Czy da się zaoszczędzić na azocie?!

Tytuł wpisu nie jest prowokacją, choć zdaję sobie sprawę, że nerwy ludzi odpowiedzialnych za produkcję roślinną wystawione są w ostatnich tygodniach na dużą próbę. Nie podejmę się analizy aktualnych cen nawozów azotowych, ponieważ mogłoby okazać się, że tekst już po kilku dniach byłby nieaktualny. Prognozy na najbliższe miesiące mówią jednak, że lepiej nie będzie. Dlatego dzisiaj spróbujemy zastanowić się czy na azocie da się choć trochę zaoszczędzić.

Stwierdzenie, że azot jest najważniejszym składnikiem plonotwórczym stoi u podstaw nawożenia. Nie zawsze zdajemy sobie jednak sprawę z mnogości czynników, które decydują o efektywnym wykorzystaniu azotu nie tylko z nawozów mineralnych i naturalnych, lecz także z zasobów glebowych. Z drugiej strony, azot jak żaden inny składnik, ulega stratom ze strefy oddziaływania korzeni, zwanej rizosferą. Rozpraszania azotu nie da się uniknąć, lecz z pewnością niektóre procesy można kontrolować. Od tego zaczniemy.

Formy i straty azotu

Rośliny uprawne pobierają azot w dwóch formach: jako kation amonowy (NH₄⁺) i jako anion NO₃^–. Rozróżnienie tych form jest kluczowe nie tylko ze względu na metabolizm rośliny, lecz także z powodu oddziaływania na środowisko. Generalnie azot amonowy jest łatwo tracony do atmosfery. Jako kation jest jednocześnie dobrze wiązany przez cząstki glebowe, co oznacza, ograniczoną migrację do głębszych warstw profilu glebowego. Z kolei jon NO₃^– nie ulatnia się bezpośrednio do atmosfery, choć możliwa jest denitryfikacja po wystąpieniu warunków beztlenowych. Azotany są jednak bardzo łatwo przemieszczane do głębszych warstw gleby (ryc. 1) Konsekwencje są wielokierunkowe i obejmują wymycie azotu poza zasięg systemu korzeniowego (aspekt ekonomiczny) oraz zanieczyszczenie wód gruntowych (aspekt ekologiczny). Trochę na marginesie dodam, że na zajęciach zwracam uwagę na złożoność problemu, przy czym zależnie od tego czy na sali mam studentów kierunku Rolnictwo czy Ochrona Środowiska eksponuję jeden z wymienionych aspektów. Niezależnie od przywoływanych argumentów cel jest jeden: ograniczenie strat azotu.

Rycina 1. Przemiany azotu w agroekosystemie (źródło: Potarzycki, 2012)

Kontrola strat azotu z nawozów musi uwzględniać termin aplikacji. Oczywistym jest, że nawozy zawierające wyłącznie formę amonową powinny być stosowane przedsiewnie i wymieszane z powierzchniową warstwą gleby. To samo dotyczy nawozów naturalnych, bogatych w azot amonowy. Wynika to faktu, że kationy NH₄⁺ bardzo łatwo przekształcają się w amoniak NH₃, który dalej ulatnia się bezpowrotnie do atmosfery. Emisja amoniaku wzmaga się w środowisku zasadowym. Z tego powodu należy unikać nawozów amonowych w stanowiskach świeżo zwapnowanych. Ważna jest także temperatura otoczenia – im wyższa, tym szybsze ulatnianie. Z tego powodu w doradztwie nawozowym „dopuszcza się” pogłówne stosowanie siarczanu amonu w rzepaku ozimym (jako pierwszej wiosennej dawki), przy założeniu występowania w tym okresie niskich temperatur.

W tym kontekście dyskutowana jest kwestia pogłównej aplikacji mocznika (jako nawozu stałego). Pamiętając, że po hydrolizie azot z mocznika przechodzi w formę amonową omówione wcześniej problemy dotyczą także tego nawozu. Gdyby przeanalizować dane literaturowe okaże się, że straty azotu z mocznika wahają się w bardzo szerokim przedziale. Trenkel (2010) w obszernym opracowaniu na ten temat, dla różnych upraw, podaje zakres 29 – 89%. Tak duży rozrzut wartości wynika z warunków, w których prowadzono badania. Dlatego niezwykle ważne jest rozpoznanie czynników sprzyjających stratom azotu z mocznika, a kluczowe wydaje się być bieżące śledzenie prognoz pogody:

1. brak deszczu lub irygacji po aplikacji;
2. brak uprawy powierzchniowej;
3. wysokie temperatury;
4. odczyn gleby obojętny, na granicy zasadowego
5. gleby lekkie, o małej zawartości materii organicznej
6. aplikacja mocznika do gleby mokrej, a następnie susza

Analiza wymienionych wyżej czynników stała się jedną z przesłanek do wprowadzenia obowiązku stosowania mocznika z inhibitorem ureazy. Mówiąc prosto – chodzi o to by spowolnić szybkość przekształcania mocznika w węglan amonu (ryc. 2). Mocznik jako związek dobrze rozpuszczalny w wodzie, nawet po niewielkich opadach, przemieści się w profilu glebowym i tam (po czasie) przekształci się w formę amonową, która jest dobrze wiązana w kompleksie sorpcyjnym. Przemieszczenie, o którym mowa, nie musi być znaczne. Dla ograniczenia strat gazowych wystarczy 4-5 centymetrów.

