Zarządzanie substancjami odżywczymi

Skuteczne zarządzanie substancjami odżywczymi

Zarządzanie składnikami nawozowymi to innowacyjne i oparte na podstawach naukowych podejście, które ukierunkowane jest na ochronę środowiska, wzrost produkcji rolnej, wzrost rentowności produkcji rolnej i jej zrównoważony rozwój.  Koncepcja ta zakłada zastosowanie odpowiedniego źródła nawozów, w odpowiednich dawkach, w odpowiednim czasie i w odpowiednim miejscu.

– tak brzmi definicja opracowana przez The Fertilizer Institute. Jest to optymalizacja wykorzystania substancji odżywczych umożliwiająca, a wręcz warunkująca zrównoważoną produkcję roślinną.

Zarządzanie substancjami odżywczymi w glebie wymaga wiedzy o ich zawartości (zasobności gleby), dynamice zmian oraz dostępności. Wymaga również wiedzy o funkcji podstawowych czynników decydujących o efektywności odżywiania roślin (woda, pH, materia organiczna) i ich wzajemnym powiązaniu.

Zasobność gleby w substancje odżywcze zależy od jej składu mineralnego, struktury frakcji ziaren, ilości i jakości materii organicznej, odczynu gleby, właściwości sorpcyjnych wraz ze składem jonowym kompleksu sorpcyjnego. Zasobność gleby wynikająca z naturalnych procesów glebotwórczych, to zasobność naturalna. Zasobność wytworzona przez człowieka w procesie uprawy i nawożenia – to zasobność agrotechniczna. Wszystkie składniki występujące w glebie mają określoną dostępność dla roślin, która zależy od wielu czynników, i poza dostępnością wody, pH czy temperaturą, może być również zależna od ich gatunku. Stąd rozróżnić można zasobność ogólną, czyli całkowitą ilość obecnych w glebie substancji odżywczych, a także zasobność w substancje przyswajalne dla konkretnych gatunków lub nawet dla konkretnych stadiów rozwojowych roślin.

Dostępność składników pokarmowych dla roślin jest zmienna w czasie i zależna od wielu czynników, takich jak uwilgotnienie, pH i temperatura gleby, przemian glebowej materii mineralnej i organicznej, aktywności drobnoustrojów glebowych, rozmieszczenia składników pokarmowych w glebie i innych.

Woda jest elementem podstawowym w odżywianiu roślin, gdyż tylko w jej obecności jest możliwe przekształcanie i pobieranie substancji odżywczych. Jest środowiskiem wymiany i transportu jonów, a także warunkiem przydatności gleby dla wszelkich form życia. Jej niedobór prowadzi do obniżenia zarówno żyzności, urodzajności jak i produktywności gleby. Nadmiar wody powoduje przesunięcie biologii gleby w kierunku przemian beztlenowych, zakwaszenia, prowadzi również do wymywania wielu substancji odżywczych.

Więcej o funkcji wody w obszarze 10. Zarządzanie wodą.

Odczyn gleby jest jednym z najbardziej zaniedbanych elementów agrotechniki w Polsce. Obecnie dotyczy to około 60% gruntów naszego kraju, które posiadają odczyn bardzo kwaśny i kwaśny, a jedynie 18% gleb nie wymaga wapnowania.

Odczyn gleby (pH) warunkuje dostępność makro- i mikroelementów znajdujących się w glebie. Przy pH poniżej 5 znacząco spada przyswajalność najważniejszych makroelementów, a w wypadku fosforu dzieje się to nawet już poniżej pH 6. Jednocześnie zwiększa się przyswajalność glinu (Al+3), który przy pH poniżej 4,8 działa fitotoksycznie, zakłócając rozwój i prawidłowe funkcjonowanie systemu korzeniowego.

Źródło: Top Agrar

Z powodu obniżonej dostępności składników odżywczych i obecności szkodliwych jonów Al+3 rośliny uprawne rozwijają się gorzej, co powoduje znaczącą utratę plonu.

