(Zpráva zpracovaná Dr. Peterem Barracloughem z IACR-Rothamsted pro Výzkumné centrum Hanninghof)

Úvod
Elementární síra (ES) je ve vodě nerozpustná a nemůže být vstřebávána ani listy, ani kořeny. Než jsou ji schopny rostliny přijímat, musí být nejprve mikrobiálně oxidována v půdě na sulfáty. Se svou komplexní analýzou (100 %) a charakteristikou pomalého uvolňování se jedná o potenciálně atraktivní hnojivo, a to především tam, kde může vyluhování anorganických hnojiv s obsahem síry představovat problém. S jemně mletou elementární sírou je však velmi obtížná manipulace i aplikování. Dráždí oči a plíce, a kromě toho představuje potenciální nebezpečí požáru a výbuchu. Tyto problémy mohou být překonány formulováním elementární síry do větších částic, ve vodných suspenzích, nebo její aplikace ve směsi nebo potahu aplikovaném na jiné materiály - s jílem, močovinou, fosfáty, atd., s různými produkty zemědělské výroby.

Tato zpráva reviduje literaturu o používání elementární síry jako hnojiva pro méně náročné plodiny. Zvažuje čtyři typy hnojiva ES - pevnou ES, suspendovanou ES, ES s jílem a konečně ES s močovinou, jakož i faktory, ovlivňující jejich efektivitu a účinnost na poli. Většina výzkumných prací zabývajících se elementární sírou byla zřejmě provedena na Novém Zélandě a v Kanadě.

Typy hnojiv na bázi ES

Pevná ES: ES je dodávána jako čistý pevný prášek, drobné kuličky (dále jen pelety), vločky, a granule.

Suspendovaná ES: Velmi najemno upravená mletá mikroskopická ES (1-10 um), kdy je možné ji při zpracování se zvlhčujícími činidly suspendovat ve vodě. Do suspenze může být také přidáno 2-3 % jílu. Tato formulace měla původní určení jako širokospektrální ochranný prostředek k ničení hub a plísní listů. Ve Velké Británii je dodávána jako "Thiovit" (PBI) s obsahem 80 % S a velikostí částic 2-8 um.

ES/jíl: ES může být míchána s jílem, obvykle s 10 % bentonitu. Směs ES a jílu lze připravovat jako "suchou" směs a následně ji granulovat, nebo "vlhkou" smísením bentonitu s roztavenou sírou a následným granulováním, vločkováním nebo tabletováním. Tabletovaný výrobek prodávaný pod značkou "Tiger 90" (Stefes/AgrEvo) obsahuje 90 % S.

ES/močovina: Tento produkt je dodáván ve dvou podobách, jako sírou impregnovaná močovina (SIM) a sírou potažená močovina (SPM). SIU je vyráběna vstřikováním roztavené síry do roztavené močoviny a tabletováním směsi. ES je jemně rozdělena (menší než 100 um) a homogenně rozložena v celé granuli močoviny. SCU je vyráběna nastříkáním roztavené síry na granulovanou nebo tabletovanou močovinu. Pak může být přidáno hnojivo, pesticid a činidlo zabraňující spékání (tvorbě koláčů). Typický výrobek kombinace ES a močoviny obsahuje 40 % N a 10 % S.

Účinek (efektivita) hnojiv s obsahem elementární síry

Pevná ES: Oxidaci ES v půdě ovlivňuje několik faktorů, včetně mikrobiální populace, teploty, vlhkosti, provzdušnění, PH a především velikosti částic. O oxidaci ES byly zpracovány četné studie (Germida a Jansen, 1993), a jsou k dispozici modely pro predikci úměru oxidace za různých podmínek ( Watkinson a Blair, 1993). Oxidace ES na sírany okyseluje půdu, což může zlepšit dostupnost některých stopových prvků.

Oxidování ES způsobují některé druhy bakterií, ale především autotrofní aeroby. Největší rychlost oxidace probíhá mezi 25-35 C, kdy současně půda daného pole dosahuje optimální nasycenosti vlhkostí. U rozbahněných nebo promáčených půd je omezujícím faktorem přísun kyslíku. Když má být elementární síra aplikována na ornici, obecné pravidlo vyplývající ze zkušenosti je takové, že by mělo být 100 % částic S jemnějších než 1,7 mm a 50 % objemu by mělo mít zrnitost jemnější než 250 um. ES ukládaná na půdní povrch obecně není tak účinná jako sírany, protože tyto se rychleji uvoňují do kořenů difúzní cestou. Když je ES jemně rozprostřena v zemi a dobře promíchána s ornicí, obvykle je stejně účinná, jako sírany. (Tisadle a Nelson, 1975).

