhoj tvari. Pokretljivost cinka u biljci je osrednja (bolja od Fe, B i Mo), a smatra se da se u

ksilemu nalazi u obliku citrata, helata ili kao slobodan ion.

Fiziološka uloga cinka je vrlo opsežna i značajna. Cink utječe na metabolizam mnogih tvari,

posebice proteina. Sastavni je dio mnogih enzima gdje kao dvovalentni kation gradi tetrahedralne

helate, odnosno povezuje enzim sa supstratom. Sudjeluje u građi enzima karboanhidroze (OH-+ CO2 ↔

HCO3-), dehidrogenaze (malat, glutamat itd.), alkohol-dehidrogenaza, superoksid-dismutaza itd., a

ujedno je i njihov aktivator (enzimi sa SH grupom, aldolaze, izomeraze, DNAaza itd.).

Značaj cinka je izuzetno velik u biosintezi DNA i RNA (RNA polimeraza), sintezi proteina (preko

prometa RNA i utjecaja na strukturu ribosoma), sintezi auksina, odnosno utječe na rast biljaka (preko

utjecaja na sintezu triptofana), stabilizaciji biomembrana i dr. Cink također utječe na aktivnost ribuloza-

1,5-fosfat karboksilaze-oksidaze (karboksidismutaze), usvajanje i transport fosfora i aktivnost fosfataza,

povećava otpornost prema bolestima, niskim temperaturama i suši (smanjuje transpiraciju),

(Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.4.2. Suvišak i nedostatak cinka

Kritična granica nedostatka cinka je 15-30 ppm u suhoj tvari lišća. Simptom nedostatka cinka

uočava se u međužiljnoj klorozi lišća, sitnolisnatosti i rozetastoj formi izbojaka koji se odlikuju vrlo

kratkim internodijima. Suvišak cinka rijetko se javlja i to samo na kiselim tlima i rudištima (kritična

granica suviška je 200-500 ppm u suhoj tvari lišća), a očituje se niskim rastom, sitnim listovima i

smanjenim korijenom, lišće poprima tamnocrvene pjege, ali za razliku od suviška Fe i Mn, one su

podjednako zastupljene na mlađem i starijem lišću (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.5. Bakar

Sadržaj bakra u tlu prosječno je 5-50 ppm. Usvaja se kao Cu2+ i pripada skupini teških metala (p =

8,960 g cm-3) koji se čvrsto sorbiraju na koloide tla, posebice organske. Bakar u tlu podrijetlom je iz

Page 82: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

79

primarnih minerala gdje se nalazi u jednovalentnom obliku, a nakon njihovog raspadanja oksidira se do

Cu2+. Bakar u tlu gradi vrlo stabilne kompleksne spojeve s organskim kiselinama, poluraspadnutim ili

humificiranim organskim tvarima te je u takvom obliku biljkama slabo raspoloživ. Zbog toga se manjak

bakra češće javlja na jako humoznim tlima. Na raspoloživost bakra značajno utječe pH reakcija tla, a

pristupačnost mu raste s kiselošću tla (optimalan pH je 4,5-6,0), (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.5.1. Bakar u biljkama

Biljke usvajaju bakar kao Cu2+ i/ili u obliku helata. Proces usvajanja je aktivan i smatra se da postoji

specifičan prenositelj. Kod usvajanja, konkurenciju bakru čine Mn, Fe i Zn, a također je zapaženo da

dobra opskrbljenost biljaka dušikom i fosforom često izaziva nedostatak bakra. Premještanje bakra je

osrednjega intenziteta u oba pravca i to u obliku Cu-kompleksa, obično s aminokiselinama, pa ga korijen

biljaka sadrži u znatnim količinama. Biljke sadrže 2-20 ppm Cu u suhoj tvari, a smatra se da su slabo

opskrbljene s bakrom ako je koncentracija Cu < 4 ppm.

Fiziološka uloga bakra vrlo je značajna jer je on sastavni dio ili aktivator mnogih enzima koji

sudjeluju u oksidacijskim procesima. Bakar utječe na sintezu proteina, stabilizira molekule klorofila i

sudjeluje u sintezi antocijana. Za razliku od enzima koji sadrže Fe, Cu-enzimi mogu direktno reagirati s O2

i stoga preferiraju terminalne oksidacijske procese.

Bakar ima izražen afinitet prema proteinskoj strukturi pa je 73 % bakra u biljkama vezano na

proteine u kloroplastima gdje Cu ima ulogu stabilizatora klorofila. Značajna mu je uloga u metabolizmu

dušikovih spojeva jer regulira vezivanje amonijaka na ketokiseline, utječe na sintezu nukleinskih kiselina,

metabolizam ugljikohidrata, lignifikaciju staničnih stjenki, formiranje polena i fertilnost biljaka, povećava

otpornost na niske temperature i dr. (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.5.2. Suvišak i nedostatak bakra

Bakar djeluje u vrlo niskim koncentracijama, ali se često nađe u biljkama u manjoj količini od

potrebne. Kritična granica opskrbljenosti bakrom je u vegetativnim organima 1,0-3,5 ppm u odnosu na

suhu tvar, ovisno o biljnoj vrsti i biljnom organu. Simptomi nedovoljne ishranjenosti bakrom su kloroza i

nekroza lišća, odumiranje vršnih izbojaka, venuće i uvijanje lišća te odumiranje mlađeg lišća. Zbog

nedovoljne lignifikacije dolazi do anatomskih promjena i gubitka apikalne dominacije, slično kao kod

manjka bora.

