Każda gleba się zakwasza

Postępujące obniżenie odczynu dotyczy każdej gleby, lecz dynamika tego procesu zależy, zarówno od czynników naturalnych jak i antropogenicznych czyli związanych z działalnością człowieka. Wśród najważniejszych należy wymienić mineralizację materii organicznej i wietrzenie minerałów, oddychanie korzeni, utlenianie azotu amonowego (nitryfikacja) oraz pobieranie kationów (na przykład NH4+, K+, Mg2+, Ca2+) przez rośliny. W przeszłości poważnym problemem w skali kraju były kwaśne deszcze. Obecnie są to już tylko zagrożenia na obszarach silnie zurbanizowanych.

Jedną z cech agrochemicznych gleby jest buforowość czyli zdolność do przeciwstawiania się zmianom różnych parametrów, w tym odczynu. Należy przyjąć, że gleby z dużą ilością minerałów ilastych, węglanów wapnia i próchnicy (nie świeżej materii organicznej) posiadają większą buforowość. Gleby takie będą wymagały odkwaszania rzadziej, co jednak nie oznacza, że o wapnowaniu można zapomnieć. Warto pamiętać, że w sytuacji częstego stosowania nawozów mineralnych fizjologicznie kwaśnych – zwłaszcza siarczanu amonu i mocznika, prawdopodobieństwo pojawienia się kationów wodorowych w wyniku nitryfikacji azotu amonowego będzie dużo większe. Ponadto zakwaszaniu powierzchniowych warstw gleby sprzyja stosowanie nawozów naturalnych (obornik, gnojowica) i organicznych (kompost, słoma).

Nie ma gotowej recepty

W praktyce może się okazać, że zależnie od rodzaju gleby i sposobu użytkowania, jedną glebę należy wapnować raz na 3 lata, inną co 7 lat. Dlatego zawsze decyzję o wykonaniu odkwaszania należy poprzedzić diagnozą. Warto rozważyć tak zwane przesiewowe badanie gleby wykonane samemu przy użyciu płytki Helliga lub prostego przenośnego pH-metru. W sytuacji gdy stwierdzimy, że wymagana jest interwencja i zależy nam na precyzyjnym wyznaczeniu dawki CaO pobieramy próbkę gleby i oddajemy do laboratorium.

Dlaczego odczyn jest tak ważny

Gleby o uregulowanym odczynie posiadają lepszą strukturę, co wynika z obecności wapnia jako składnika sklejającego agregaty glebowe. W konsekwencji poprawie ulegają właściwości wodno-powietrzne. Korzenie roślin także oddychają, a niektóre składniki są pobierane czynnie, co wymaga dobrej dostępności tlenu. W glebach obojętnych lepiej przyswajalne są wszystkie makroskładniki, lecz szczególnie wrażliwy na zmianę odczynu jest fosfor. W środowisku kwaśnym fosforany tworzą trudnorozpuszczalne sole z glinem i żelazem, natomiast w obojętnym z wapniem. Im większe odstępstwo od optimum (pH 6,5-7,0) tym silniejsze uwstecznianie fosforu. Wytrącone fosforany z czasem krystalizują i okludują, stając się w większości nie do odzyskania. Stąd postulat aby nie dopuszczać do sytuacji, w której gleba będzie długookresowo zakwaszona.

W kwestii dostępności składników istnieje jednak pewien paradoks. Większość mikroelementów (wyjątek stanowi molibden) jest lepiej dostępna w stanowiskach kwaśnych i lekko kwaśnych. Z tego powodu rolnicy, którzy zadbali o odpowiedni odczyn, muszą pamiętać o systematycznym dostarczaniu mikroelementów w aplikacji dolistnej lub jeśli robią to doglebowo powinni wybierać formulacje mało podatne na uwsteczniania, na przykład chelaty.

Dbałość o odczyn należy dedykować także mikroorganizmom glebowym, których znaczenie dla funkcjonalności gleby jest często niedoceniane. Gleba optymalnie funkcjonalna to taka, w której spełniono możliwie wszystkie warunki potrzebne dla zapewnienia odpowiedniej żyzności stanowiska, co jest punktem wyjścia do poprawy urodzajności. Kwaśny odczyn zmniejsza aktywność biologiczną gleby, ponieważ dla większości mikrobów pożądane jest pH w granicach 6-7. Konsekwencją zakwaszenia jest między innymi ograniczenie najpierw szybkości rozkładu resztek roślinnych i pozostawionego na polu plonu ubocznego (na przykład słomy lub liści buraczanych), w dalszej perspektywie tworzenia próchnicy. Za uwalnianie azotu przyswajalnego dla roślin z puli zasobów organicznych także odpowiedzialne są bakterie glebowe. Dzieje się to szczególnie intensywnie w okresie lata, co w dobrym stanowisku, zależnie od historii pola, może wzbogacić kukurydzę lub buraki o 40-80 kg N/ha. W warunkach kwaśnego odczynu będą to dużo mniejsze wartości.