Rycina 2. Przemiany azotu z mocznika (schemat)

Grupa nawozów saletrzanych obejmuje saletry wapniową, potasową i sodową. Wspólną cechą tych nawozów jest obecność azotu azotanowego (NO₃^–), a to znaczy, że aplikacji należy dokonać w terminie pogłównym. Przedsiewne zastosowanie wiązałoby się bowiem z niekontrolowaną migracją azotanów do podglebia. Bywa, że moi studenci zaliczają do tej grupy także saletrę amonową. Niestety, nie mogę im przyznać racji. Saletra amonowa (i pochodne) jest bowiem nawozem saletrzano-amonowym czyli uniwersalnym, zawierającym obie formy azotu, do stosowania w dowolnym terminie.

Potrzeby pokarmowe i efektywność nawozów

Wyznaczenie dawki nawozu opiera się na określeniu pobrania jednostkowego (PJ) wyrażającego ilość składnika, którą pobiera roślina na wyprodukowanie jednostki plonu głównego wraz z odpowiednią masą wegetatywną (tab. 1), z uwzględnieniem zakładanego poziomu plonu.

Tabela 1. Pobranie jednostkowe azotu przez rośliny uprawne (źródło: Potarzycki 2017)

* jęczmień jary (odmiany browarne); ** pszenica ozima (odmiany wysokojakościowe)

Wartości PJ dla buraka cukrowego i ziemniaków są wprawdzie niewielkie, lecz plon wytworzonej biomasy to przecież zupełnie inny rząd wielkości niż na przykład rzepaku ozimego. Jak wynika z tabeli 1 dla poszczególnych grup roślin podano pewne zakresy, lecz największe zróżnicowanie dotyczy zbóż, ze względu na przeznaczenie ziarna. W praktyce trudno jest wskazać konkretną wartość z powodu zmienności wynikającej:

1. z warunków glebowych (odczyn, zasobność gleby)
2. aplikacji innych składników
3. poziomu plonowania oraz dawki azotu i związanych z tym wahań wskaźników efektywności nawożenia

Zasada jest prosta – im słabsze stanowisko (gleba zakwaszona, wyczerpana ze składników mineralnych) tym gorsze wykorzystanie azotu. W środowisku kwaśnym „gorzej pracują” bakterie glebowe, odpowiedzialne za uwalnianie (mineralizację) azotu glebowego pochodzącego z resztek roślinnych, a także ze słomy czy liści buraczanych. Zatem dbając o mikroorganizmy glebowe zwiększamy szanse na lepsze zagospodarowanie tak zwanego azotu residualnego, którego zasoby – jak pokazują badania prowadzone w Katedrze Chemii Rolnej i Biogeochemii Środowiska UPP – są niedoszacowane, a mogą stanowić ważne źródło tego składnika dla roślin uprawnych. Kończąc ten wątek przypomnę tylko, że w glebie kwaśnej problemem jest toksyczny glin, który uszkadzając system korzeniowy może powodować zaburzenia w pobieraniu azotu, zwłaszcza z głębszych warstw profilu glebowego. W efekcie roślina na wyprodukowanie jednostki plonu pobiera zwykle więcej azotu (o ile ten jest dostępny). Oznacza to, że nakłady ponoszone na nawozy azotowe są nieadekwatne do uzyskanych efektów. Mój przekaz, choć nienowy, jest następujący: jeśli z jakiegoś powodu zmuszeni jesteśmy ograniczyć dawkę azotu, zadbajmy o stworzenie roślinom komfortu żywieniowego związanego z innymi składnikami, które decydują o przetworzeniu azotu w plon.

Przykładów w literaturze jest sporo. Przywołam mój ulubiony, pokazujący jak zwiększa się wykorzystanie azotu z saletry amonowej przez kukurydzę gdy wzrasta zasobność gleby w potas (ryc. 3).

Rycina 3. Wykorzystanie azotu z nawozu azotowego przez kukurydzę w zależności od dawki nawozu i zasobności gleby w potas (opracowano na podstawie: Roberts 2008)

Trzeba mieć świadomość, że reakcja plonotwórcza roślin na wzrastający poziom nawożenia azotem jest różna zależnie od uprawianego gatunku, warunków glebowych i pogodowych. To temat bardzo złożony. Warto jednak zapamiętać regułę, zgodnie z którą im większa dawka składnika, tym mniejsza jego efektywność, a więc także mniejsza zwyżka plonu. Proszę spojrzeć teraz na poniższy schemat. W zakresie małych dawek azotu (do 80 kg N/ha) rekcja żyta na nawożenie była niemal liniowa (niebieska krzywa), a efektywności agronomiczna (EA) i fizjologiczna (EF) bardzo duże. Wprowadzenie kolejnych dawek także powoduje przyrost plonu, lecz reakcja roślin nie jest już tak spektakularna.