Suvišak bakra vrlo je rijetka pojava (Cu > 15-30 ppm u suhoj tvari) koja se javlja obično na kiselim

tlima. Otrovnost bakra očituje se smanjenim rastom korijena i izbojaka, klorozom starijeg lišća i

tamnocrvenom rubnom nekrozom (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.6. Molibden

Molibden je vrlo čvrst metal, visoke gustoće (p = 8,570 g cm-3) koji je u vodenoj sredini anion.

Sadržaj molibdena u tlima je izuzetno nizak, 0,6-3,0 ppm, u prosjeku oko 2 ppm. Kisela tla s dosta

slobodnog željeza i aluminija sadrže malo molibdena (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.6.1. Molibden u biljkama

Biljke molibden usvajaju u obliku visoko oksidiranog molibdata (MoO42-, ali i kao Mo(IV) i Mo(V))

te u biljkama egzistira kao anion pa mu pristupačnost raste sa porastom lužnatosti, suprotno svim

Page 83: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

80

drugim mikroelementima. Konkurentni ioni kod usvajanja su OH- i SO42-, dok usvajanje potpomažu Mg2+ i

NH4+.

Fiziološka uloga molibdena je značajna. Sudjeluje u oksidaciji sulfita (SO32- do SO4

2-) i redukciji

nitrata te se kod nedovoljne opskrbe s molibdenom aktivnost nitratne reduktaze smanjuje, opada

sinteza proteina, narušava se kloroplastna struktura i usporava rast biljaka.

Nedostatak molibdena utječe na povećan sadržaj neproteinskih, topivih oblika dušika, npr. amida,

uz smanjivanje ribonukleazne aktivnosti. Biljke sadrže vrlo malo molibdena, čak ispod 1 ppm (0.1-0,5 ppm u suhoj tvari). Pokretljivost

molibdena u biljkama je osrednja. Kod manjka molibdena dolazi do zastoja u nitratnoj redukciji (usporen

je rad enzima nitrat reduktaze) i nedostatka reduciranih oblika dušika potrebnih za sintezu

aminokiselina i proteina (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.6.2. Suvišak i nedostatak molibdena

Manjak molibdena je rijetka pojava (kad je < 0,1-1,0 ppm Mo u suhoj tvari lišća) i prvo se zapaža

na starijem lišću u obliku žutih i žutozelenih područja uz popratno uvijanje rubova. Lišće je kod

dikotiledona uže, deformirano i naročito suženo u donjem dijelu. Tipičan simptom nedostatka

molibdena je formiranje cvjetova na stablu bez cvjetnih stapki (kod porodice krstašica). Kod nekih biljaka

ne dolazi do potpunog formiranja prašničkih antera i količina proizvedenoga polena je smanjena. Suvišak

molibdena je vrlo rijetka pojava (kritična granica toksičnosti je 200-1.000 ppm u suhoj tvari) koja se

manifestira smanjenim rastom i klorozom mlađeg lišća (Vukadinović i Vukadinović 2011).

16.7. Klor

Klor biljke sadrže u velikim količinama 1-20 g kg-1, a za njegove specifične fiziološke funkcije

dovoljne su ultraniske količine. Biljke aktivno usvajaju klor kao anion Cl-. Kod usvajanja klora antagonisti

su anioni SO42- i NO3

-. Sadržaj klora je u tlu izuzetno promjenjiv zbog lake pokretljivosti (100-1000 kg ha-1 u vodotopivom

obliku). U tlo dospijeva u velikoj količini gnojidbom mineralnim gnojivima, a u zaslanjenim tlima često se

nalazi u toksičnoj količini. Klor nije sastavni dio organske tvari biljaka, premda ga pepeo bilja sadrži u velikoj količini.

Pretežito je lociran u lišću, vakuolama i značajno utječe na osmoregulaciju i otvaranje pući, odnosno

odražavanje ionske ravnoteže neophodne za usvajanje drugih elemenata i odvijanje fotosinteze. Zajedno

s manganom sudjeluje u fotolizi vode (izdvajanje O2 u procesu fotooksidacije vode u PS II ovisi o kloru),

ubrzava dijeljenje stanica lista, regulira stomatalnu aktivnost, utječe na premještanje ugljikohidrata,

vodni režim biljaka i membranski transport H+. Biljne vrste različito reagiraju na povećanu prisutnost klora u tlu nakon gnojidbe. Suvišak klora

dovodi do porasta turgora i smanjenja transpiracije uz pojavu sitnih i deformiranih listova. Simptomi nedostatka nisu zapaženi u prirodnim uvjetima jer se klor lako usvaja iz tla, ali i

atmosfere. U kontroliranim uvjetima nedostatak klora manifestirao se kroz uvenuće biljaka uz naknadnu

pojavu kloroze i bronzine (metalni sjaj lišća), (Vukadinović i Vukadinović 2011).

Page 84: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

81

16.8. Nikal

Nikal je posljednji stekao status esencijalnog mikroelementa. Kemijski je sličan željezu i kobaltu

(metal, p = 8,902 g cm-3). U biljkama se nalazi kao Ni(ll), ali može egzistirati i kao Ni(l) i Ni(lll). Gradi

stabilne kompleksne spojeve, npr. s cisteinom i limunskom kiselinom. Neophodan je za rad enzima

ureoze i mnogih hidrogenaza potrebnih za redukciju sulfata, fotosintezu i oksidaciju vodika. Nikal je

značajan za usvajanje željeza. Važan je u procesima klijanja sjemena, kod slabe opskrbe niklom biljke

kasnije prelaze u reproduktivnu fazu. Koncentracija nikla u biljkama je vrlo niska (1,0-10,0 ppm u suhoj tvari), ali može lako dosegnuti

toksične granice (10-50 ppm u suhoj tvari) na onečišćenim tlima ili u slučaju korištenja gradskoga otpada

kao organskog gnojiva. Slično je utvrđeno i na tlima gdje matični supstrat sadrži puno nikla (npr. lapori),

(Vukadinović i Vukadinović 2011).