Půdy se mohou z hlediska své schopnosti oxidovat elementární síru za jinak identických podmínek značně lišit, a to v důsledku změn v mikrobiální populaci. Rychlost oxidace se exponenciálně zvyšuje do teplot 30 C. Na většině území Spojeného království by ani teplota ani vlhkost neměly představovat hlavní omezení oxidace ES. K oxidaci dochází v rámci širokého intervalu pH 2-9. Při chladném podnebí a suchých podmínkách panujících na Novém Zélandu je z hlediska účinnosti elementární síry požadováno, aby měla jemnost částic menší než 150 um, pokud se má její efekt projevit v roce aplikace, a částice s jemností 150-250 um jsou pak efektivní v následujících letech. Platí, že částice větší než 500 um jsou neúčinné. Za teplých a vlhkých podmínek panujících na Novém Zélandu se uvolňují částice menší než 250 um na tvorbu síranů rychle, a částice v rozsahu 500-1000 um uvolňují sírany v průběhu 2-3 letého období. Předvádění deficitu síry v období následujících 2-3 let po jediné aplikaci vhodně rozměrově upravené ES je atraktivní koncepcí, ale ke stanovení optimální velikosti částic pro různé klimatické podmínky je ještě třeba dále pokračovat ve výzkumné práci. (Syers a kol., 1987).

ES v dostatečně jemné formě částic je stejně účinná jako síranová hnojiva. V případě aplikace ES do půdy jsou ve Spojeném království obvykle požadovány částice o velikosti menší než 320 um, pokud se mají projevit jako hnojivo, které bude účinné ještě v tom vegetačním období, v němž byly aplikovány (Wainwright, 1984).

U částic velikosti 1-2 um je oxidace elementární síry v podstatě nepřetržitým procesem, zatímco větší tvrdé pelety ES - (o průměru 1-3 mm) se v chladném podnebním pásmu jižního Nového Zélandu a v polních i inkubačních studiích v Kanadě prokázaly jako neúčinné. Ve čtyřech klimatických zónách Nového Zélandu byly ideální velikosti částic požadované v hnojivech (z hlediska uvolnění síranů v roce aplikace) menší než 250 um pro aplikace ve vyšší teplotě, menší než 150 um pro chladné teploty, a menší než 75 um pro chladné teploty s vysokým objemem dešťových srážek a chladnější podnební zóny mírného pásma. V chladnějších klimatických podmínkách je potřeba použít jemnější částice než v teplejších podmínkách, a to především ve vztahu k jednoletým plodinám, méně již k víceletým. Na Novém Zélandu je postačující informací, která zajišťuje doporučení ve vztahu k optimální požadované velikosti částic na hnojiva s obsahem ES, průměrná roční teplota půdy (Boswell a Friesen, 1993).

Oxidace probíhá podstatně rychleji v půdách s vysokým pH nebo při aplikaci vápna. Experimenty ADAS ve Spojeném království prokázaly, že na půdu aplikované sirné květy mají menší účinek na výnos řepky než síran draselný. Při pokusech na lučních porostech byl porovnáván sádrovec s pevnou ES (částice menší než 100 um). U travnatých ploch v oblastech s vysokými dešťovými srážkami byla vzhledem k požadavku mikrobiální oxidace vhodnější jediná aplikace ES, ale v sušších místech byla ES méně účinná než sádrovec (McGrath a kol., 1996).

Suspendovaná ES: Jsou-li aplikovány na listy, mohou být suspendované nebo vázané produkty použity jako fungicidy - prostředky pro ničení hub a plísní nebo jako hnojivo. Rostlina si však z listů neodebírá žádnou síru jako živinu. Síra je z listů splachována a velmi jemné částice ES způsobují, že v půdě dochází k jejímu rychlému oxidování na sírany (Boswell a Friesen, 1993).

Ve Spojeném království je nejčastěji užívaným hnojivem s obsahem elementární síry "Thiovit". Bylo zjištěno, že při pěstování ječmene je na listy aplikovaný "Thiovit" stejně účinný jako ekvivalentní množství sádrovce aplikovaného do půdy (Withers a kol., 1995).

Při zvyšování obsahu síry v listech řepky byl "Thiovit" aplikovaný na listy méně účinný, než do půdy aplikované sírany amonné nebo sádrovec, ale ze srovnatelného hlediska byl aplikován později. Této účinnosti dosáhl ve vztahu ke zvyšování výnosu (McGrath a kol., 1996).

V irských experimentech s ozimým ječmenem došlo v reakci na půdní aplikaci nitridu síranu amonného (86 kg S/ha) ke zvýšení výnosu o 21%, a o 14% v případě na listy aplikovaného "Thiovitu" (10 kg S/ha) (McGrath a kol., 1996).

Elementární síra/jíl: Když je Bentonit přidán do půdy, vstřebává tato látka vlhkost a bobtná. Bobtnání rozkládá částice, takže může probíhat oxidace. Na-bentonit bobtná daleko více než Ca-bentonit a je při rozpouštění ES účinnější.