Rycina 4. Zależności między dawką azotu a plonem, efektywnością agronomiczną (EA) i efektywnością fizjologiczną (EF) w uprawie żyta heterozyjnego – schemat (opracowano na podstawie danych z KChRiBŚ UPP, publikowanych przez Grzebisza)

Należy zatem przeanalizować prognozowane ceny skupu i skonfrontować je z aktualną ceną azotu, gdyż może okazać się, że stosowane dotychczas w gospodarstwie dawki – przy obecnym poziomie cen nawozów – są nieuzasadnione. Nie są to łatwe decyzje. Niedawno odbyłem rozmowę na ten temat z pewnym ambitnym rolnikiem. Wstępna kalkulacja wykonana dla uprawy pszenicy ozimej (w dobrym stanowisku) pokazała, że w tym sezonie wegetacyjnym dawki azotu trzeba będzie ograniczyć, ponieważ zakładana zwyżka plonu nie zrekompensuje poniesionych nakładów. Jednocześnie jednak ten sam producent rolny stwierdził, że nie może się pogodzić z tym aby nie celować – jak co roku – w plon ziarna pszenicy ozimej na poziomie „z jedynką z przodu”.

Tej wiosny diagnoza będzie ważniejsza niż zwykle

Trudno dzisiaj odpowiedzieć na pytanie: co nas czeka tej wiosny? O ile do pogodowych dylematów każdy rolnik jest przyzwyczajony, to oszacowanie cen środków produkcji – a takimi są przecież nawozy – graniczy z cudem. W związku z tym uważam, że określenie zasobów azotu glebowego na przedwiośniu 2022 będzie szczególnie ważne.

Student, który nie zna procedury testu N_min nie zalicza mojego przedmiotu. Optymistycznie zakładam, że zdecydowana większość rolników wie o co chodzi, ale ci którzy diagnozują glebę z pewnością są w mniejszości. Stąd krótkie przypomnienie. Próbki gleby pobiera się na przedwiośniu (nie jesienią) z warstwy co najmniej 0-60 cm, a następnie glebę w stanie wilgotnym dostarcza się do Stacji Chemiczno-Rolniczej. W wyniku procedury analitycznej otrzymujemy wynik zawartości azotu mineralnego – sumę kationów amonowych i anionów azotanowych (N_min) w kg N/ha w warstwie, z której pobraliśmy próbkę. Rzecz w tym, że zmierzona ilość azotu mineralnego w glebie może być bardzo różna i jednocześnie trudna do przewidzenia. Z wieloletniego doświadczenia wiem, że wyniki testu N_min mogą wynosić nawet 80-120 kg N/ha, choć możliwy jest także przedział 20-30 kg N/ha.

Algorytm służący do wyliczenia pierwszej wiosennej dawki w pszenicy ozimej (przy trzykrotnej aplikacji azotu) ma postać:

D1 = PP · 0,5 – N_min

gdzie:

PP to potrzeby pokarmowe, a N_min to sumaryczna ilość azotu mineralnego w glebie

Załóżmy, że planujemy zebrać 7 t ziarna/ha. Oznacza to, że PP wyniosą 196 (7 · 28) kg N/ha. Rozpatrzmy dalej dwa skrajne przypadki: (1) stanowisko ubogie w azot mineralny – 30 kg N/ha; (2) stanowisko zasobne w azot mineralny – 80 kg N/ha. W pierwszej sytuacji pierwsza dawka azotu (D1) wyniesie 68 kg N/ha, w drugim (dla tego samego plonu) będzie wręcz symboliczna kształtując się na poziomie 16 kg N/ha. Wnioski pozostawiam Czytelnikowi.

Obudować azot

Od lat w Poradach eksperta staram się zwracać uwagę na współdziałania między składnikami. Mimo specyficznych funkcji fizjologicznych każdego z pierwiastków niezbędnych dla roślin, kluczowa jest rola zarówno makroskładników jak i mikroelementów w kontrolowaniu metabolizmu azotu. Dzieje się to najpierw na etapie poszukiwania i pobierania azotu (fosfor, wapń, cynk), potem podczas transportu jonów i asymilatów (potas, magnez, miedź) i kształtowaniu wydajności fotosyntezy (oprócz wymienionych wcześniej także siarka). W trwającym sezonie wegetacyjnym ozimin oraz w perspektywie uprawy roślin jarych obudowanie azotu wydaje się być szczególnie ważne. Myślę więc, że warto przyjrzeć się składom chemicznym nawozów z poszczególnych grup oferowanych w firmie LUVENA S.A. i podjąć odpowiednie decyzje, zależnie od uprawianej rośliny i warunków glebowych.