OBSAH ENERGIE V SUŠINĚ ŠPENÁTU

12.12.2001 | Odborné konference

The energy contents in dry matter of spinach

Václav Hejnák, Luboš Türkott

Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra botaniky a fyziologie rostlin

Souhrn, klíčová slova

Obsah energie v sušině nadzemních částí špenátu odrůdy Pavána F1 se v průběhu ontogeneze pohyboval v rozmezí hodnot 9,56 kJ.g-1 až 16,10 kJ.g-1 a vykazoval v mikroparcelkových pokusech statisticky neprůkazně vyšší hodnoty při pěstování rostlin na neutrální zemině než na zemině extrémně kyselé. Na obou zeminách byla zaznamenána tendence k růstu obsahu energie v 1g sušiny v počátečních fázích ontogeneze a statisticky průkazný vliv stupňovaného hnojení dusíkem (50 a 100 kg N.ha-1), které zvyšovalo obsah energie až o 2,39 kJ.g-1 sušiny proti kontrolní variantě. Při jarním pěstování obsahovala sušina špenátu více energie než při pěstování na podzim za horších povětrnostních podmínek.

Klíčová slova: špenát, obsah energie v sušině, pH zeminy, termín pěstování, hnojení dusíkem

Summary, keywords

In the years 1998 and 1999 in four periods (spring, first half of summer, second half of summer, autumn) was grown spinach, variety Pavana F1, in micro-plot trials in neutral soil (pH > 6,5) and in extremely acid soil (pH < 4,5). The spinach pertains to the plants with low net energy contents in dry matter of leaves. We measured this physiological value during vegetative period by calorimeter Laget MS 10 A and the contents of energy was from 9,56 kJ net energy to 16,10 kJ net energy in 1 g of dry matter of spinach leaves. This characterisation was a non significantly higher in dry matter of spinach on neutral soil than extremely acid soil. The graduated rates of nitrogen fertilization (50 and 100 kg N.ha-1) increased the energy contents as many as 2,39 kJ.g-1 of dry matter compared with control variant without nitrogen fertilizer on neutral soil and on extremely acid soil, to. The content of energy was manifested growth in the initial phases of development and the higher content of energy in dry matter of leaves was investigated in spring time of cultivation than in autumn time of cultivation on the both soils.

Keywords: Spinach, net energy, soil pH, period of cultivation, nitrogen fertilization

Úvod

Práce, jejíž výsledky předkádáme v tomto příspěvku, měla za cíl posouzení vztahů některých agroekologických faktorů k fotosyntetické výkonnosti rostlin hodnocené v průběhu vegetace podle energetického obsahu jejich sušiny. Doposud byla problematika spalné kalorimetrie při studiu rostlin zaměřena především na hodnocení jejich využití pro bioenergetické účely, případně na hodnocení energetických bilancí v zemědělských soustavách. Využití za účelem studia fotosyntetické akumulace energie rostlinami, jejich růstu a sledování adaptačních schopností rostlin k abiotickým stresům a dalším omezujícím faktorům tvorby výnosu je zatím poměrně malé.

Literární přehled

Růst je spojen se změnami obsahu energie a zastoupením jednolivých látek v orgánech rostliny. Tyto změny mají v průběhu vegetace obvykle dynamický charakter (Petr, 1980).

Již samotné semeno v sobě obsahuje energii ukrytou v chemických sloučeninách. Tato energie je počáteční silou umožňující semeni rozběhnout fyziologické procesy. Do vzejití převažuje výdej energie, po vzejití však rostlina přechází na autotrofní výživu a příjem energie je v globálním měřítku větší než výdej (Novák et al., 1998).

Vyprodukovaná biomasa je výsledkem fotosyntetického procesu, při kterém se sluneční energie transformuje do organické hmoty rostlin. Energetický obsah rostlinné produkce je tvořen zhruba z 98 % energií pocházející ze slunečního záření. Zbytek představuje dodatkovou energii vloženou člověkem, např. hnojiva, paliva, technologická zařízení, živá práce apod. (Strašil, 1998).

Energetická hodnota rostlinného materiálu je funkcí genotypu a závisí na podmínkách prostředí - intenzitě ozáření, fotoperiodě, dostupnosti živin, typu půdy atd. (Golley, 1961).

Paine (1971) uvádí průměrný obsah energie v 1 g sušiny rostlin 16,74 kJ. Tento obsah je vázán podílem a vzájemnou kombinací jednotlivých látek, které tvoří tělo rostliny. Nejmenší obsah energie mají cukry (glukóza 15,4 kJ.g-1, sacharóza 16,5 kJ.g-1). Škrob má kolem 17,4 kJ.g-1, celulóza 17,6 kJ.g-1 a lignin 26,3 kJ.g-1. Obecně mají uhlovodíky 17,16 kJ.g-1, bíkloviny 23,65 kJ.g-1 a tuky 39,56 kJ.g-1.

