Fosfor – składnik inny niż wszystkie

Dyskusja na temat potasu i siarki, ze wskazaniem różnic i podobieństw, jest za nami. Dzisiaj zajmiemy się skomplikowaną i nie do końca przeniknioną naturą fosforu. Pochylimy się nad chemizmem tego pierwiastka w glebie, po to by lepiej zrozumieć powody małego wykorzystanie fosforu z nawozów. Przypomnimy dlaczego bez fosforu nie funkcjonuje roślina, a działanie pozostałych składników jest ograniczone. W końcu postaramy się poszukać odpowiedzi na pytanie, co zrobić by uzyskać możliwie największą efektywność nawozów fosforowych.

W środowisku glebowym jest zbyt towarzyski, może trochę naiwny

Spośród makroskładników wykorzystanie fosforu z nawozów jest najmniejsze. W pierwszym roku po zastosowaniu rzadko przekracza 35%. Niektóre dane literaturowe mówią, że w zaminowaniu, w sprzyjających warunkach, możliwe jest odzyskanie nieco ponad 50% fosforu z nawozów.

Rośliny uprawne pobierają fosfor w formie anionu H₂PO₄^2-, co uwzględnia się opracowując skład chemiczny nawozów. Anion fosforanowy jeśli w krótkim czasie po zastosowaniu nie będzie pobrany przez roślinę łatwo nawiąże kontakty z innymi jonami. Nie warto spierać się czy to fosfor zaczyna szukać towarzystwa czy towarzystwo fosforu. Relacje takie dla fosforu niestety bywają zgubne, ponieważ prowadzą do powstania trudnorozpuszczalnych fosforanów glinu, żelaza lub wapnia. Powiemy, że fosfor się uwstecznia. Dzieje się to w każdej glebie, choć intensywność procesu jest mocno związana z odczynem gleby, co pokazuje rycina 1.  Dlatego w przypadku fosforu największą efektywność nawożenia uzyskuje się w glebach o pH 6,5 – 7,0.

Rycina 1. Odczyn gleby a uwstecznianie fosforu (źródło: Potarzycki, 2017)

To jednak nie koniec problemów. Fosforany znajdujące się w roztworze glebowym – skąd bez problemu są pobierane przez rośliny – chętnie przyłączają się do dodatnio naładowanych koloidów glebowych czyli są sorbowane przez fazę stałą gleby. Ze względu na budowę strukturalną najpierw tworzą wiązanie pojedyncze, po czasie podwójne. Fosforany wykazują tu pewną naiwność, gdyż zakładają, że w każdej chwili będą mogły powrócić tam skąd przyszły czyli do wody glebowej. O ile w przypadku wiązania pojedynczego jest to możliwe (frakcja P-l na rycinie 2), to złapanie cząstki glebowej dwoma łapkami daje związek, z którego bardzo trudno się wyplątać (frakcja P-nl na rycinie 2). Powiemy wtedy o adsorpcji nieodwracalnej.

Powyższe rozważania są niezbędne do tego, by zrozumieć, że podawane często dane sugerujące duże zasoby ogólnego fosforu w glebie stanowią pewną pułapkę. Rzeczywiście, gdyby wziąć pod uwagę wszystkie połączenia mineralne fosforu mogłoby okazać się, że to całkiem spora ilość. Pamiętajmy jednak, że z tej puli składnika, zależnie od zdolności buforowej gleby, tylko od kilku do kilkunastu procent ma szansę na pobranie przez rośliny (ryc. 2).

Rycina 2. Frakcje fosforu mineralnego w glebie – schemat (opracowanie: Potarzycki)

Legenda: P-a fosfor aktywny, w roztworze glebowym, pobierany przez rośliny; P-l fosfor labilny, częściowo adsorbowany wymiennie w fazie stałej gleby, możliwa desorpcja do frakcji P-a, strzałka przerywana; P-nl fosfor nielabilny, związki fosforu całkowicie nieprzyswajalne dla roślin (efekt krystalizacji, okludacji, adsorpcji niewymiennej).

