O znaczeniu i konsekwencjach lekceważenia siarki

Postrzeganie siarki przez człowieka jest historią pełną zwrotów, często źle interpretowanych przez współczesnych. Już w starożytności odkryto działanie dezynfekujące siarki, przypisując temu pierwiastkowi także właściwości nadprzyrodzone powodujące odstraszanie złych duchów. Nie brakuje jednak doniesień z tego okresu o zatruciach siarką, stąd zapisy o toksycznym wpływie na organizm człowieka i zwierząt. Około 500 lat temu Paracelsus zalecał preparaty siarkowe w leczeniu wielu chorób zaznaczając, że konieczne jest przestrzeganie zalecanych dawek, co w obecnych czasach nie budzi już żadnych wątpliwości.

W rolnictwie od bardzo wielu lat znane są właściwości grzybobójcze siarki. Dlatego pierwiastek ten był i jest obecny w niektórych fungicydach. Ciekawa jest jednak ocena żywieniowego znaczenia siarki i potrzeb stosowania nawozów siarkowych. Jeszcze w latach 70-tych poprzedniego stulecia zawiązki siarki opadające na powierzchnię gruntów traktowano jako czynnik silnie zanieczyszczający środowisko, a w badaniach naukowych związanych z tym składnikiem skupiano się na toksycznym działaniu tlenków siarki na roślinę i skażeniem (!) gleb siarczanami. Prawdą jest, że opad siarki na pola i pastwiska liczony był w dziesiątkach, a w niektórych regionach nawet setkach kilogramów S/ha/rok.

W Europie Zachodniej w latach 80-tych (w Polsce 10 lat później), ze względu na znaczne ograniczenie emisji siarki do atmosfery, zawartość siarczanów w glebach systematycznie zmniejszała się i trend ten utrzymuje się do dzisiaj (rycina 1). Warto zaznaczyć, że w ciągu 35 lat opad siarki z atmosfery zmniejszył się ponad 5-krotnie.

Rycina 1. Emisja dwutlenku siarki do atmosfery w Polsce (opracowano na podstawie danych GUS, 2017)

Jak wynika z badań monitoringowych wykonanych przez IUNG aktualnie ponad 90% gleb polskich posiada naturalnie niską zawartość siarki siarczanowej w profilu glebowym. Tereny zanieczyszczone to tylko nieco ponad 1% gruntów ornych (rycina 2). Podobnie jak w przypadku azotu, w glebie zdecydowanie dominują organiczne połączenia siarki, stanowiące średnio ponad 90% całej puli składnika. Część tych związków może ulec mineralizacji, ale nie są to ilości większe niż kilka kg S/ha rocznie. Rośliny uprawne i mikroorganizmy pobierają z gleby siarkę w formie anionu SO₄^2-, co oznacza, że składnik ten jest łatwo wymywany. Bardzo podatne na wymywanie są gleby lekkie (dominujące niestety w Polsce), a także płodozmiany warzywne intensywnie deszczowane. Warzywa stanowią istotną grupę roślin wrażliwych na niedobór siarki, o czym za  chwilę.

Rycina 2.  Udział profili w stopniach zawartości siarki przyswajalnej, % (opracowano na podstawie danych publikowanych przez IUNG, 2012)

Prawidłowe ustalenie potrzeb nawożenia siarką wymaga określenia przychodów (źródeł) i rozchodów (strat) czyli wykonania bilansu. Zdefiniowanie wszystkich składowych jest trudne, lecz w bilansie siarki wykonanym metodą „na powierzchni pola” po stronie przychodów trzeba uwzględnić przynajmniej:

1. opad z atmosfery;
2. dopływ netto z gleby;
3. pobranie z nawozów naturalnych i organicznych.

Rozchodem są natomiast potrzeby pokarmowe roślin wyliczone dla określonego (założonego) plonu. W dalszych rozważaniach straty na drodze wymywania wliczone są do dopływu netto, który uwzględnia mineralizację, na tle przemieszczania siarczanów poza strefę oddziaływania korzeni. Jak wynika z danych zamieszczonych na rycinie 3 średni roczny opad siarki w Polsce aktualnie kształtuje się na poziomie około 4-6 kg S/ha/rok i tylko w województwie Śląskim jest większy niż 6 kg S/ha/rok. Z kolei w województwach północno-wschodnich wynosi mniej niż 4 kg S/ha/rok. W tym miejscu trzeba przypomnieć, że pewne ilości siarki rośliny mogą pobierać bezpośrednio w powietrza poprzez aparaty szparkowe, co jest wyjątkiem wśród składników mineralnych. W porównaniu z ilością akumulowaną przez korzenie jest to zwykle wartość nie większa niż kilkanaście procent.

Rycina 3. Regionalne zróżnicowanie dopływu siarki z opadów atmosferycznych w Polsce, lata 2013-2015

Z literatury przedmiotu wynika, że w przeciętnej glebie w ciągu roku rolnik może liczyć na uwolnienie z zasobów glebowych około 6-8 kg S/ha/rok, przy czym w bardzo dobrych żyznych stanowiskach może być to ilość przekraczająca 10 kg S/ha/rok.