17. GNOJIVA

17.1. Mineralna gnojiva

Prema Vukadinović i Vukadinović (2011) pod mineralnim gnojivima podrazumijevaju se soli i drugi

proizvodi koji sadrže elemente neophodne za rast i razvitak biljaka. Gnojiva se unose u tlo radi

poboljšanja produktivnih svojstava tala što kasnije rezultira ubrzanjem rasta biljaka i/ili povećanjem

njihova uroda. Mineralna gnojiva su obično soli dobivene preradom prirodnih minerala, ali se proizvode i iz

atmosferskog dušika. Zbog toga se često nazivaju i sintetička ili, pogrešno, umjetna.

17.1.1. Podjela mineralnih gnojiva

Mineralna gnojiva možemo podijeliti prema funkciji, podrijetlu, namjeni, sastavu i načinu

proizvodnje.

Prema funkciji mineralna gnojiva dijelimo na: Izravna ili neposredna gnojiva koja se u tlu vrlo brzo hidroliziraju do tvari koje biljke

izravno apsorbiraju (npr. superfosfat, nitratna, amonijska i dr. gnojiva). Sadrže hranjive

elemente u obliku mineralnih soli koji se nakon hidrolize mogu izravno asimilirati.

Neizravna ili posredna gnojiva sadrže biogene elemente, ali u kemijskom obliku koje

biljke ne mogu odmah usvojiti (npr. humus, vapno i dr.) te na razvoj biljaka utječu

posredno (npr. potiču mikrobiološku aktivnost, neutraliziraju kiselost, djeluju preko

poboljšanja strukture tla i dr.) tek nakon transformacije (mikrobiološke ili kemijske).

Kompletna ili potpuna (često se nazivaju i kompleksna ili NPK gnojiva) pružaju većinu

bitnih sastojaka nužnih za rast biljaka tako da dodatna gnojiva često puta nisu potrebna.

Nepotpuna gnojiva sadrže samo jedan ili dva od tri glavna hraniva elementa (N, P, K, NP,

NK ili PK), npr. (NH4)2HPO4, KNO3, i dr.

Miješana gnojiva se dobiju miješanjem odgovarajuće količine pojedinačnih gnojiva.

Sintetska organska gnojiva (urea, kalcij-cijanamat i dr.).

Page 85: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

82

Prema podrijetlu razlikuju se sljedeće vrste gnojiva: Mineralna gnojiva najvećim dijelom su mineralne soli, premda se u ovu grupu ubraja i

urea koja je organski spoj, ali se u tlu pod djelovanjem mikroorganizama transformira do

mineralnih oblika dušika. I druga mineralna gnojiva mogu sadržavati ugljik, ali sintetski

proizvodi su za razliku od prirodnih topivi u vodi, često i 100 %. Potrebno je naglasiti da

molekulu uree biljka može usvojiti kako korijenom tako i folijarno.

Organska (prirodna, naravna) sadrže hranive elemente uglavnom u obliku organskih

spojeva i najčešće su prirodnog podrijetla (ponekad se nazivaju i prirodna organska), npr.

stajnjak, treset, slama i dr.

Organomineralna gnojiva su smjesa organskih i mineralnih.

Bakterijska sadrže kulture bakterija koje imaju sposobnost transformacije nepristupačnih

oblika hraniva u bioraspoložive oblike.

Prema vremenu unošenja gnojiva se dijele na: Osnovna koja se unose netom prije obrade tla,

Startna koja se unose neposredno prije ili za vrijeme sadnje ili sjetve,

Gnojiva za prihranu koja se dodaju tijekom vegetacije.

Prema vrsti hranjivog elementa gnojiva su dušična, fosforna, kalijeva, magnezijeva, borna itd. Osnovni oblici dušičnih gnojiva su:

Amonijska (amonijske soli, npr. sulfati, kloridi, karbonati),

Nitratna (kalcijeve, natrijeve i dr. soli nitratne kiseline),

Amonijskonitratna i

Amidna gnojiva.

Fosforna gnojiva su soli ortofosfatne kiseline (ali i metafosfatne, pirofosfatne i polifosfatne

kiseline), dok se kalij nalazi u obliku soli klorida, sulfata, karbonata itd.

Prema agrokemijskom značaju prava mineralna gnojiva sadrže neophodne biogene elemente, a

posredna gnojiva ih mobiliziraju iz rezervi tla, bilo poboljšanjem njegovih fizičkih svojstava ili putem

kemijskih i bioloških promjena koje izazivaju u tlu. Tu spadaju gnojiva za kalcizaciju, uporaba gipsa i sl.

Mineralna gnojiva mogu sadržavati jedan ili više hranjivih elemenata, pa se prema tome dijele na: Pojedinačna i

složena gnojiva

Npr., NaNO3 i Mg(NO3)2 su pojedinačna, premda magnezij i natrij biljke također koriste, dok su

KNO3 i NH4H2PO4 složena gnojiva. Dakle, podjela se temelji na tri osnovna ili glavna hranjiva elementa N,

P i K. Ovisno o broju glavnih elemenata složena gnojiva su dvojna ili trojna (potpuna). Gnojiva koja

sadrže malu količinu punila nazivaju se koncentrirana, pri čemu se punilom prilagođava potrebna

koncentracija hraniva. Ako je punilo produkt kemijske reakcije kod proizvodnje mineralnih gnojiva,

naziva se još i balast.