V chladných teplotních podmínkách jižního Nového Zélandu došlo při použití "suché" směsi hnojiv k prodlevě přibližně 2 měsíců, než se výrazně zvýšila úroveň obsahu síry v rostlinách. Prokázalo se, že síra je účinné hnojivo pro luční plochy (pastviny) jak v roce aplikace, tak v následujících dvou letech. Boswell doporučuje, že by měly sířené jíly obsahovat 15-20 % Na-bentonitu, aby byla zajištěna jejich konsistentní a rychlá disperze, a aby přitom byla použita jemně mletá ES. Za těchto podmínek je oxidace elementární síry rychlá a sírany jsou pro rostliny v mírných prostředích rychle dostupné (Boswell a Friesen, 1993).

Většina komerčně prodávaných výrobků je připravována jako "vlhké" směsi, což se nezdá být tak účinné hnojivo jako výše uvedené "suché" formulace. Míra rozkladu těchto vlhkých směsí závisí na typu a množství použitého bentonitu a homogenitě směsi. Po celém světě byly sledovány různé proměnlivé reakce na komerčně prodávané bentonitové směsi s elementární sírou, zřejmě vzhledem ke změnám těchto faktorů. Na experimentech prováděných na pastvinách s peletami obsahujícími 90 % S dochází vždy k časovému posuvu, který se počítá od měsíců na roky, než jsou pozorovány měřitelné hodnoty obsahu síranů. 90 % ES-bentonit není v roce aplikace tak účinný jako sádrovec, ale vykazoval vyšší zbytkové účinky ve druhém a třetím roce. Pro celoročně mírně vyšší teploty nebo tropické plodiny nejsou pelety ES bentonitu považovány svým účinkem za srovnatelné se síranovými hnojivy. Tyto produkty se nejlépe hodí pro úlohu udržovacího hnojiva na pastvinách (Boswell a Friesen, 1993).

Z většiny experimentů vyplývá, že jarní aplikace pelet ES-bentonitu nemá pro sklizeň v dané sezóně žádný přínos a musí být tedy aplikovány nejméně jeden rok předem, aby bylo umožněno rozpuštění pelet a oxidace ES (Nuttall a kol., 1993).

Sírou impregnovaná močovina (SIM): Je-li SIM aplikována do půdy, močovina se rozpouští a ponechává tenkou plástvovou strukturu z ES. V experimentech, které byly na pastvinách prováděny 58 dní po aplikaci, byla zaznamenána rychlá oxidace ES se zvýšenou hladinou obsahu síry v rostlinách. Solberg a Nyborg (1983) v Kanadě zjistili, že SIM byla oxidována stejně rychle jako jemná prášková ES. SIM byla zapracována do půdy do hloubky 10-15 cm. Přeměna ES na síran jeden až dva měsíce po aplikaci byla na 33 % úrovni v porovnání s uvolněním síranů ze síranových hnojiv. Z toho vyplynulo, že SIM by mohla překlenout nedostatek S u obilovin nebo řepky, ale aby byla stejně účinná jako síranová hnojiva v prvním roce, bylo by potřeba aplikovat větší množství (Boswell a Friesen, 1993).

Sírou potahovaná močovina (SPM): Výsledky četných agronomických zkoušek prokázaly, že SPM je vhodné hnojivo s pomalým uvolňováním dusíku, především pro víceleté plodiny (Tisdale a Nelsen, 1975). SPM není ale obecně považováno za síranové hnojivo. Samoir a Blair (1983) zjistili, že pro zaplavenou rýži nebyla síra z SPM dostupná přinejmenším v prvním roce aplikace. V kanadské vládní studii o přírůstcích výnosu prováděné s řepkou olejnou bylo prokázáno, že SPM uvolňuje nepatrné množství síranu, kdy byly na konci experimentu v půdě stále zjistitelné "skořápky" síry. V kalifornské studii prováděné na zatravněných plochách (lučinách) bylo patrné významné uvolňování síry teprve po pěti letech. Celkově se zdá, že jako sírové hnojivo má SPM jen malou praktickou hodnotu (Boswell a Friesen, 1993).

V laboratorní studii prováděné v kořenáčích byla zkoušena čtyři hnojiva ES pěstováním pěti po sobě jdoucích úrod řepky v období 124 dnů. U suspendované ES docházelo k rychlé oxidaci a celá byla přeměněna na sírany do 74. dne. Po 124 dnech nebyly zcela přeměněny pevné částice ES (s velikostí 100-150 um). Po promíchání půdy vykazovala SIM rychlou oxidaci síranu. Po 124 dnech vytvářela SPM jen minimální množství síranu a nemohla být považována za použitelné hnojivo S (Janzen a Bettany, 1986).

Závěry
Elementární síra (ES) musí být nejprve mikrobiálně oxidována v půdě na sírany, než může být přijímána rostlinami.

Klíčem k agronomické efektivitě elementární síry je velikost částic. Velmi jemné částice ES jsou oxidovány téměř okamžitě, zatímco velké tvrdé částice jsou inertní. Různé klimatické podmínky vyžadují různou velikost částic. Je-li ES jemně mletá a dobře promíchána s půdou a panují pro oxidaci příznivé podmínky, je ES stejně účinná jako anorganická síranová hnojiva.

Suspendovaná ES a sírou impregnovaná močovina (SIM) jsou zřejmě nejlepší hnojiva založená na ES pro jednoleté plodiny pěstované v mírných klimatických podnebích.

Sušené bentonitové produkty ES se neprokázaly být úspěšnými okamžitými zdroji síranu pro sklizeň ve stejném roce aplikace, ale měly účinky ve druhém roce a dále. Nejsou považovány za účinná hnojiva s obsahem S pro jednoleté méně náročné plodiny, ale lépe jim vyhovuje role udržování úrodnosti pastvin.

Sírou potažená močovina (SPM) má zřejmě jen malou praktickou hodnotu jako hnojivo s obsahem síry, neboť její oxidace probíhá pomalu.

Odkazy - Literatura
Boswell C.C. & Friesen D.K. (1993) - Elemental sulfur fertilizers and their use on crops and pastures. (Hnojiva s obsahem elementární síry a jejich užití na plodiny a pastviny.) Fertilizer Research (Výzkum hnojiv) 35, 127 - 149.

Gemida J.J. & Janzen H. H. (1993) - Factors affecting the oxidation of elemental sulfur in soils. (Faktory ovlivňující oxidaci elementární síry v půdě). Fertilizer Research (Výzkum hnojiv) 35, 101 - 114

Janzen H.H. & Bettany J.R. (1986) - Release of available sulfur from fertilizers (Uvolňování dostupné síry z hnojiv). Canadian Journal of Soil Science 66, 91 - 103.

McGrath S.P., Zhao F.J. & Withers P.J.A. (1996) - Development of sulfur deficiency in crops and its treatment (Vývoj nedostatku síry v plodinách a jejich ošetření). Jednání společenství pro hnojiva - The Fertilizer Society (Londýn), č. 379.

Nuttall W.F., Boswell C.C., Sinclair A.G., Moulin A.P., Townley-Smith L.J. & Galloway G.L. (1993) - The effect of the time of application and placement of sulphur fertilizer sources on yield of wheat, canola, and barley (Účinek okamžiku aplikace a umístění zdrojů síry z hnojivech pro tvorbu výnosu u pšenice, vojtěšky a ječmene. Sdělení v Soil Science and Plant Analysis (Půdní vědy a analýzy rostlin) 24, 2193 - 2202..

Samosir S.& Blair G.J. (1983) - Sulphur nutrition of rice (Vyživa rýže sírou). 3. A comparison of fertiliser sources for flooded rice (Porovnání zdrojů hnojení u zaplavené rýže). Agronomy Journal (Zemědělský věstník) 75, 203 - 206.

Solberg E.D. & Nyborg M.N. (1983) - Comparison of sulphate and elemental sulphur fertilizers. (Porovnání síranových hnojiv a hnojiv s elementární sírou). Stať: Jednání konference Síra-82, A.I. More (vydavatel), str. 843 - 852. Britská společnost pro síru - The British Sulphur Corporation Ltd., Londýn..

Syers K.J., Skinner R.J. & Curtn D. (1987) - Soil and fertiliser sulphur in UK agriculture (Půda a sirná hnojiva v zemědělství Spojeného království). Jednání Společenství pro hnojiva -The Fertiliser Society (Londýn), č. 264.

Tisdale S. & Nelson W. (1975) - Soil Fertility and Fertilizers (Úrodnost půdy a průmyslová hnojiva), 3. vydání. Collier Macmillan, Londýn.

Wainwaright M. (1984) - Sulfur oxiadation in soils (Oxidace síry v půdních typech). Pokrok v zemědělství - Advances in Agronomy 37, 349 - 396.

Watkinson J.H. & Blair G.J. (1993) - Modelling the oxidation of elemental sulfur in soils (Modelování oxidace elementární síry v půdě). Výzkum hnojiv - Fertilizer Research 35, 115 - 126.

Withers P.J.A., Tytherleigh A.R.J. & O'Donnel F.M. (1995) - Effect of sulphur fertilizers on the grain yield and sulphur content of cereals (Účinek hnojiv s obsahem síry na výnos zrna a obsah síry v obilninách). Věstník zemědělské vědy - Journal of Agricultural Science, Cambridge.