Zrozumieć odkwaszanie gleby

Niedawno na zajęciach odbyłem dyskusję ze studentami o tym dlaczego należy odkwaszać glebę. Dowiedziałem się, że w glebach kwaśnych określone grupy roślin nie mogą zrealizować swojego potencjału. Rozmówcy potrafili scharakteryzować nawozy określane jako wapniowe. Zabrakło jednak argumentów dlaczego tak naprawdę należy to robić. Producent rolny potrafi poświęcić wiele dla swojego warsztatu pracy jeśli uzyska odpowiedź na proste pytanie: jakie będą z tego korzyści? Brak dostatecznej wiedzy jest jedną z ważniejszych przyczyn ograniczeń w zakresie stosowania nawozów odkwaszających (tab. 1). Zajmiemy się dzisiaj tymi zagadnieniami, tym bardziej, że problem gleb kwaśnych pozostaje ciągle kluczowy w rozważaniach na temat opłacalności produkcji roślinnej.

Tabela 1. Główne czynniki ograniczające stosowanie nawozów wapniowych wskazane przez respondentów (źródło danych: Nicia i in., 2023)

Najważniejsza jest diagnoza, bez której niemożliwe jest podjęcie racjonalnej decyzji. W skali kraju odsetek gleb o odczynie silnie kwaśnym i kwaśnym (< pH_1MKCl = 5,5), w poszczególnych województwach waha się w szerokim przedziale 20 – 60% (ryc. 1). Najgorzej pod tym względem prezentują się Podkarpacie i Małopolska, a także województwa łódzkie, podlaskie i mazowieckie. Oczywistym jest, że nawet w ramach jednego gospodarstwa każde pole jest inne. Z tego powodu powinno się dokonać przesiewowego badania swoich pól pod względem odczynu, w oparciu o proste pH-metry dostępne na rynku w niewielkiej cenie. Jeśli odczyt wywoła niepokój i zależy nam na precyzyjnym określeniu potrzeb wapnowania konieczna jest szczegółowa ocena wykonana w profesjonalnym laboratorium.

Rycina 1. Udział gleb bardzo kwaśnych i kwaśnych, % (opracowano na podstawie danych GUS, 2014)

Od odczynu gleby zależy wiele właściwości gleb. Wprowadzając z nawozami odkwaszającymi wapń – składnik sklejający cząstki mineralne i organiczne w trwałe kompleksy – przyczyniamy się do odbudowy lub utrwalenia struktury gruzełkowej. W ten sposób kontrolujemy właściwości wodne i powietrzne. Jest to szczególnie ważne w kontekście stresu abiotycznego związanego między innymi z gospodarką wodą. Ponadto polskie gleby są z natury ubogie w wapń, który na przeważającym obszarze kraju jest składnikiem deficytowym, często limitującym plon. Szczególnie ważne jest antystresowe działanie tego pierwiastka, zwłaszcza w kontekście redukcji presji patogenów. Co ciekawe, wizualne objawy niedoboru wapnia są rzadko spotykane. Z praktyki analitycznej wynika jednak, że bardzo powszechne są utajone niedobory czyli wykrywalne tylko chemicznie.

Wpływ odczynu na dostępność składników jest niejednoznaczny. Generalnie w glebach obojętnych lepsza jest dostępność makroskładników (N, P, K, Ca, Mg, S), natomiast w przypadku mikroelementów optymalny jest odczyn lekko kwaśny, a niekiedy nawet kwaśny. Wyjątek pod tym względem stanowi molibden. Nie oznacza to jednak, że ze względu na mikroskładniki należy utrzymywać gleby w zakresie kwaśnym.