Page 86: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

83

Prema sastavu gnojiva se dijele na: Pojedinačna,

miješana i

kompleksna.

Pojedinačna mineralna gnojiva sadrže samo jedan neophodan element. Miješana su smjesa

pojedinačnih gnojiva, dok su kompleksna proizvod kemijskih reakcija i sadrže više hranivih elemenata u

nekoliko oblika. Podjela na kompleksna i miješana gnojiva je uvjetna, jer kod miješanih gnojiva dužim

skladištenjem dolazi također do različitih kemijskih reakcija (vidi antagonizam gnojiva).

Sadržaj i omjer hraniva u gnojivu može biti različit. Gnojiva koja imaju omjer hranivih elemenata

prilagođen potrebama određene biljne vrste ili sadržaju raspoloživih hraniva u tlu, nazivaju se

prilagođena. Ukoliko sve komponente služe za biljnu ishranu, tada su to gnojiva bez punila (nebalastna),

a u ovu skupinu gnojiva ulaze soli čije kation i anion biljke koriste za ishranu, npr. KNO3, NH4NO3 itd.

Prema agregatnom stanju, gnojiva su: Kruta,

tekuća i

plinovita.

Kruta gnojiva mogu biti praškasta, peletirana (prah komprimiran u granule ili štapiće koji mogu

sadržavati pesticide, hormone i dr.), granulirana (sušenjem viskozne mase u struji toplog zraka),

trionizirana (npr. granule vermikulita s NPK) i dr. Tekuća gnojiva se dijele na prave otopine (nemaju

talog) i suspenzije, dok su plinovita takvog agregatnog stanja kod normalnog atmosferskog tlaka. Od

tekućih gnojiva postoji više formulacija za različite potrebe pod zajedničkim imenom Fertina koje pored

NPK sadrže druge makro i mikrolemente (Ca, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn i B). Gnojiva koja od biogenih elemenata sadrže isključivo ili najveću koncentraciju mikroelemenata

nazivaju se i mikrognojivima jer se rabe u malim količinama (do 500 g ha -1 aktivne tvari). Radi poteškoća

u ravnomjernom raspodjeljivanju tako malih količina, uobičajeno se dodaju konvencionalnim gnojivima

u procesu njihove proizvodnje ili se sjeme prije sjetve potapa u nisko koncentrirane otopine takvih

gnojiva (ponekad se dodaje u omotač peletiranog sjemena).

17.2. Organska ili prirodna gnojiva

Organska gnojiva su po svom sastavu i svojstvima vrlo raznolika skupina koja obuhvaća uglavnom

različite otpatke biljnoga i životinjskoga podrijetla. Uporaba organskih gnojiva povećava količinu humusa

u tlu (samo dok traje njegova redovita primjena). Primjena organskih gnojiva poboljšava svojstva tla,

posebno strukturu što ima za posljedicu bolji vodnozračni odnos, veću retenciju vode, veću raspoloživost

svih hraniva te jača otpornost tla prema eroziji na nagnutim terenima. Primjena organskih gnojiva u

razdoblju kad je tlo bez vegetacije ili kad biljke nemaju potrebu za usvajanje hranivih tvari, može izazvati

ekološke probleme (npr. ispiranje nitrata i kalija u dublje slojeve tla, a na tlima lakšega teksturnoga

sastava, gomilanje fosfora u gornjem sloju tla koji je podložan eroziji).

Page 87: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

84

17.2.1. Stajnjak

Stajnjak je smjesa različito razgrađenih čvrstih i tekućih izlučevina domaćih životinja i stelje

(prostirke) koja služi za upijanje tekućeg dijela. Sastav stajskog gnojiva ovisi o vrsti domaćih životinja,

načinu njihove ishrane i vrste stelje, načinu čuvanja, duljini fermentacije i dr. Iz tog razloga kemijski

sastav i uporabna vrijednost stajnjaka vrlo je različita. Primjenom većih količina stajnjaka može se osjetno povećati sadržaj organske tvari u tlu.

Međutim, gubici hraniva iz stajnjaka također su visoki, a jedan dio tih hraniva, u vidu tekućih izlučevina

i/ili volatizacijom, nepovratno se izgubi zbog poteškoća u čuvanju. Značajni gubitci dušika događaju se

pri spremanju i fermentaciji gnojiva, isparavanjem nakon rasprostiranja po tlu, ispiranjem nakon

mineralizacije u procesu humifikacije itd. Zbog toga se samo oko 1/4 cjelokupne količine dušika u

stajnjaku iskoristi za ishranu bilja, a u višegodišnjoj primjeni nešto više. Svojstva stelje vrlo su značajna za kakvoću stajskog gnojiva. Sadržaj celuloze je vrlo bitan jer se ona

brzo razlaže te uslijed povećanja temperature u hrpi stajnjaka, dolazi do naglog gubitka dušika u obliku

amonijaka. Brzina razlaganja stajnjaka u tlu utječe na mobilizaciju hraniva pa stelja s puno ugljikohidrata,

iako sadrži manje dušika u konačnici pruža više dušika za ishranu bilja u odnosu na stelju koja se teško

razlaže. Stanje razgrađenosti stelje određuje fizička svojstva stajnjaka što je vrlo značajno za raspodjelu

gnojiva, ali i za svojstva humusa (npr. stelje od lišća i paprati daju kiseli humus). Količina ekskrementa ovisi o vrsti životinja, njihovoj starosti i sastava stočne hrane.