Hodnotu obsahu vnitřní energie asimilátů vytvořených fotosyntézou můžeme vždy stanovit pouze nepřímou cestou, neboť se projevuje jen jako přírůstek spalných tepel organických látek tvořících sušinu rostlinných orgánů (Hniličková, Hnilička, Türkott, 1999).

Metody

Pokus byl zakládán jako mikroparcelkový v letech 1998 a 1999 na pokusném stanovišti v Sojovicích u Lysé nad Labem. Mikroparcelky měly plochu 0,029 m2 a byly tvořeny cylindrickými nádobami bez dna o průměru 19 cm a zapuštěnými 30 cm do půdního profilu.

Modelovou rostlinou byl špenát zelinný (Spinacia oleracea L.), holandský hybrid Pavána F1. Jedná se o pozdní odrůdu jarního špenátu se sníženou citlivostí k fotoperiodě, a tudíž s menší tendencí k vybíhání do květu při dlouhém dnu. To nám umožnilo pokus opakovat v průběhu roku od jara do podzimu ve 4 pěstebních termínech.

Pro oblast, kde se nachází pokusný pozemek, je charakteristické mírně suché klima s průměrnou roční teplotou 8,6°C a s průměrným ročním úhrnem srážek 542 mm.

Nádoby byly naplněny dvěma zeminami, které byly odebrány ze dvou stanovišť z oblastí fluvizemí. Zemina 1 měla podle mapy geologicko-půdních poměrů zájmového území charakter středně těžké fluvizemě na píscích a byla více závislá na srážkách. Měla střední obsah humusu a extrémně kyselou reakci (pH < 4,5). Zemina 2 byla středně těžká fluvizem na fluviálních uloženinách. Měla příznivé vláhové poměry, střední obsah humusu a neutrální reakci (pH > 6,5).

Špenát byl pěstován na obou zeminách v průběhu roku ve 4 termínech při 3 variantách hnojení s 6 opakováními a 8 rostlinami v každé nádobě. Na kontrolní variantě bylo hnojeno pouze fosforem (255 mg na nádobu) a draslíkem (320 mg na nádobu) ve formě dihydrogenfosforečnanu draselného, u dalších variant bylo kromě toho použito hnojení dusíkem ve formě Ca(NO3)2 v dávkách 150 a 300 mg N na nádobu, resp. v přepočtu 50 a 100 kg.ha-1. Všechna hnojiva byla aplikována ve formě zálivkového roztoku po vzejití rostlin.

V průběhu vegetace bylo uskutečněno 6 odběrů vzorků nadzemních částí rostlin. První 20. den po vzejití a následně v 5 až 7 denních intervalech. Vzorek tvořený u každé varianty 8 rostlinami byl vysušen při 80°C a následně byl v sušině stanoven obsah energie pomocí automatického adiabatického spalného kalorimetru Laget MS 10 A. V kalorimetrické nádobě dochází k úplnému spálení vzorku a získané hodnoty tepelního skoku byly přepočteny na základě doporučených norem (ČSN 441352) na hodnoty netto energie.

Pokus byl statisticky vyhodnocen počítačovým programem Statgraphics vícenásobnou analýzou rozptylu při a = 0,05.

Výsledky a diskuse

Vliv zeminy a termínu pěstování na změny obsahu energie v nadzemní části špenátu během vegetace je ukázán v tab. 1.

Porovnáme-li obsah energie v jednotce sušiny u rostlin špenátu s jinými rostlinami uváděnými v literárních pramenech (Paine, 1971, Strašil, 1998), můžeme říci, že špenát patří mezi rostliny s nízkým obsahem energie, což je způsobeno nižším zastoupením energeticky chudých uhlovodanů a popelovin. Lze tedy uvažovat, že špenát má vyšší poměrné zastoupení cukrů v porovnání s bílkovinami a tuky. Malý (1998) udává obsah cukrů v rostlinách špenátu 1,5 %. Podle Strašila (1995) mají z hospodářských plodin nejmenší spalné teplo okopaniny, díky svému vysokému obsahu cukrů a škrobu v zásobních orgánech, a to v průměru 16,4 kJ.g-1. Největší spalné teplo mají semena olejnin, a to v průměru 25,6 kJ.g-1 sušiny, neboť tato semena obsahují velké množství energeticky bohatých látek, kterými jsou v tomto případě mastné kyseliny. V našem pokusu se v průběhu vegetačního období pohyboval obsah netto energie v 1 gramu sušiny listů v rozmezí od 9,56 kJ do 16,10 kJ. Úrodnost půd reprezentovaná v tomto pokusu především různým pH měla vliv na obsah fotosynteticky naakumulované energie v 1 gramu sušiny listů. Rozdíly nebyly sice statisticky průkazné, ale ve všech termínech pěstování můžeme sledovat tendence k vyššímu obsahu energie v jednotce sušiny u špenátu pěstovaného na zemině s neutrální reakcí v porovnání se špenátem pěstovaným na zemině extrémně kyselé.