Rycina 3. Fosfor trwale związany – schemat (źródło: Samuel Kwesi Asomaning “Processes and Factors Affecting Phosphorus Sorption in Soils”, w Sorption in 2020s (eds.) Kyzas and Lazaridis)

Podsumowując – uwstecznianie fosforanów, które z czasem ulegają krystalizacji oraz silne wiązanie przez fazę stałą gleby (często także w wyniku okludacji, jak na ryc. 3) prowadzi do zjawiska określanego jako starzenie się fosforu.

Nie ucieka, ale też niespecjalnie zabiega o względy rośliny

Pod względem mobilności fosfor zachowuje się odmiennie niż inne składniki, zwłaszcza aniony. W poprzednim wpisie ustaliliśmy, że ze względu na dominację w glebie ładunków ujemnych wiązanie (zatrzymywanie/magazynowanie) anionów jest mniejsze. To w praktyce oznacza znaczne przemieszczanie do głębszych warstw profilu glebowego. Zasada ta nie dotyczy jonów H₂PO₄^–. W ten sposób chciałbym uspokoić ekologów, którzy mogliby błędnie zakładać zanieczyszczenie wód podziemnych fosforanami z nawozów w efekcie pionowego przemieszczania się w profilu glebowym. Informacja o tym, że fosfor nie migruje nie jest natomiast dobra dla producentów rolnych. Oznacza bowiem, że nawozy z fosforem trzeba wymieszać z glebą, po to by umieścić składnik na odpowiedniej głębokości, aby stał się dostępny dla roślin. Mamy więc pierwszy wymóg aplikacyjny – odpowiednia głębokość umieszczenia nawozu. To jednak nie wszystko.

Większość jonów przemieszcza się w kierunku korzenia rośliny z „prądem transpiracyjnym”. Upraszczając, możemy powiedzieć, że roślina pijąc wodę przy okazji zaopatruje się na przykład w azot azotanowy, magnez, wapń, siarkę i inne składniki. Fosfor zmierza w kierunku rośliny na zasadzie dyfuzji. Konsekwencją tego jest bardzo mała strefa wyczerpania fosforu. Wyobraźmy sobie, że korzeń rośliny posiada określoną siłę ssącą i potrafi przywołać poszczególne jony z określonej odległości. W przypadku anionów fosforanowych zakres oddziaływania mierzony jest w mikrometrach, zwykle nie przekracza 1mm. Dla porównania dla azotanów strefa wyczerpania składnika może wynosić 20 mm i więcej. Stanowi to punkt wyjścia do postawienia drugiego wymogu aplikacyjnego – równomierne rozmieszczenie fosforu, możliwie najbliżej materiału siewnego. Leniwa natura fosforu stała się przesłanką do wprowadzenia nawożenia zlokalizowanego najpierw w kukurydzy, potem w innych uprawach.

Dlaczego jest tak ważny (?) czyli funkcje fizjologiczne

Fosfor jest składnikiem każdej komórki roślinnej, spełniając zarówno funkcje budulcowe jak i fizjologiczne (ryc. 4). Od obecności fosforu – jako aktywatora – zależy przebieg wielu kluczowych procesów w roślinie, w tym fotosyntezy. Rośliny dobrze zaopatrzone w fosfor posiadają większe zasoby energii zgromadzonej w ATP, potrzebnej na każdym etapie wzrostu. Wysokoenergetyczne wiązania (ryc. 5) mają jednak szczególne znaczenie w przełamywaniu stresu. Nie zawsze zdajemy sobie sprawę jak dużym wysiłkiem energetycznym jest dla rośliny ozimej regeneracja uszkodzonych tkanek po zimie.