W kontekście odczynu gleby podstawowe pytanie brzmi: dlaczego rośliny nie chcą rosnąć w glebach kwaśnych? Kluczowy problem dotyczy aktywności kationów glinu (głównie Al³⁺), które powodują nieodwracalne uszkodzenia młodych korzeni, zwłaszcza w obrębie merystemów wzrostu i znajdującej się nad nią strefą włośnikową. Jest to o tyle ważne, że w tej strefie pobierane są przede wszystkim fosfor i wapń. Upośledzenie funkcjonalności systemu korzeniowego ma wiele konsekwencji (fot. 1 i 2).

Fotografia 1. Niedobór fosforu w glebie kwaśnej mimo aplikacji składnika (fot. J. Potarzycki)

Fotografia 2. Zaburzenia stanu zaopatrzenia roślin w azot i potas w glebie zdegradowanej pod względem odczynu (fot. J. Potarzycki)

Rośliny nie penetrując podglebia są gorzej zaopatrzone w wodę i składniki mineralne, w tym najważniejszy jakim jest azot. Dotyczy to zarówno puli azotu glebowego związanego z nawożeniem w przeszłości, jak i świeżo wprowadzonych nawozów. Na rycinie 2 jest to obszar zaznaczony kolorem brązowym.

Rycina 2. Produkcyjne i ekologiczne skutki odkwaszania gleb w powiązaniu z gospodarką azotem (źródło: J. Potarzycki)

Penetracja głębszych warstw profilu glebowego to także mniejsze wymywanie azotanów. Aniony azotanowe są bowiem słabo wiązane w fazie stałej gleby, a to znaczy, że są szczególnie podatne na transfer do wód gruntowych i sąsiadujących cieków wodnych. Istnieje prosta zależność – uregulowany odczyn to efektywniejsze wychwytywanie NO₃^– przez korzenie, a więc mniejsza zagrożenia środowiskowe (ryc. 3). Nie bez znaczenia jest także aspekt ekonomiczny powiązany z mniejszymi nakładami na bieżące nawożenie. Wyniki zestawione i opublikowane przez Kopińskiego (2017) potwierdzają związek między zmniejszającym się odsetkiem gleb kwaśnych a wzrostem efektywności nawozów azotowych, za które trzeba niemało zapłacić. Efektywne działanie nośnika azotu, bez względu na gatunek rośliny, to przecież możliwość rozważenia zmniejszenia dawki nawozu lub inne rozłożenie akcentów żywieniowych w zmianowaniu (ryc. 4).

Rycina 3. Związek między odczynem, zasięgiem systemu korzeniowego i wymywaniem azotanów. Źródło rysunku: Grzebisz i Szczepaniak (2023)

Rycina 4. Udział gleb kwaśnych a efektywność azotu (opracowano na podstawie Kopiński 2017)

Dbanie o odczyn gleby to jednak nie tylko wparcie dla samych roślin. Powinniśmy mieć świadomość, że robimy to także dla mikroorganizmów glebowych, których znaczenie w kontekście żyzności gleby nie sposób przecenić. Na rycinie 2 szarym kolorem zaznaczono tylko najważniejsze aspekty powiązane z gospodarką azotem. Warto pamiętać, że część populacji mikrobów w glebie odpowiada za syntezę specyficznych związków organicznych tworzących ostatecznie próchnicę glebową. Związki te w połączeniu z minerałami glebowymi budują z kolei magazyn gleby określany jako kompleks sorpcyjny. Z racji dominujących ujemnych ładunków szczególnie efektywnie wiązana są kationy, w tym amonowy (NH₄⁺). W praktyce oznacza to, że składniki nie uciekają do głębszych warstw gleby, lecz spokojnie oczekują na roślinę.