Koncentriranija hrana bolje se iskorištava od hrane s malo proteina. Međutim, povećanje proteina u

hrani iznad određene granice smanjuje njihovu probavljivost pa im se sadržaj povećava u

ekskrementima, naročito u obliku teško razgradivog lignoproteinskog kompleksa. Fosfor se izlučuje

pretežito u krutom dijelu, a kalij i dušik u tekućem dijelu stočnih ekskremenata. Tijekom čuvanja stajnjaka događaju se određene promjene pod utjecajem različitih grupa

mikroorganizama (gljive, aktinomicete, aerobne i anaerobne bakterije, protozoe itd.). Aktivnost

mikroorganizama ovisna je o više čimbenika, kao što su način čuvanja, vrsta stelje, pH reakcija sredine,

temperatura, vlažnost, zbijenost stajnjaka i slično.

Neugodan miris stajnjaka potječe od amina i tiola (merkaptana) koji nastaju razgradnjom proteina

bez prisustva kisika (truljenje). U oksidacijskim uvjetima krajnji produkti su CO2 i H2O pa slabo zbijene

gomile stajnjaka imaju visoke gubitke na težini i u dušiku. U uvjetima dobre zbijenosti stajnjak za tri

mjeseca izgubi oko 30 % mase i 25 % N. Obično se smatra da je stajnjak nakon 3 – 4 mjeseca poluzreo, a

nakon 6 – 8 mjeseci potpuno zreo. Gubici hraniva također mogu nastati ispiranjem padalinama,

posebice kod niskih i slabo zbijenih hrpa stajnjaka, pa je izgradnja gnojišta obvezatno rješenje čime se

sprječava i onečišćavanje okoliša.

Zreli stajnjak ne sadrži slamnate dijelove, ima niži sadržaj ugljika, a budući da se dušik u toj fazi

(sazrijevanje) manje gubi, ujednačeniji je i ima viši sadržaj fosfora i kalija. Svježem stajnjaku sastav se

može popraviti dodavanjem mineralnih fosfornih i kalijevih gnojiva. Dodavanjem dušičnih mineralnih

gnojiva popravlja se i C : N omjer. Svježi stajnjak također ima i nepovoljna fizikalna svojstva, teško se

raspodjeljuje po parceli, loše zaorava, a velika količina slame nakon zaoravanja odvaja oranični od

podoraničnog sloja i dovodi do brzog isušivanja tla.

Stajnjak u prosjeku sadrži 75 % vode, 0,5 % N (0,2-0,6), 0,3 % P2O5 (0,1-0,7) i 0,6 % K2O (0,1-0,7),

0,07-1,0 % Ca, 0,06-0,3 % Mg, 30-50 ppm Mn, 10-20 ppm Zn, 3-5 ppm B, 1-3 ppm Cu, 0,1-0,2 ppm Mo i

Page 88: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

85

ima C : N omjer približno 20 : 1. Sadržaj hraniva u stajnjaku može prilično varirati u odnosu na navedene

vrijednosti ovisno o načinu uzgoja stoke i čuvanja gnoja.

Osim stajnjaka koji se najčešće koristi kao organsko (prirodno) gnojivo poznati su još, tekući i

polutekući stajnjak (gnojnica i gnojovka), guano (nataloženi ekskrementi morskih ptica, usitnjeni do

veličine granula pogodnih za raspodjelu po tlu), zelena gnojidba (sideracija) i pokrovni usjevi te kompost.

17.2.2. Biološka gnojiva

Biološka gnojiva, uključujući mikorize, vrlo su važan aspekt gnojidbe, posebice u ekološkoj

proizvodnji hrane, revitalizaciji (restoraciji, revegetaciji) devastiranih i oštećenih površina (nakon

obimnih zemljanih radova u eksploataciji mineralnih sirovina, zaštiti deponija industrijskog i

komunalnog otpada i dr. Takva gnojiva sadrže žive organizme kao što su bakterije, mikorizne i

saprofitske gljive, paprati (npr. Azolla pinnata), plavozelene alge (npr. Anabaena, Nostoc i dr.) i ostali

organizmi koji povećavaju mikrobiološku aktivnost u tlu, povećavaju raspoloživost hranivih tvari u tlu,

štite od patogenih organizama, popravljaju strukturu tla i dr. Često sadrže i organsku komponentu kao

supstrat i nosač mikroorganizama.

Smatra se da primjena bioloških gnojiva u poljoprivredi povećava visinu prinosa do čak 30 % uz

istovremeno smanjenje potrebe za mineralnim gnojivima do 25 %.

Biološka se gnojiva i agensi dijele na:

Dekompozere (mezofilni i termofilni organizmi) koji potpomažu razgradnju organske

tvari, posebice kod kompostiranja.

N-fiksirajuće bakterije (slobodnoživući i simbiotski organizmi).

Poboljšivače raspoloživosti fosfora (PSB) i kalija koji mobiliziraju organske rezerve fosfora

kao i anorganske rezerve fosfora i kalija.

Mikorize koje povećavaju apsorpcijsku moć korijena viših biljaka.

Pesticidne biološke agense (biološki pesticidi) koji povećavaju otpornost biljke domaćina

na patogene i štetnike.

Bioremediacijske agense za detoksikaciju zemljišta (nafta, toksične tvari i elementi i dr.),

razgradnju organskih tvari (muljeva, gradskog otpada i dr.)