Największym problemem gleb kwaśnych i silnie kwaśnych jest aktywność specyficznych kationów glinu Al(OH)2+ i Al3+. Związki te są toksyczne dla młodych korzeni roślin. Destrukcyjne działanie Al3+ prowadzi do uszkodzenia merystemów wierzchołkowych, komórek odpowiedzialnych za wzrost korzeni, a także strefy włośnikowej. W efekcie roślina nie pobiera dostatecznych ilości wody i składników mineralnych, a nasza inwestycja, nawet w najlepsze nawozy, staje się chybiona (skutek ekonomiczny). Upośledzone korzenie nie penetrują podglebia, a to powoduje, że część składników przemieszcza się do wód gruntowych. Szczególne niebezpieczeństwo występuje w przypadku azotanów (skutek ekologiczny).

Często obserwuje się spektakularne objawy niedoboru fosforu, mimo zastosowanej pełnej dawki składnika. Przyczyną jest nie tylko szybkie uwstecznienie fosforu z nawozu, lecz także zanik strefy włośnikowej, która jest kluczowa dla pobierania anionów fosforanowych. W grupie roślin bobowatych zamierające włośniki to z kolei mniej brodawek zasiedlanych przez bakterie wiążące azot atmosferyczny. Zaburzenia w pobieraniu fosforu indukowane przez nieodpowiedni odczyn powodują zmniejszenie zasobów energetycznych (ATP), niezbędnych nie tylko w realizacji bieżących potrzeb każdej grupy roślin, ale także upośledzenie funkcjonowania kompleksu nitrogenaza, bez którego wykorzystanie azotu z atmosfery przy współudziale bakterii jest niemożliwe.

Różna reakcja roślin, lecz problem jest zawsze ten sam

Reakcja roślin uprawnych na zakwaszenie gleby bywa zróżnicowana, jednak ostateczny efekt w postaci depresji plonu występuje zawsze. Brak należytego rozpoznania problemu zawsze wiąże się z mniejszą efektywnością środków produkcji, a takimi są nawozy. Wyłączając skrajne sytuacje zwykle największe nakłady ponoszone są na azot, jako składnik o największym znaczeniu plonotwórczym i jednocześnie ekologicznie niebezpiecznym. Stąd optymalizację działania tego składnika zawsze rozpoczynamy od sprawdzenie bazy czyli odczynu. Jak wynika z badań wykonanych w warunkach polskich efektywność wykorzystania azotu w różnych interwałach czasowych zależała od udziału gleb kwaśnych. Działanie nawozów azotowych liniowo zwiększało się wraz ze wzrostem odczynu gleby.

Wykres 3. Efektywność wykorzystania azotu a odczyn gleby. Opracowano na podstawie Kopiński (2017)

Rozważania na temat realizacji potencjału plonotwórczego wymagają uwzględnienia szeregu czynników, w tym od-czynu, przy czym w obrębie każdej grupy roślin występuje pewne zróżnicowanie. Spośród zbóż największą wrażliwość wykazuje jęczmień, a dopiero w dalszej kolejności pszenica. Ze względu na budowę systemu korzeniowego i zwykle gorsze warunki wilgotnościowe w glebie w kardynalnych fazach rozwojowych większą wrażliwość wynikającą z ograniczenia wzrostu korzeni wykazują formy jare. W wieloletnich badaniach wykonanych w Wielkiej Brytanii w glebie o pH = 5,5 lepiej funkcjonowała pszenica ozima, w porównaniu z jęczmieniem jarym. Pełne wykorzystanie potencjału plonotwórczego tych gatunków wystąpiło gdy odczyn wynosił 6,8 - 7,2, zależnie od lokalizacji. Badania te jednoznacznie pokazały, że w glebie kwaśnej (na granicy lekko kwaśnej) zebrano plon o około 40-55% mniejszy od możliwego w danych warunkach (wykr. 4).

Wykres 4. Wykorzystanie potencjału plonotwórczego (PP) jęczmienia jarego i pszenicy ozimej w reakcji na zmianę odczynu gleby w dwóch lokalizacjach. Opracowano na podstawie Holland in. (2019).

Kukurydza uznawana jest za roślinę o względnie dużej plastyczności - rozumianej jako zdolność przystosowania się do zmiennych warunków glebowych. Nie zmienia to jednak faktu, że większość uprawianych w Polsce odmian wykazuje wrażliwość na działanie toksycznego glinu już w warunkach odczynu około 5,5. Z jednej strony kukurydza sprawnie penetruje profil glebowy w poszukiwaniu azotu, z drugiej dawki nawozowe stosowane w wielu gospodarstwach są wysokie, często zbyt wysokie. Dzieje się tak również dlatego, że wykorzystanie azotu przez kukurydzę uprawianą w lekkich i kwaśnych glebach jest niedostateczne. W przypadku tej rośliny odkwaszenie to ratunek dla korzeni, ale także stworze-nie mikroorganizmom warunków do uwalniania azotu mineralnego z zasobów glebowych i/lub z nawozów naturalnych i organicznych w okresie lata. Jest to dla kukurydzy istotne, ponieważ odmiany staygreen po wiechowaniu mogą pobrać jeszcze 40-50% całej puli akumulowanego azotu.

Jak wskazują wyniki jednego z doświadczeń zastosowanie nawozu odkwaszającego w glebie kwaśnej może prowadzić do wzrostu plonu ziarna o ponad 30% po zastosowaniu tej samej dawki azotu (wykr. 5). W rezultacie możliwe będzie rozważenie zmniejszenie nakładów ponoszonych na nawozy azotowe.

Wykres 5. Wpływ odkwaszania gleby kwaśnej na plon ziarna kukurydzy, zależnie od poziomu nawożenia azotem. Opracowano na podstawie Crusciol i in. (2021).

Gdyby w tym doświadczeniu oddzielnie rozpatrywać dwie składowe plonu kształtowane na różnych etapach wzrostu okaże się, że zdecydowanie większy był negatywny wpływ zakwaszenia gleby na liczbę ziarniaków w kolbie (LZK) niż na masę 1000 ziarniaków (MTZ) - wykr. 6. W praktyce oznacza to, że w okresie przed kwitnieniem niski odczyn ograniczał nie tylko sprawne pobieranie wody i azotu, lecz także potasu – głównego czynnika determinującego akumulację biomasy, w okresie gdy budowana jest pierwotna struktura kolby (LZK).

Wykres 6. Wpływ odkwaszania gleby kwaśnej na komponenty plonu kukurydzy, zależnie od poziomu nawożenia azotem. Opracowano na podstawie Crusciol i in. (2021).

Nie łączyć wapnowania z aplikacją innych nawozów

Z efektywnością nawozów w trudnych stanowiskach, a takimi są gleby kwaśne, wiąże się podejmowaniem niełatwych decyzji i szukanie odpowiedzi na pytanie: co najpierw, regulacja odczynu czy żywienie roślin? Możliwych jest wiele interakcji, wśród najważniejsze dotyczą stosowania nawozów fosforowych i azotu amonowego. W przypadku pierwszej z wymienionych grup zawsze nadrzędne musi być stosowanie nawozu odkwaszającego, który stosujemy jako pierwszy. Odwrócenie kolejności oznaczałoby silne uwstecznienie fosforu z glinem i żelazem. Po wprowadzeniu nawozu odkwaszającego konieczne jest jednak zachowanie odstępu czasowego między zabiegami. Głębokie wymieszanie nawozu wapniowego, najlepiej o dużej reaktywności, pozwala na skrócenie wspomnianego odstępu do kilku tygodni. Zastosowanie fosforu w tym samym terminie, co nawozu odkwaszającego, może spowodować uwstecznienie fosforu z wapniem, a to oznacza zmniejszenie i tak niewielkiego wykorzystania fosforanów z nawozu z 30-40% do 10-15%. Jeśli nie ma wystarczająco dużo czasu należy postawić na odkwaszania. Nie należy stosować nawozów amonowych, zwłaszcza siarczanu amonu i mocznika (po hydrolizie pojawia się forma amonowa) bezpośrednio po wapnowaniu, ze względu na straty lotne azotu do atmosfery. Ta sama zasada dotyczy obornika i gnojowicy.

Ostatnie pytanie: odkwaszać czy tylko stabilizować?

Oddzielnego omówienia wymagają gleby lekko kwaśne (pH 5,6 – 6,5), w tym znaczeniu, że decyzja o odkwaszaniu może być przesunięta w czasie o jeden sezon wegetacyjny, lecz po rozważeniu jaką roślinę chcemy uprawiać. W tych warunkach rozwiązaniem może być zastosowanie siarczanu wapnia. Związek ten nie odkwasza, lecz po rozpuszczeniu siarczany wiążą przejściowo obecne w roztworze glebowym kationy glinu, stwarzając odpowiednie warunki dla rozwoju korzeni. Ponadto nawozy takie są źródłem wapnia (dla gleby i dla rośliny) oraz siarki. W licznych badaniach udowodniono dodatni wpływ siarczanu wapnia na efektywność nawozów azotowych oraz plon ziemniaków (wykr. 7) i kukurydzy.

Wykres 7. Wpływ siarczanu wapnia (gipsu) na efektywność agronomiczną (EA) i fizjologiczną (EF) saletry amonowej w nawożeniu ziemniaków uprawianych w glebie o pH = 5,8-5,9. Opracowano na podstawie Potarzycki i Wendel, 2023.

Tekst: dr hab. inż. Jarosław Potarzycki, profesor UPP, Katedra Chemii Rolnej i Biochemii Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu