Czy fosfor da się odmłodzić?

Wśród składników mineralnych stosowanych w nawozach największe problemy związane z realnym wykorzystaniem przez rośliny dotyczą fosforu. O ile w przypadku azotu możliwe jest odzyskanie nawet 70-80 % składnika, a dla potasu wartość ta często osiąga 90 %, to dla fosforu jest to poziom 25 – 40 %.

Fosfor – kłopotliwy składnik

Kłopoty z fosforem są wynikiem działania wielu czynników. Najczęściej przywoływane jest tak zwane uwsteczniania czyli tworzenia trudnorozpuszczalnych soli z kationami glinu i żelaza lub wapnia. Pamiętając, że roślina pobiera z roztworu glebowego jony (nie całe cząsteczki) powiemy o wyłapywaniu anionów fosforanowych H₂PO₄^2- przez wymienione kationy. Intensywność tego procesu jest powiązana z odczynem gleby. Fosfor szczególnie silnie uwstecznia się w glebach kwaśnych (aktywność Al i Fe), ale też w stanowiskach o odczynie zasadowym (znaczenie Ca). Nieprawdą byłoby jednak stwierdzenie, ze aniony fosforanowe nie podlegają uwstecznianiu w glebie obojętnej. Rzecz w tym, że w stanowiskach o uregulowanym odczynie następuje przejściowe wiązanie fosforu w połączenia z wapniem, a wtórne odzyskanie H₂PO₄^2- jest możliwe ze względu na aktywność roślin i mikroorganizmów. Upraszczając – pojawienie się protonów wydzielanych do ryzosfery przez dobrze rozwinięte korzenie w glebie obojętnej zwiększa prawdopodobieństwo pobrania fosforu.

Inaczej sytuacja wygląda w glebach kwaśnych i zasadowych. Jak zaznaczono wcześniej są to znacznie większe ilości (1), a uwstecznione fosforany z czasem ulegają krystalizacji tworząc bardziej złożone związki (2). W efekcie odzyskanie fosforu w tych związków staje się coraz trudniejsze. Powiemy, że fosfor się starzeje. Istnieje zasada zgodnie z którą: im dłużej utrzymują się niekorzystne warunki w glebie (w tym niski odczyn), tym trudniejsze staje się uwolnienie anionów fosforanowych z powrotem do roztworu glebowego.

To jednak nie koniec kłopotów. Aniony fosforanowe bardzo chętnie wiążą się z dodatnio naładowanymi cząstkami gleby, zarówno organicznymi (kwasy próchniczne i inne), jak i mineralnymi (minerały, hyroksytlenki), ale także ich kompelsami. Powiemy, że podlegają adsorpcji. Najpierw tworzą się wiązania pojedyncze, potem podwójne. W przypadku pojawienia się pojedynczego wiązania sorpcje może być częściowo odwracalna, co oznacza powrót pewnej puli fosforu do roztworu glebowego. Gdy wytworzą się wiązania podwójne odwracalność procesu adsorpcji kształtuje się na poziomie 2 – 4 %. Ponadto przyłączone do fazy stałej gleby aniony fosforanowe mogą być uwięzione przez kolejne warstwy wspomnianych hydroksytlenków, co określane jest często jako okludacja (ryc. 1).

Rycina 1. Interakcja fosforu z cząstkami gleby – schemat (J. Potarzycki)

Jakie zasoby?

W Polsce 33 % gleb wykazuje bardzo niską i niską zawartość przyswajalnego fosforu. W praktyce oznacza to, że 1/3 gleb wymaga nie tylko nawożenia spełniającego potrzeby żywieniowe roślin. Konieczne jest także wprowadzenia do gleby pewnej nadwyżki czyli korekty zasobności gleby, przynajmniej do średniej klasy zasobności. Pod tym względem najgorzej prezentują się gleby w Małopolsce i na Podkarpaciu (ryc. 2). Dane publikowane przez GUS (za SChR) mówią, że udział gleb o odczynie mniejszym niż pH = 6,5 (dolna granica optimum dla fosforu) wynosi średnio 74 % i wykazuje zróżnicowanie w skali kraju  (od 56% w województwie kujawsko-pomorskim do 84-86 % na Mazowszu i w województwie łódzkim). W takich warunkach odzyskanie fosforu z nawozów może być mniejsze niż 25%.