Precyzyjne ustalenie ilości siarczanów wnoszonych do gleby z nawozami naturalnymi i organicznymi jest praktycznie niemożliwe, gdyż zależy to nie tylko od dawek tych nawozów, lecz także od składu chemicznego, który może być bardzo zróżnicowany. Z opracowania Przygockiej-Cyna i Grzebisza (2017) wynika, że z obornikiem wprowadzane jest przeciętnie nie więcej niż 6 kg S/ha/rok, choć w zachodniej Polsce są to wartości wręcz symboliczne, wynoszące mniej niż 2 kg S/ha/rok. Zawartość siarki siarczanowej w oborniku wynosi około 1-1,5 kg SO₃/t (0,4 – 0,6 S/t). Nieco więcej siarki znajduje się w gnojówce. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że przywoływane dane stanowią tylko tło do ogólnych rozważań, bo przecież w wielu gospodarstwach przychód siarki z wymienionych źródeł może być znacznie większy.

Zanim zajmiemy się potrzebami pokarmowymi i nawozowymi roślin uprawnych spójrzmy na mapę (rycina 4) pokazującą, wyliczone na podstawie danych GUS, średnie salda bilansowe siarki dla Polski. Mimo dość dużego zróżnicowania regionalnego na całym obszarze kraju występują wyraźnie ujemne wartości sald, co jest wystarczającą rekomendacją do zmiany w podejściu do nawożenia siarką nie tylko na etapie zaleceń, lecz także w praktyce.

Rycina 4. Regionalne zróżnicowanie salda bilansowego siarki w Polsce, lata 2013-2015

Zapotrzebowanie poszczególnych gatunków na siarkę nie jest takie samo, przy czym spośród klasycznych roślin uprawnych wyraźnie większe wartości notuje się dla krzyżowych (rzepak ozimy, gorczyca), a wśród warzyw dominują cebula i czosnek oraz kapusty. Nie zawsze zdajemy sobie sprawę z tego, że nasz płacz podczas krojenia cebuli i mówiąc łagodnie „specyficzne” zapachy wokół osób spożywających potrawy bogate w czosnek powodują związki siarki o działaniu grzybobójczym i bakteriostatycznym. W poniższej tabeli (1) podano wartości pobrania jednostkowego siarki. Są to ilości potrzebne na wyprodukowanie 1 tony plonu głównego wraz z odpowiednią ilością plonu ubocznego. Aby wyliczyć dawkę nawozu pod daną uprawę należy założyć określony plon (ziarna, nasion, korzeni, bulw), który chcemy osiągnąć. Musi być to jednak plon realny do uzyskania w danym stanowisku.

Tabela 1. Pobranie jednostkowe siarki przez rośliny uprawne i warzywa

Gdyby przywołać jeszcze raz cytowane wyżej opracowanie okaże się, że w Polsce największymi „udziałowcami” w kształtowaniu się gospodarki siarczanami w glebie są: rzepak ozimy i zboża ozime, co wynika z jednej strony z dużego zapotrzebowania na siarkę rzepaku, z drugiej z dużego udziału zbóż ozimych w strukturze zasiewów (rycina 5). Dlatego szczególnej uwagi wymagają zalecenia nawozowe dla tych roślin.

Rycina 5. Struktura akumulacji siarki przez główne grupy roślin uprawnych w Polsce, lata 2013-2015 (opracowano na podstawie Przygocka-Cyna i Grzebisz, 2017)

Przyjrzyjmy się teraz uproszczonym bilansom siarki wykonanym dla pszenicy ozimej (założony plon 7 t/ha) i rzepaku ozimego (4 t/ha, z przyoraną słomą z przedplonu). Zdaję sobie sprawę z tego, że w wielu gospodarstwach uzyskiwane plony są większe niż użyte do obliczeń. Przy okazji jedna uwaga  – trzeba pamiętać, że jest zasadnicza różnica między ilością podawaną jako S i SO₃. Współczynnik przeliczeniowy z S na SO₃ wynosi 2,5, a odwrotnie 0,4. Niby to oczywiste, ale wiem z doświadczenia, że dość często rolnicy, doradcy i studenci dają się złapać w tą „pułapkę”

Pszenica ozima (7 t/ha) = 7 · 4,5 = 31,5 kg S/ha

Dopływ z gleby i atmosfery ≈ 14 kg S/ha

Deficyt ≈ 17,5 kg S/ha (44 kg SO₃/ha)

Rzepak ozimy (4 t/ha) = 4 · 16 = 64 kg S/ha

Dopływ z gleby i atmosfery (14) + słoma z przedplonu (14) ≈ 28 kg S/ha

Deficyt ≈ 36 kg S/ha (90 kg SO₃/ha)

Wróćmy do wyliczeń. W przypadku rzepaku wartość na poziomie około 36 kg S/ha, choć duża, nie powinna budzić większego zdziwienia, gdyż nawożenie rzepaku siarką od dawna jest standardem. Przypomnę tylko, że w uprawie tego gatunku nawożenie siarką to nie tylko plon, lecz także – a może przede wszystkim – zawartość tłuszczu i skład chemiczny nasion. