O bilansach składników

Bilansowanie składników mineralnych we współczesnym rolnictwie jest konieczne, lecz ze względu na mnogość danych, które należy uwzględnić bywa kłopotliwe. Sporym wyzwaniem jest obliczenie sald bilansowych w skali gospodarstwa. Dlatego na potrzeby produkcji roślinnej wykonuje się bilans „brutto” metodą na powierzchni pola (OECD, 2003). Rezultatem wykonanych obliczeń jest saldo bilansowe stanowiące różnicę między przychodami i rozchodami badanego składnika w glebie. Salda dodatnie świadczą o przyroście akumulacji składnika w glebie, natomiast ujemne wskazują na dominację wyniesienia z plonem nad dopływem z nawozami, zarówno mineralnymi jak i organicznymi, naturalnymi oraz resztkami pożniwnymi. Dalsze rozważania muszą uwzględnić specyfikę danego pierwiastka, szczególnie odnośnie do dopływu azotu (i siarki) z atmosfery.

Dzisiaj skupimy się na składnikach pierwszoplanowych czyli azocie, fosforze i potasie (NPK). Podjęcie tego niełatwego tematu wymaga wstępnego założenia. Bilans składników mineralnych opierający się na saldach uwzględniających podaż i pobranie przez rośliny ma sens tylko w sytuacji gdy zasobność gleb jest przynajmniej na średnim poziomie. Dokonując pewnego uproszczenia, przy takim założeniu zwracamy glebie to, co pobrały rośliny. Powiemy wtedy o zrównoważonym nawożeniu. Jeśli okaże się, że mamy do czynienia z glebą o bardzo niskiej i niskiej zawartości danego składnika konieczna jest jeszcze korekta zasobności gleby czyli zastosowanie większej dawki niż wynika to z potrzeb pokarmowych rośliny. Teoretycznie w glebach bardzo zasobnych w fosfor i/lub potas możliwa jest produkcja  z ujemnym saldem bilansowym, lecz w dłuższej perspektywie doprowadzi to do wyczerpania zasobów glebowych, które trudno potem odbudować.

Zacznijmy od azotu

W przypadku tego składnika wykonanie bilansu jest najtrudniejsze przynajmniej z dwóch powodów. Pierwszy dotyczy przychodów, które musimy oszacować, ponieważ nie sposób zmierzyć wszystko w gospodarstwie. Przywołując dane publikowane przez IUNG i GUS średnio w Polsce przyjmuje się następujące wartości:

1. dopływ z materiałem siewnym 2 – 3 kg N/ha,
2. wiązanie symbiotyczne 7 – 8 kg N/ha,
3. opad atmosferyczny 8 – 10 kg N/ha.

Gdyby przeanalizować dane dla poszczególnych województw okaże się, że w przypadku drugiej zmiennej (wiązanie symbiotyczne) rozrzut wartości jest spory. Wynika to ze struktury zasiewów. Na przykład w województwach: opolskim i dolnośląskim są to ilości na poziomie 2,9 – 3,8, a w warmińsko-mazurskim i zachodniopomorskim 12,2 i 15,8 kg N/ha. Odnosząc się do konkretnych pól w gospodarstwie trzeba bardzo wyraźnie zaznaczyć, że w dobrych warunkach rośliny bobowate mogą związać duże ilości azotu, znacznie przewyższające podane wyżej zakresy. Na podstawie publikacji naukowych i obowiązujących aktów prawnych („Programu działań mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia wód azotanami pochodzącymi ze źródeł rolniczych oraz zapobieganie dalszemu zanieczyszczaniu”) można przyjąć następujące wartości, które należy uwzględnić w bilansie azotu:

1. resztki pożniwne bobowatych, w czystym siewie: od 15 (międzyplon) do 30 (plon główny), kg N/ha
2. resztki pożniwne bobowatych, w mieszankach z trawami/zbożami: od 10 – 12 (międzyplon) do 20 – 25 (plon główny), kg N/ha
3. przyorane całe rośliny bobowate, w siewie czystym: od 27 – 35 (międzyplon) do 65 – 80 (plon główny), kg N/ha
4. przyorane całe rośliny bobowate, w mieszankach z trawami/zbożami: od 20 (międzyplon) do 50 (plon główny), kg N/ha

Powyższe zakresy uwzględniają tzw. azot działający (dostępny na bieżąco). W następnym sezonie wegetacyjnym nastąpi uruchomienie tego składnika z form organicznych. Można założyć, że będzie to dodatkowo 50 – 70% podanych wyżej wartości.