Współczynnik utraty plonu w zależności od zakresu pH gleb.

Ocena zakwaszenia glebZakres pHWspółczynnik utraty plonu, %
Bardzo kwaśne<4,525
Kwaśne4,6-5,515
Lekko kwaśne5,6-6,55
Obojętne6,6-7,21
Zasadowe>7,22
Źródło: Kopiński J., Nieróbca A., Ochal P., na podstawie Grzebisz i in. 2005

Biorąc pod uwagę powierzchnię i stan zakwaszenia gleb w Polsce, rocznie nie wykorzystujemy około 114,6 tys. ton azotu i 24,2 tys. ton fosforu potencjalnie dostępnych dla naszych upraw. Znaczna część azotu wskutek wymywania dostaje się do wód powierzchniowych i gruntowych szkodząc środowisku i jakości wody pitnej. Fosfor pozostaje w glebach uwsteczniając się przy niskim pH do formy minerałów krystalicznych.

Rezolucja Parlamentu Europejskiego (Rezolucja PE, 2007) wśród głównych zagrożeń dla prawidłowego funkcjonowania gleb wymienia spadek zawartości materii organicznej, ponieważ jej ubytek może powodować wiele niekorzystnych zjawisk związanych z zaburzeniem procesów chemicznych, fizycznych i biologicznych, które bezpośrednio wpływają na jakość gleb i ich możliwości produkcyjne.

Substancje organiczne gleby, rodzime i wprowadzone w nawozach oraz produkty ich biologicznych i biochemicznych przemian decydują o układzie całego kompleksu glebowego, stanowiąc o jego żyzności i urodzajności. Wysoka zawartość materii organicznej stabilizuje strukturę gleby oraz zmniejsza jej podatność na degradację w wyniku erozji wodnej i wietrznej. Związki próchniczne zdolne są do zatrzymywania w formie dostępnej dla roślin nawet 5-krotnie większej masy wody, niż same posiadają. Jest to szczególnie ważne w glebach piaszczystych. Materia organiczna gleby wywiera określony wpływ na krążenie pierwiastków, zwiększa zasobność, w tym nawet do 30 razy jej pojemność sorpcyjną, oddziałuje dodatnio na gospodarkę wodną gleby i jej stan fitosanitarny. Przy stosowaniu nawozów mineralnych znaczenie materii organicznej polega w mniejszym stopniu na dostarczaniu składników pokarmowych, bardziej na działaniu buforującym ich stężenie, a także na przetwarzaniu stosowanych substancji środków ochrony roślin.

Źródło: IUNG-PIB 2017. Wpływ materii organicznej na jakość gleb użytkowanych rolniczo.

Dynamika zmian zasobności i dostępności poszczególnych składników odżywczych jest bardzo zróżnicowana i specyficzna dla każdego z nich.

Azot występuje w glebie głównie (94%) w formie związków organicznych, pozostałe 6% to jony azotanowe i amonowe. Jednak ich rzeczywisty poziom jest bardzo zmienny w czasie, uzależniony od pory roku, opadów, rozwoju roślin i czasu rozkładu ich resztek. Naturalnym źródłem azotu wiązanego z powietrza są mikroorganizmy niesymbiotyczne Clostridium i Azotobacter, wolnożyjące, które mogą asymilować 10-15 kg N/ha rocznie, a także bakterie brodawkowe Rhizobium, które wiążąc azot atmosferyczny w symbiozie z roślinami bobowatymi rocznie dostarczają do gleby zazwyczaj 80-250, a czasem nawet do 500 kg N/ha.

Źródło: ADAS 2007. „Diffuse nitrate pollution from agriculture – strategies for reducing nitrate leaching.”