Biološka gnojiva nisu opasna za okoliš, ali se u primjeni bioloških agensa moraju poštivati

sigurnosni standardi koji se gradiraju u 5 klasa (1. bez rizika ili uz minimalni rizik, 2. potencijalno opasni,

3. posebno opasni koji zahtijevaju specijalan tretman, 4. vrlo opasni jer mogu izazvati epidemije i 5.

zabranjeni za uporabu).

17.2.2.1. Bakterijska gnojiva

U praksi se primjenjuje više vrsta bakterija, a za fiksaciju dušika različiti sojevi nesimbiotskih

bakterija kao što su Acetobacter diazotrophicus, Azotobacter chrococcum i Azospirillum lipoferrum i dr.

Za poboljšanje raspoloživosti fosfora koriste se (Phosphate solubilizing bacteria = PSB) Bacillus spp.,

Pseudomonas spp., Penicilium spp., Aspergillus awamori, za bolje usvajanje kalija Bacillus circulans i dr.

Osim toga, sve se više koriste i plavozelene alge.

Od simbiotskih bakterija najčešći su sojevi iz roda Rhizobium, Bradyrhizobium i Sinorhizobium koji

žive u svim tlima od Arktika do tropa u simbiozi s približno 18.000 različitih mahunarki. Kultivirani sojevi

Page 89: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

86

superiorni su autohtonim sojevima i znatno povećavaju biološku fiksaciju dušika, a zamijećena je i veća

sinteza flavonoida kod mahunarki uz primjenu kultiviranih sojeva. Kao bakterijski nosač najčešće se

koriste treset ili humus (i mnogi drugi razgradivi nosači, npr. alge i sl.) koji mogu biti sterilizirani, ali i ne

moraju. Nesterilni nosači znatno pojeftinjuju proces proizvodnje bakterijalnih inokulanata, ali njihovo

djelovanje u tlu je uglavnom kraće. Preživljavanje bakterija unesenih bakterijskim gnojivima ili kao

inokulant sjemena leguminoza ovisi o biotskim (predatori, antagonisti, porast korijena i njegove

izlučevine i dr.), ali i abiotskim čimbenicima (pH, temperatura, vlaga tla, biogeni elementi i dr.).

17.2.2.2. Mikoriza

Većina biljaka udružuje se s mikoriznim gljivama te one u prirodnim ekosustavima (šumska tla)

čine do 70 % biomase tla, a njihov odnos označava se kao mutualizam (simbiotski; jer gljiva koristi

fotosintetske produkte biljke, a zauzvrat pomaže usvajanje mineralnih tvari iz tla, ponekad i vodu).

Mikorizne gljive svojevrstan su „interface” između korijena i tla koji mobilizira i prikuplja hraniva iz

rizosfere, prenosi ih u korijen te znatno povećava volumen tla iz kojeg korijen može crpiti hraniva.

Istraživanja pokazuju kako u poljoprivrednim tlima može biti do 50 hifa endomikoriznih gljiva po gramu

tla čiji domet (od korijena) može biti veći od 9 cm.

Infektivna rizosferna mikroflora dijeli se na: endomikorizu (AM) koja inficira unutrašnjost kore

korijena pri čemu hife ne prodiru u stanice kore korijena i ektomikorizu (EM ) koja također inficira

unutrašnjost kore korijena uz prodiranje hifa u stanice kore korijena.

Dakle, postoje dvije glavne vrste mikoriznih gljiva:

Ektomikorizne gljive i

endomikorizne gljive

Dakle, obje vrste mikoriznih gljiva prodiru u korijen, ali ektomikorizne imaju hife između

korijenskih stanica, dok endomikorizne hifama prodiru u stanice korijena.

Korijenje inficirano endomikoriznim gljivama puno bolje usvaja vodu, fosfor (do 60 %), cink (do 40

%) i bakar, ali i druge elemente, posredno preko intenzivnijeg metabolizma korijena ili neposredno kroz

hife gljiva. Kod ektomikorize hife gljiva izvana penetriraju u intercelularne prostore kore korijena i grade

mrežu micelija u njoj. Izlučivanjem oksalne kiseline u vanjsku sredinu, ektomikorizne gljive utječu na

povećanu raspoloživost P, Ca, Fe, Cu i drugih elemenata ishrane, a lučenjem enzima celulolaza i

proteolaza utječu na bržu mineralizaciju organske tvari tla i veće usvajanje dušika.

Ektomikorizne gljive su obično specifične za određenu vrstu domaćina, a endomikorizne će

uspostaviti odnos s većinom biljaka domaćina.

Vrlo korisno svojstvo endomikorize je sposobnost transporta hraniva s velike udaljenosti,

posebice teško pokretnih hraniva, npr. fosfora. Također, mikorizne gljive grade i svojevrsni obrambeni

štit korijena za štetočine, a utječu i na poboljšanje strukture tla, te vodnozračni režima u tlu.

18. UTVRĐIVANJE POTREBE U GNOJIDBI I ZADATAK GNOJIDBE TLA

Gnojidbom se biljci osigurava ishrana s biogenim elementima, kojih u tlu nema dovoljno, a sve s

ciljem kako bi vitalnost i/ili prinos (urod) biljaka bio optimalan, tj. u skladu s planom proizvodnje. Prema

tome, gnojidba je agrotehnička mjera kojom se povećava produktivnost tla i uloženog rada u proizvodnji

šumarskih i/ili poljoprivrednih kultura.