Nejvyšší hodnoty netto energie naakumulované v 1 g sušiny rostlin byly u zeminy 1 s nízkým pH zjištěny při jarním termínu pěstování, kdy se v průběhu ontogeneze pohybovaly v rozmezí od 14,14 kJ do 16,10 kJ. Naopak nejméně energie, pouze od 9,96 do 14,53 kJ.g-1 sušiny, obsahovaly rostliny pěstované na podzim. Na zemině 2 s neutrální půdní reakcí byl zjištěn podobný trend. Na jaře rostliny obsahovaly v průběhu ontogeneze v 1 g sušiny od 14,22 do 15,92 kJ energie a nejméně opět při podzimním termínu pěstování, od 9,56 do 14,85 kJ energie.g-1 sušiny.

Tyto výsledky jsou v souladu se zjištěnými hodnotami tvorby sušiny a ukazují, že nejlepší podmínky pro růst měly rostliny při jarním termínu pěstování, neboť vyšší energetický obsah sušiny souvisí s vyšším podílem proteinových látek v listech. Nižší obsah energie v sušině u dalších pěstebních termínů je způsoben omezením fotosyntézy v létě především nevyrovnaným vodním režimem a vysokou teplotou a na podzim nízkou teplotou, nízkou intenzitou slunečního záření a zkracujícím se dnem. Lze předpokládat, že za zhoršených podmínek pro fotosyntézu v těchto obdobích vzrůstal v rostlinách špenátu podíl nebílkovinového dusíku a klesal podíl hrubého proteinu, což v konečném důsledku vedlo k omezení růstu rostlin.

Tab. 1.: Vliv úrodnosti zeminy a termínu pěstování na změny obsahu energie v nadzemní části špenátu v průběhu vegetace [kJ.g-1 sušiny].

Obsah energie v 1 g sušiny listů vykazoval na obou zeminách tendenci k růstu v počátečních fázích vegetace (především mezi 1. a 2. odběrem), s následnou stagnací, případně mírným poklesem při posledních odběrech. Mezi jednotlivými odběry ale nebyly prokázány statisticky významné rozdíly.

Obsah energie v sušině listů špenátu je více ovlivňován dusíkem než např. u obilnin. Hnilička (1998) uvádí, že u pšenice ozimé hnojení dusíkem podpořilo významně tvorbu sušiny a celkovou akumulaci energie rostlinami, ale obsah energie v jednotce sušiny se přitom téměř neměnil. V našem pokusu se špenátem ale stupňované hnojení dusíkem zvyšovalo na obou zeminách (s výjimkou 3. termínu pěstování na extrémně kyselé zemině) obsah energie v nadzemní části rostlin špenátu až o 2,39 kJ.g-1 sušiny (obr. 1 a 2). Zlepšená výživa dusíkem po aplikaci hnojiva podpořila dusíkatý metabolismus, zvýšila tvorbu energeticky bohatších bílkovin na úkor sacharidů a podpořila růst listů.

Obr. 1.: Vliv dávky dusíku a termínu pěstování na obsah energie v 1 g sušiny na extrémně kyselé zemině (zemina 1).

Obr. 2.: Vliv dávky dusíku a termínu pěstování na obsah energie v 1 g sušiny na zemině neutrální (zemina 2).

Závěr (praktické doporučení)

Výsledky experimentu ukazují, že obsah energie v rostlinách zjištěný kalorimetrickým stanovením spalného tepla sušiny je vhodným ukazatelem fyziologického stavu rostlin v průběhu vegetace a jejich odezvy na různé podmínky prostředí. Z hlediska praktického použitá fyziologická metoda ukázala na pozitivní vliv dusíku na růst špenátu a potvrdila, že pro jeho pěstování je nejvhodnějším obdobím jaro, neboť jsou v tomto období nejlepší podmínky pro příjem živin z půdy a pro fotosyntetickou akumulaci energie.

Použitá literatura

Golley, F.B. : Ecology, 42, 1961: 581 - 584.

Hnilička, F. : Mezinárodní slovenský a český kalorimetrický seminář (sborník příspěvků). Vyšná Boca, 1998: 45 - 49.

Hniličková, H. - Hnilička, F. - Türkott, L. : Ekofyziologické metódy v teórii a praxi produkčného procesu rastlín. SPU, Nitra, 1999: 182 - 184.

Malý, I. : Polní zelinářství. Agrospoj, Praha, 1998.

Novák, V. - Kumar, Y. - Medek, J. : Mezinárodní slovenský a český kalorimetrický seminář (sborník příspěvků). Vyšná Boca, 1998: 53 - 55.

Paine, R.T.: Ann. Rev. Ecol. Systematics, 2, 1971: 145 - 164.

Petr, J. et al: Tvorba výnosu hlavních polních plodin. SZN, Praha, 1980

Strašil, Z. : Mezinárodní slovenský a český kalorimetrický seminář (sborník příspěvků). Vyšná Boca, 1998: 39 - 41.

Strašil,Z. : Pěstování a využití energetických a průmyslových plodin v soustavě hospodaření na půdě pro energetické a průmyslové účely [ závěrečná zpráva] . VÚRV, Praha, 1995.