Azot z nawozów mineralnych i mocznika wymaga czasu i odpowiednich warunków wilgotnościowych i termicznych, aby przeszedł w formy przyswajalne dla korzeni roślin. Dlatego ważne jest bardzo przemyślane i celowe stosowanie nawozów doglebowych, a niekiedy niezbędne jest stosowanie nawożenia dolistnego.

Fosfor jest pierwiastkiem mało ruchliwym w glebie, zarówno w związkach mineralnych jak i organicznych. Zmienia on swoje formy chemiczną, zależnie od pH i jego stosunku ilościowego do węgla, na mniej lub bardziej dostępną dla roślin. Część fosforu może ulec wymyciu w głąb profilu, szczególnie na glebach zawierających duże ilości substancji organicznej lub na glebach kwaśnych i bardzo lekkich.

Potas wiąże się z mineralną częścią kompleksu sorpcyjnego, lecz łatwo ulega wymywaniu, zwłaszcza z gleb lekkich i organicznych. Niedobór potasu drastycznie zmniejsza pobieranie azotu, co obniża plonowanie w sposób zależny od gatunku rośliny uprawnej. Właściwe zaopatrzenie roślin w potas sprzyja pobieraniu azotu z gleby i poprawia zimotrwałość roślin. Wysokie dawki potasu powodują wypieranie wapnia z kompleksu sorpcyjnego i przyczyniają się do zakwaszenia gleby. Przy niskim pH potas jest słabo przyswajany przez rośliny i łatwo zostaje wymyty z gleby. Wysokie dawki potasu mogą też powodować zasolenie roztworu glebowego, zwłaszcza w okresie wschodów roślin, a także nadmierne pobieranie tego pierwiastka przez rośliny.

Magnez – wysokie nawożenie potasem oraz azotem, szczególnie w formie amonowej, może powodować wskutek antagonistycznego działania zwiększone wypłukiwanie z gleby jonów magnezu, wyższe niż jego standardowe straty wynoszące 20 do 40 kg MgO/ha rocznie. Magnez jest szczególnie ważny dla roślin bobowatych, korzystających z symbiozy z bakteriami Rhizobium, gdyż w warunkach jego niedoboru bakterie rozwijają się słabo i wiązanie azotu atmosferycznego ulega znacznemu ograniczeniu.

Wapń – roczne straty wypłukiwanego wapnia wynoszą zwykle 200 do 1500 kg CaO/ha, zwłaszcza na glebach lekkich i przy braku pokrywy roślinnej. Jego ubytki prowadzą do zakwaszenia gleby, utraty jej struktury i rozwoju mikroorganizmów niekorzystnych dla roślin uprawnych.

Siarka – prawidłowe odżywienie roślin tym składnikiem sprzyja pobieraniu azotu, a tym samym zwiększa jego wykorzystanie z gleby / nawozów, co w konsekwencji zmniejsza ryzyko wymywania azotanów do wód gruntowych i powierzchniowych.

Informacje dotyczące zarządzania substancjami odżywczymi można znaleźć w przepisach prawa: w Ustawie o nawozach i nawożeniu, Ustawie o odpadach oraz w rozporządzaniach ministrów Rolnictwa, Gospodarki i Środowiska. Zalecenia i dobre praktyki zawarte są w publikacjach opracowanych m.in. przy udziale IUNG w Puławach, CDR w Brwinowie lub dużych producentów nawozów.

Praktyczne konsekwencje niezrównoważonej zasobności gleb:

  • nadmiar Mg skutkuje usuwaniem z gleby i w efekcie niedoborem Ca, K,
  • nadmiar K skutkuje usuwaniem z gleby i w efekcie niedoborem Mg, Ca,
  • nadmiar Ca skutkuje usuwaniem z gleby i w efekcie niedoborem Fe, B, Mn, Mg, K,
  • nadmiar PO4 skutkuje usuwaniem z gleby i w efekcie niedoborem Cu, Zn, Mn,
  • nadmiar Fe skutkuje unieczynnieniem w glebie i w efekcie niedoborem P