Page 90: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

87

U sastav biljaka ulazi čitav niz elemenata koje biljke usvajaju iz tla i atmosfere. Neki od tih

elemenata su potrebni u velikim količinama (npr. N, P i K) pa uslijed toga dolazi do njihova iscrpljivanja iz

tla, što zahtjeva naknadno dodavanje tih elemenata u tlo putem gnojidbe. U prirodnim šumskim

ekosustavima mnogi elementi u tlo se vraćaju prirodnim putem ili se nadoknađuju iz ukupnih rezervi tla

(organska tvar tla, matična podloga i dr.). Međutim, prilikom rasadničke proizvodnje uslijed presadnje

sadnoga materijala u šumske sastojine dolazi do iznošenja znatnog dijela hraniva s proizvodnih površina

u šumskim rasadnicima. Ako se tako izgubljeni dio hraniva ne nadoknađuje, tlo siromaši i efektivna

plodnost tla na proizvodnim površina s vremenom opada.

Efektivna plodnost tla predstavlja složeno svojstvo tla koje određuje količinu organske tvari koju

biljke mogu sintetizirati na nekom staništu tijekom vegetacijskoga razdoblja.

Prilikom utvrđivanja potrebe u gnojidbi s jedne strane je nužno poznavanje raspoložive količine

hraniva u tlu, što se obično utvrđuje kemijskim analizama tla, a s druge strane važno je poznavati

potrebe biljaka za elementima ishrane, što se najčešće utvrđuje kemijskim analizama biljnoga materijala

(najčešće lista). Takav pristup omogućuje dobru procjenu doze gnojiva gdje je rizik od ekološkog

opterećenja okoliša gnojivom minimalan, a biljkama je osigurana dovoljna količina hraniva za normalan

razvoj.

Tla obično sadrže velike količine hraniva koja su uglavnom biljkama nepristupačna. Biljke mogu

primiti samo onaj dio hraniva koja se u tlu nalaze ili mogu prijeći u njima pristupačne kemijske oblike. Uz

to, moraju se nalaziti u zoni korjenova sustava. Na taj način hraniva biljci postaju fizički i kemijski

raspoloživa tj. biološki raspoloživa (ili samo raspoloživa).

S ciljem utvrđivanja raspoloživosti hraniva koristi se čitav niz različitih metoda kao što su kemijske

analize tla i biljnoga materijala, mikrobiološke metode, terenski pokusi, pokusi u kontroliranim

(laboratorijskim) uvjetima i dr. Od svih navedenih metoda, u šumarstvu se najčešće koristi kombinacija

kemijskih analiza tla i biljnoga materijala u kombinaciji s terenskim pokusima uz aplikacijom različitih

doza gnojiva. Na temelju tako postavljenih gnojidbenih pokusa dobiva se uvid u količinu hraniva koju

biljka može usvojiti iz tla/tala različito opskrbljenih s hranivima (na temelju kemijskih analiza tla) i

količine hraniva koja je biljci potrebna (na temelju kemijskih analiza biljnoga materijala) da bi održala

zadovoljavajuću razinu vitalnosti imala dobar godišnji prirast i/ili uredno plodonosila (ako je namjena

nekog šumskog nasada proizvodnja sjemena).

Na temelju kemijskih analiza tala, ona se mogu podijeliti u grupe s obzirom na njihovu

opskrbljenost hranivima što prilikom planiranja gnojidbe može imati veliki praktični značaj. U tom

slučaju tla se najčešće dijele na ona koja su dobro, srednje i loše opskrbljena hranivima (Vukadinović i

Vukadinović 2011).

Prema tome, zadatak gnojidbe na tlima dobro opskrbljenim hranivima mora biti:

očuvanje sadržaja hraniva na istoj razini, a gnojidbu je potrebno obaviti u onoj dozi koja će

nadomjestiti količinu iznesenih elemenata prilikom uklanjanja biljaka s proizvodne

površine.

Zadatak gnojidbe na tlima srednje opskrbljenim s hranivima mora biti:

podizanje sadržaja hraniva u tlu iznad trenutne razine, a gnojidbu je potrebno obaviti u

dozi koja je nešto veća u odnosu na količinu elemenata iznesenih s proizvodne površine.

Page 91: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

88

Zadatak gnojidbe na tlima koja su loše opskrbljena s hranivima mora biti:

podizanje efektivne plodnosti tla, a gnojidbu je potrebno obaviti u onim dozama koje će

obogatiti tlo onim hranivima koja nedostaju s ciljem da se biljci osiguraju dovoljne količine

biološki raspoloživih hraniva za normalan rast i razvoj.

Primjerice ako je koncentracija N u nekom tlu ispod 0,06 % ono se smatra loše opskrbljenim s N

(siromašnim), ako je koncentracija između 0,06 i 0,10 % tlo se smatra srednje opskrbljenim s N

(umjereno opskrbljeno) dok je tlo dobro opskrbljeno s N ako je koncentracija N u tlu između 0,1 i 0,2 %.

U tlima koja su bogato i vrlo bogato opskrbljena s N koncentracija N premašuje 0,2 i 0,3 %.

Nadalje, kemijskim analizama tla za utvrđivanje fiziološki pristupačnoga P i K od kojih se najčešće

koristi AL-metoda u kojoj je amonium-laktat-octena kiselina sredstvo za ekstrakciju K i P iz tla pružaju

nam uvid u opskrbljenost tla K i P. Prema tome, tlo se smatra dobro opskrbljenim s P i K ako je na 100 g

tla utvrđeno 20 mg P2O5 ili K2O. Ako na 100 g tla imamo 11-20 mg P2O5 ili K2O tlo se smatra osrednje

opskrbljenim s P i K. U slučaju da se na 100 g tla utvrdi 0-10 mg P2O5 ili K2O takvo se tlo smatra slabo

opskrbljenim s P i K.