Inne grupy bakterii są związane z gospodarką azotem w glebie. Często nie zdajemy sobie sprawy jak duże zasoby tego ważnego składnika znajdują się w profilu glebowym. Warto przypomnieć, że azot organiczny to ponad 90% całej puli składnika w glebie. Aby roślina mogła skorzystać choćby z niewielkiej części tego zasobu konieczna jest mineralizacja z udziałem mikroorganizmów, których aktywność jest największa w warunkach odczynu zbliżonego do obojętnego, ale także wtedy gdy temperatura gleby jest nie mniejsza niż 20^oC. W ten sposób redukując zakwaszenie kontrolujemy bieżące dostawy azotu. To szczególnie ważne dla roślin, które intensywnie pobierają azot w okresie lata, a taką jest kukurydza. Dla tego gatunku doświadczalnie potwierdzono związek między odczynem a efektywnością azotu nawozowego (aktywność korzeni, ryc. 5) oraz pochodzącego w gleby

Rycina 5. Odkwaszanie gleby kwaśnej a plon ziarna kukurydzy (pracowano na podstawie Crusciol i in. 2021).

Zawsze pierwszym efektem mineralizacji azotu jest podaż formy amonowej (NH₄⁺). Dopiero w kolejnych etapach następuje cykl przemian prowadzących do pojawienia się anionów azotanowych (NO₃^–). Z fizjologii plonowania wiadomo, że jest to forma szybko pobierana, pobudzająca gospodarkę hormonalną rośliny, a także wzmagająca akumulację kationów (K, Mg, Ca i innych). Dynamika tych przemian azotu w glebie także jest powiązana z odczynem, co pokazuje rycina 6.

Rycina 6. Wpływ odkwaszania gleby o dużej zawartości materii organicznej na przemiany form azotu – eksperyment inkubacyjny (opracowano na podstawie Mkhonza i in. 2020)

Gdyby dokonać szczegółowej oceny pod względem udziału w określonych klasach związanych z odczynem okaże się, że średnio w Polsce nieco ponad 32% to gleby lekko kwaśne (pH 5,5 – 6,5) – ryc. 7.

Rycina 7. Struktura gleb polskich pod względem odczynu (opracowano na podstawie danych GUS 2024)

Z podanego przedziału wynika, że mogą to być gleby narażone na działanie toksycznego glinu (dolny zakres). Są to więc obszary wymagające podjęcia często niełatwych decyzji odnośnie do wapnowania. Pada wręcz pytanie: robimy to w tym roku, czy może czekamy do następnego. Decyzja musi być poprzedzona w pierwszej kolejności rozpoznaniem wymagań konkretnego gatunku, lecz nie bez znaczenia są także względy organizacyjne w gospodarstwie. Jeśli odkwaszanie odkładamy na kolejny sezon wegetacyjny powinniśmy rozważyć wprowadzenie do gleby siarczanów wapnia lub/i siarczanów magnezu. Są to tak zwane stabilizatory odczynu. Po zastosowaniu tych związków nie należy spodziewać się spektakularnej zmiany pH. Jednak ich dodatnie działanie będzie przejawiać się między innymi zmniejszeniem negatywnego wpływu Al³⁺ na rośliny. W ofercie firmy LUVENA pozostają niezmiennie LUBOPLON MAG-MAKS oraz LUBOPLON CAL-MAG. Jednym ze skutków zastosowania tych produktów jest pojawienie się anionów siarczanowych, które mogą przejściowo wiązać kationy glinu ograniczając w ten sposób ich aktywność. Ponadto z literatury przedmiotu wynika, że rośliny dobrze zaopatrzone w magnez są zdolne do produkowania wydzielin korzeniowych o charakterze kwasów organicznych zwiększających możliwości bieżącego pobierania składników mineralnych z ryzosfery.

W ostatnich latach wykonano wiele doświadczeń z siarczanem wapnia w powiązaniu z wpływem na gospodarkę azotem. Efektem tych badań prowadzonych w kilku sezonach wegetacyjnych na UP w Poznaniu jest stwierdzenie, że siarczan wapnia może znacząco zwiększać efektywność nawozów azotowych. Jest to szczególnie widoczne w stanowiskach o nieuregulowanym odczynie, a takie są często wybierane pod uprawę ziemniaków (ryc. 8).

Rycina 8. Wpływ siarczanu wapnia 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).