Rycina 2. Udział gleb o b. niskiej i niskiej zasobność i w przyswajalny fosfor, %  (opracowano na podstawie: GUS 2023)

Warto pamiętać, że nawet w glebie obojętnej ilość fosforu bezpośrednio dostępnego dla roślin jest niewielka. Stężenie anionów fosforanowych w roztworze glebowym rzadko przekracza 5 kg P/ha. Dlatego tak ważne jest sprawne uwalnianie tego pierwiastka z fazy stałej gleby. W każdej glebie przeważają niedostępne związki mineralne i fosfor organiczny. W powierzchniowych warstwach gleb europejskich stosunek całkowitego fosforu do przyswajalnego wynosi średnio 17. W Polsce relacja ta kształtuje się na poziomie niewiele większym niż 12 (ryc. 3). Odblokowanie nawet niewielkiej ilości z tej puli może zrobić różnicę. Warto więc spróbować nieco odmłodzić fosfor. Od lat w tym kierunku prowadzone są badania naukowe, które koncentrują się wokół czterech zasadniczych grup zagadnień:

1. regulacja odczynu (od lat glebowy czynnik krytyczny, choć najprostszy do modyfikacji, w krótkim przedziale czasu),
2. uprawa roślin zdolnych do poprawy dostępności fosforu w rizosferze,
3. wykorzystanie metod biologicznych i biotechnicznych,
4. uwzględnienie jonów towarzyszących w nawozie.

Rycina 3. Relacja fosforu ogólnego do przyswajalnego (opracowano na podstawie: Panagos i in. 2022)

Odkwaszać z myślą o fosforze

Na początku postawy dość oczywistą tezę: podstawowym warunkiem efektywnej gospodarki fosforem jest regulacja odczynu, z wszystkimi bezpośrednim i pośrednimi konsekwencjami. Zwróćmy uwagę na najważniejsze:

• wykorzystanie fosforu ze świeżo stosowanych nawozów fosforowych jest dużo większe w glebach obojętnych (mniejsza aktywność kationów uwsteczniających fosfor). W sprzyjających warunkach wilgotnościowych odzyskanie fosforu z SUPERFOSFATU PROSTEGO w glebie zwapnowanej może ulec podwojeniu. Zawsze mechanizm ten jest warunkowany obecnością pojawiających się grup hydroksylowych jako efektu stosowania nawozu odkwaszającego ( 4). Istnieje jednak warunek konieczny – zależnie od reaktywności i głębokości wymieszania nawozu odkwaszającego między zabiegiem odkwaszania a aplikacją powinno minąć od kilku do kilkunastu tygodni.
• uwolnienie wcześniej uwstecznionego fosforu, 10 – 20 % strąconych fosforanów, przy czy istotny jest czas, w którym fosfor pozostał w formach wytrąconych;
• unieruchomienie toksycznego glinu, co z kolei wpłynie na rozwój korzeni, w tym strefy włośnikowej, w której pobierane są fosforany

Rycina 4. Nawozy odkwaszające a odzyskanie fosforu (opracowano na podstawie: Grzebisz i in. 2024)

Rośliny a uruchamianie fosforu

Niektóre gatunki posiadają zdolność do uruchamiania fosforu glebowego i ze słabo rozpuszczalnych nawozów. Typowym przykładem jest rzepak ozimy, który wykazuje dość duże zapotrzebowanie na fosfor. Ponadto bobowate potrafią uwalniać trudnoprzyswajalny  fosfor w otoczeniu korzeni. Najnowsze doniesienia literaturowe podają, że zdolności takie wykazują także niektóre odmiany kukurydzy. Generalnie mechanizm działania jest podobny. W ryzosferze (strefa bezpośredniego oddziaływania korzeni) wydzielane są kwasy organiczne: glukonowy, octowy, winowy, ale także szczawiowy, jabłkowy i cytrynowy. Wymienione kwasy poza zmianą odczynu tworzą kompleksy z Al, Fe i Ca oraz blokują miejsca sorpcji fosforu (cząstki naładowane dodatnio). Innym mechanizmem jest odczepianie reszt fosforanowych ze związków organicznych w wyniku wydzielanie przez korzenie fosfataz. Podobną zdolność posiadają mikroorganizmy glebowe. Głęboki system korzeniowy wymienionych roślin wiąże się też z akumulacją fosforu pobieranego z podglebia w powierzchniowych warstwach gleby. W tym kontekście należy także podkreślić swoistą interakcję zachodzącą w korzeniach roślin bobowatych. Z jednej strony fosfor buduje system korzeniowy stanowiący przecież umocowanie brodawek, z drugiej reszty fosforanowe wchodzą w skład związków energetycznych (ATP), od obecności których zależy funkcjonowanie kompleksu nitrogenazy. Oznacza to, że nie jest możliwe wiązanie azotu atmosferycznego bez obecności fosforu.