Dopływ do gleby azotu w formie opadu mokrego (deszcz, śnieg) i suchego (w pogodne dni) obecnie nie jest znaczący. Depozycja związków azotu z atmosfery jest większa na obszarach uprzemysłowionych i w dużych aglomeracjach miejskich. Przykładowo na Dolnym i Górnym Śląsku są to wartości na poziomie 9 – 12 kg N/ha, a na Warmii i Mazurach około 7 kg N/ha.

Drugim problemem w opracowaniu bilansu azotu jest wyjściowa zawartość składnika w glebie. Jeśli dysponujemy wynikiem testu glebowego możemy bardzo precyzyjnie określić zasoby dostępne dla roślin w okresie startu wegetacji. W sytuacji gdy nie wykonaliśmy diagnozy gleby musimy oszacować ilość azotu pozostającą do dyspozycji roślin wykorzystując dane publikowane w przywołanych wyżej źródłach (tab. 1).

Tabela 1. Zawartość azotu mineralnego w glebie (N_min) w okresie wiosny, w warstwie 0-60 cm, kg N/ha (źródło: Program działań mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia wód azotanami pochodzącymi ze źródeł rolniczych oraz zapobieganie dalszemu zanieczyszczaniu)

Generalnie dokonując wyliczenia zapotrzebowanie roślin na azot (DN, kg N/ha) należy posłużyć się formułą:

DN = P·PJ – N_min –  ∑ N_zewn. – N_org./nat.

gdzie:

• P – plon, t/ha; PJ – pobranie jednostkowe azotu (plon główny wraz z pobocznym), kg N/t
• N_min – zawartość azotu w glebie w warstwie 0-60 cm, kg N/ha
• ∑ N_zewn. – azot ze źródeł zewnętrznych (opad atmosferyczny, materiał siewny), kg N/ha
• N_org./nat. – azot z nawozów organicznych, w tym resztek roślinnych i nawozów naturalnych, kg N/ha

Na przykład dla rzepaku ozimego uprawianego po roślinie bobowatej, plonującego na poziomie 3,5 t/ha, wyliczenia mogą  wyglądać  w następująco:

DN = 4·55 – 60 – (2+12) – 30 = 116 kg N/ha

Procedura musi uwzględniać jeszcze wykorzystanie składnika z podanych źródeł. W dobrym stanowisku (przy odpowiedniej podaży P, K i składników drugoplanowych) można przyjąć poziom 60-70%, co w powyższym przykładzie będzie oznaczało, że DN wyniesie 166 – 193 kg N/ha. Skutkiem braku składników wspierających plonotwórcze działanie azotu będzie znacznie mniejsza efektywność nawozów azotowych.

Uśredniony udział przychodowych źródeł azotu w bilansowaniu tego składnika przedstawia się jak poniżej (ryc. 1). Warto zauważyć, że są to zewnętrzne źródła, w których nie uwzględniono nie tylko zasobów glebowych, lecz także przychodu z resztek roślinnych i plonu pobocznego (o ile taki pozostaje na polu).

Rycina 1. Struktura źródeł przychodowej strony bilansu azotu brutto w glebie w Polsce, % (opracowano na podstawie danych GUS, 2024)

Salda bilansowe w poszczególnych województwach (ryc. 2) wykazują dość duże zróżnicowanie, co wynika z poziomu uzyskiwanych plonów, które z kolei są powiązane z inwestowaniem w środki produkcji, a takimi są nawozy. Oczywistym czynnikiem determinującym wielkość zbiorów są także stresy abiotyczne wynikające z warunków pogodowych i glebowych na danym obszarze. Według GUS średnie saldo bilansowe azotu w Polsce wynosi dokładnie 30,4 kg N/ha. W świetle literatury jest to wartość akceptowalna (także środowiskowo), ze względu na straty azotu, które należy ograniczać, lecz nie jest możliwe całkowite ich wyeliminowanie. Dlatego preferowana jest niewielka nadwyżka.

Rycina 2. Bilans azotu brutto w glebach polskich, kg N/ha (opracowano na podstawie danych GUS, 2024)

Fosfor i potas

W przypadku fosforu w wielu regionach kraju pojawiają się ujemne salda bilansowe. Jest to efekt większego wyniesienia składnika z plonami w stosunku do ilości wnoszonych z nawozami. Taka sytuacja występuje między innymi na Dolnym Śląsku, ale także w województwie zachodniopomorskim i na Podkarpaciu (ryc. 3). Zwraca uwagę wysokie, dodatnie saldo bilansowe w Wielkopolsce. Mimo, że nawozy naturalne zawierają dużo mniej fosforu niż azotu i potasu, to duże pogłowie bydła i trzody chlewnej powoduje znaczną podaż tego składnika. Poziom notowany w Wielkopolsce (21,3 P₂O₅/ha), ze względu na podatność anionów fosforanowych na uwstecznianie, stanowi absolutne minimum w rozważaniach nad relacjami przychód/rozchód fosforu.

 Rycina 3. Bilans fosforu brutto w glebach polskich, kg P₂O₅/ha (opracowano na podstawie danych GUS, 2024)

W skali kraju dane dla potasu nie są na bieżąco publikowane. Z badań wykonywanych systematycznie na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu wynika duża zmienność sald bilansowych zależnie od aplikacji nawozów naturalnych, które są bogate w potas. Względnie dużo potasu (więcej niż azotu) znajduje się także w słomie. Zdarzają się sytuacje, w których bilansowanie potasu jest niewłaściwe ponieważ nie jest uwzględniany dopływ potasu z tych źródeł. Na przykład z dawką 30 t obornika wprowadzimy około 150 kg K₂O/ha, co przy wykorzystaniu w pierwszym roku na poziomie 60-65% spowoduje dodatkowo uruchomienie około 90 – 100 kg K₂O/ha. Pozostawienie 7 ton słomy pszennej to dodatkowa podaż około 80 – 90 kg K₂O/ha.

Na rycinie 4 zamieszczono dane pochodzące z gospodarstwa, w którym dokonano oceny sald bilansowych dla ziemniaków skrobiowych plonujących powyżej średniej krajowej i rzepaku ozimego, w dwóch systemach (opartym tylko o nawozy mineralne oraz w sytuacji gdy pozostawiono na polu słomę pszenną). Jak pokazują zamieszczone dane, w systemie mieszanym (słoma na polu) dawki potasu w formie nawozów mineralnych okazały się zbyt duże w stosunku do uzyskanych efektów (ryc. 4). Badania wykonano w glebie średniozasobnej. Gdyby było to stanowisko deficytowe (a takie dominują w Polsce) dodatnie salda bilansowe przy łącznym stosowaniu nawozów mineralnych i słomy byłyby w pełni uzasadnione.

Rycina 4. Bilans potasu wykonany metodą „na powierzchni pola” (słoma pszenna w dawce 7 t/ha; plony: rzepak ozimy 3,3 – 3,5 t/ha, ziemniak skrobiowy 43 – 47 t/ha; dawki potasu w formie nawozów mineralnych podane na słupkach w kg K₂O/ha). Opracowano na podstawie danych UPP, niepublikowane.

Ocena sald bilansowych, nawet w ramach jednego gospodarstwa, musi uwzględniać szereg czynników decydujących o potencjale stanowiska do uzyskania określonego plonu. Jak zaznaczono wcześniej „lekko dodatnie” wyniki bilansu dla azotu (30 – 40 kg N/ha) są zjawiskiem normalnym, wręcz pożądanym. Konsekwencją wyników zbliżonych do poziomu 80-100 kg N/ha i większych są zagrożenia środowiskowe i mniejsza opłacalność produkcji. W tym kontekście warto przyjrzeć się bardzo ciekawym danym pozyskanym z kilku wielkopolskich gospodarstw (ryc. 5).

Rycina 5. Bilans azotu wykonany metodą „na powierzchni pola”, kg N/ha. Dane pochodzą z kilku gospodarstw zlokalizowanych w Wielkopolsce (źródło: UPP, niepublikowane)

Uprawy zaznaczone kolorem czerwonym wymagają korekty nawozowej. Szczegółowa ocena zdarzeń doprowadziła do wniosku, że w dla ziemniaków i żyta wybrano najgorsze stanowiska, nie inwestując w odkwaszania i utrzymanie odpowiedniej zasobności w P, K i Mg. W efekcie inwestycja w azot była chybiona, w tym znaczeniu, że podaż azotu była nieadekwatna do uzyskanych plonów. Nieco inaczej wyglądała ocena pól z kukurydzą. W przypadku tego gatunku dawki nawozów azotowych były zbyt duże (w wielu przypadkach dokonano aplikacji gnojowicy) i dodatkowo wystąpił deficyt składników drugoplanowych (siarki i magnezu) oraz cynku. W tych warunkach nie uzyskano odpowiedniej efektywności azotu, a uzyskane plony były znacznie poniżej potencjału plonotwórczego. Stąd konieczność pełnego bilansowania składników mineralnych.