Kada govorimo o kemijskim analizama tla važno je imati na umu da pomoću njih samo

pretpostavljamo granične vrijednosti pojedinih razina raspoloživosti hraniva u tlu. Međutim, tu često

puta može doći do određenih problema i nejasnoća jer opskrbljenost tla hranivima ovisi o velikom broju

čimbenika (biološki, kemijski, fizički) čiji utjecaj na stanje raspoloživosti hraniva nije još dovoljno poznat.

Iz tog razloga se kemijske analize tla tumače posredno pomoću klasa opskrbljenosti uz približno

predviđanje djelovanja buduće gnojidbe, pa je stanje hraniva u tlu potrebno predviđati svakih nekoliko

godina.

19. LITERATURA

KOMLENOVIĆ, N., J. GRAČAN, F. MRVA, 1975: Istraživanja utjecaja mineralnih gnojiva na urod sjemena

američkog borovca u kulturi Zelendvor. Šum. List., 99 (7 – 8); 149 – 160.

KOZLOWSKI, T. T., P. J. KRAMER, S. G. PALLARDY, 2001: The physiological ecology of woody plants. Academic

press, San Diego.

LAMBERS, H., F. S. CHAPIN, T. L. PONS, 2003. Plant Physiological Ecology. Springer, London, U.K.

LARCHER, W., 2003: Physiological Plant Ecology. 4th Edition. Springer-Verlag Berlin Heilderberg New York.

Germany, USA.

LIU, B., C. LIANG, M. LI, D. LIANG, Y. ZOU, F. MA, 2012: Interactive effects of water and nitrogen supply on

growth, biomass partitioning, and water-use efficiency of young apple trees. Afr. J. Agric. Res.,

7(6): 978 – 985.

NIKOLIĆ, N., S. ORLOVIĆ, B. KRSTIĆ, Ž. KEVREŠAN, 2006: Variability of acorn nutritient concentrations in

pedunculate oak (Quercus robur L.) genotypes. J. Forest Sci., 52(2): 51 – 60.

OLIVEIRA, G., M.A. MARTINS-LOUCAO, O. CORREIRA, F. CATARINO, 1996: Nutrient dinamics in crown tissues of

cork-oak (Quercus suber L.). Trees-stuct. funct., 10: 247 – 254.

OPIK, H., S. ROLFE, 2005: The physiology of flowering plants. Cambridge University Press, 376 str.

Cambridge U.K.

Page 92: Sveučilište u Zagrebu Ishrana bilja - sumfak.unizg.hr Siječanj, 4. Ishrana bilja Interna skripta Izv. prof. dr. sc. Željko Škvorc Prof. dr. sc. Tomislav Ćosić Dr. sc. Krunoslav

89

PARELLE, J., M. ZAPATER, C. SCOTTI-SAINTAGNE, A. KREMER, Y. JOLIVET, E. DREYER, O. BRENDEL, 2007: Quantitative

trait loci of tolerance to waterlogging in a European oak (Quercus robur L.): physiological

relevance and temporal effect patterns. Plant Cell Environ., 30: 422 – 434.

PEVALEK-KOZLINA, B., 2003: Fiziologija bilja, Profil, 568 str., Zagreb.

SALIFU, K. F., K. G. APOSTOL, D. F. JACOBS, M. A. ISLAM, 2008: Growth, physiology, and nutrient retranslocation

in nitrogen-15 fertilized Quercus rubra seedlings. Ann. For. Sci., 65: 100 – 109.

SELETKOVIĆ, I., 2006: Utjecaj gnojidbe dušikom, fosforom i kalijem na rast i razvoj sadnica hrasta lužnjaka

(Quercus robur L.). Disertacija, Sveučilište u Zagrebu-Šumarski fakultet. (S; 133 str.)

SEVER, K., 2012: Utjecaj ekofizioloških čimbenika na razvoj rasplodnih organa hrasta lužnjaka (Quercus

robur L.). Disertacija, Sveučilište u Zagrebu-Šumarski fakultet. (S; 134 str.)

SILLA F., A. ESCUDERO, 2003: Uptake, demand and internal cycling of nitrogen in samplings of

Mediterranean Quercus species. Oecologia, 136: 28-36.

ŠKORIĆ, A., 1965: Pedološki praktikum. Sveučilište u Zagrebu. 51 str. Zagreb

ŠKVORC, Ž., K. SEVER, J. FRANJIĆ, D. KRSTONOŠIĆ, M. POLJAK, 2012: Intenzitet fotosinteze i vegetativni rast

hrasta lužnjaka (Quercus robur L.) u pokusnom nasadu. Šum. List, 136(1 – 2): 7 – 17.

TAIZ, L., E. ZEIGER, 2006: Plant physiology. 4th edition. Sinauer associates (764 Str.). Sunderland,

Massachusetts.

UEDA, M. U., E. MIZUMACHI, N. TOKUCHI, 2009: Allocation of nitrogen within the crown during leaf

expansion in Quercus serrata saplings. Tree Physiol., 10: 1 – 7.

VAN DEN BURG, J., 1990: Foliar analysis for determination of tree nutritien status a compilation of

literature data. 2. Literature 1985 – 1989. “De Dorschkamp”, Institute for Forestry and Urban

Ecology, 591 str. Wageningen

VUKADINOVIĆ, V., 1999: Ekofiziologija. Interna skripta, Poljoprivredni fakultet Osijek, 74 str. Osijek.

VUKADINOVIĆ, V., V. Vukadinović, 2011: Ishrana bilja, Poljoprivredni fakultet Osijek, 442 str. Osijek.