Rycina 4. Ważniejsze funkcje fosforu w roślinie (opracowanie: Potarzycki)

Rycina 5. Budowa ATP. Źródło rysunku: https://zpe.gov.pl; Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0; dostępność 27.05.2022

Przygotowanie do walki o wodę i składniki, odbudowa i masa

Wyjątkowość fosfory wynika także z występowania faz krytycznych czyli okresów, w których roślina wykazuje szczególne zapotrzebowanie na składnik, a którego niedobór ma olbrzymie konsekwencje dla przyszłego plonu. Dla większości makroskładników okres ten trwa nieprzerwanie w określonym przedziale czasowym (na przykład w zbożach ozimych faza krytyczna dla potasu rozpoczyna się od początku strzelania w źdźbło i kończy w pełni kwitnienia). W przypadku fosforu jest inaczej. Pierwszy okres krytyczny przypada na początek wegetacji, gdy akumulacja fosforu przez łan/plantację nie jest jeszcze nadzwyczajnie duża (1 na rycinie 6). Jednak odpowiednia dostępność fosforanów ma kluczowe znaczenia dla rozwoju korzeni (ryc. 7). W ten sposób roślina przygotowuje się do walki o wodę i składniki mineralne w późniejszych stadiach rozwojowych. Druga – znacznie oddalona w czasie – faza krytyczna przypada na okres po kwitnieniu (2 na rycinie 6). Fosfor odpowiada więc za masę nasion/ziarniaków. Rozpatrując plonotwórcze znaczenie omawianego składnika należy zwrócić także uwagę na wiosenny start ozimin i sprawną odbudowę nie tylko korzeni, lecz także organów aktywnych fotosyntetycznie (1a na rycinie 6).

Znajomość faz krytycznych ma bardzo ważny aspekt praktyczny, ponieważ prowadzi do rekomendacji nawozów, w których uwalnianie fosforu z granuli nawozowej przebiega stopniowo. W ten sposób rośliny mają zapewnioną odpowiednią podaż fosforu w całym sezonie wegetacyjnym.

Rycina 6. Fazy krytyczne dla fosforu na przykładzie rzepaku ozimego – schemat (opracowanie: Potarzycki)

Rycina 7. Dostępność fosforu a rozwój systemu korzeniowego (źródło: Péret i in. 2014; www.plantphysiol.org)

Aktywność korzeni nakierowana na rozległą penetrację profilu glebowego to dla rośliny większe możliwości poszukiwania azotu glebowego (residualnego), którego zasoby są nie do przecenienia, zwłaszcza w tym roku. Gdy uwzględnimy jeszcze rolę tego pierwiastka w metabolizmie rośliny okaże się, że jednym z ważniejszym elementów zaoszczędzenia na azocie jest odpowiednia podaż nawozów zawierających fosfor.

Co ważne, należy jednak pamiętać by w czasie uprawy przedsiewnej nie łączyć odkwaszania gleby z aplikacją fosforu, ze względu na możliwość silnego uwsteczniania H₂PO₄^– z wapniem, szczególnie wtedy gdy stosujemy nawóz odkwaszający o dużej reaktywności.

Fosfor w nawozach z Lubonia

Nawozy dostępne w firmie LUVENA wykazują duże zróżnicowanie pod względem formulacji fosforu.

Na bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie fosfor możemy liczyć w SUPERFOSFACIE PROSTYM – uniwersalnym nawozie do stosowania we wszystkich uprawach, również wtedy gdy konieczne jest pogłówne dostarczenie fosforu (na przykład na TUZ).

Spośród nawozów wieloskładnikowych szybką poprawę zasobności gleby w fosfor gwarantują LUBOFOSKI, uwalniające aniony H₂PO₄^– z granuli nawozowej krótko po zastosowaniu.

Z kolei różne formy chemiczne fosforu znajdują się w nawozach typu LUBOFOS. Po aplikacji tych nawozów w krótkim czasie uwolni się fosfor szybkodziałający, natomiast w późniejszych stadiach rozwojowych, gdy roślina buduje masą ziarniaków/nasion, pojawią się do dyspozycji kolejne ilości fosforanów. Jest to zgodne z fizjologią pobierania fosforu omówioną wcześniej. Ponadto nawozy typu LUBOFOS bardzo dobrze nadają się do regulacji zasobności w zmianowaniu, z myślą o roślinach następczych.