Dlaczego warto podglądać przyrodę

Jak wynika z przedstawionych wcześniej zależności korzenie roślin uprawnych wykazują dużą aktywność fizjologiczną poprzez syntezę i  wprowadzanie do gleby tak zwanych wydzielin korzeniowych. Te z kolei stanowią ważne źródła energii i składników warunkujących funkcjonowanie mikroorganizmów, w tym odpowiedzialnych za przemiany fosforu.

Stąd duże zainteresowaniem preparatami wprowadzanymi do gleby, które zawierają szczepy bakterii zdolnych do udostępniania fosforu. Zwykle są to konsorcja mikroorganizmów, o szerokim spektrum działania. Udokumentowano zdolność bakterii do produkcji fosfataz (mineralizacja fosforu organicznego) oraz kwasów organicznych i anionów organicznych, a to z kolei prowadzi do wzrostu intensywności przemiany form labilnych w aktywne – pobierane przez rośliny. Z danych doświadczalnych wynika jednak, że mikroorganizmy (podobnie jak rośliny) posiadają określone optima funkcjonowania związane z odczynem gleby, co należy wziąć pod uwagę wybierając preparat.

Odpowiedzią na ten problem stały się produkty biotechniczne, w skład których wchodzą kwasy organiczne i  substancje pomocnicze, o podobnym składzie jak substancje wydzielane przez korzenie roślin i mikroorganizmy. Istotną działania tych preparatów jest mniejsza zależność efektywności od odczynu gleby. Ze względu na płynną formulację możliwe staje się odblokowanie fosforu znajdującego się także w głębszych warstwach gleby, co jest szczególnie ważne w gospodarstwach wprowadzających uproszczenia w uprawie.

Amonowa forma azotu a pobieranie fosforu

Efektywność nawozów fosforowych jest powiązana z amonową formą azotu w nawozie. Pobieraniu kationu NH₄⁺ towarzyszy uwalnianie kationów wodorowych przez korzenie. Pojawiające się protony zwiększają dostępność przejściowo uwstecznionych fosforanów zgodnie z zapisem: CaHPO₄ + H⁺ à Ca²⁺ + H₂PO₄^– (jon pobierany przez rośliny z roztworu glebowego). Jeśli azot amonowy w krótkim czasie nie zostanie pobrany może ulegać nitryfikacji, co także sprzyja powstawaniu protonów H⁺ (ryc. 5).

Rycina 5. Forma amonowa azotu a dostępność fosforu (opracowano na podstawie: Potarzycki 2017)

Zróżnicowanie oferty

W firmie LUVENA asortyment nawozów zawierających fosfor jest bardzo szeroki. W sytuacji gdy oczekujemy szybkiego działania, także w warunkach ograniczenia lub wręcz braku mieszania gleby (TUZ), warto sięgnąć po SUPERFOSFAT PROSTY. Wymieniony nawóz dobrze sprawdzi się zarówno w stanowiskach wyczerpanych z fosforu, jak i w uprawie roślin bardzo wrażliwych na niedobór fosforu (zwłaszcza w początkowym okresie wzrostu). Taką grupę stanowią na przykład bobowate, z powodów omówionych wyżej. Łatwo dostępne fosforany obecne są także we wszystkich nawozach typu LUBOFOSKA, a także w OPTIPLONACH. Druga z wymienionych grup nawozów jest jednak zróżnicowana pod względem formulacji chemicznych, co z kolei jest ważne w kontekście drugiej fazy krytycznej pobierania fosforu, która następuje po kwitnieniu. Z podobnych względów warte polecenia są nawozy typu LUBOFOS. Jest to zróżnicowana grupa produktów wśród których znajdują się nawozy przeznaczone dla konkretnych roślin oraz uniwersalne nawozy NPK lub PK. LUBOFOSY są także polecane do regulacji zasobności gleby w fosfor i potas z myślą o wymagającej roślinie następczej. Warto pamiętać, że wszystkich nawozach z Lubonia azot znajduje się w formie amonowej, która jak zaznaczono wcześniej sprzyja efektywnemu wykorzystaniu fosforu z granuli nawozowej i z zasobów glebowych.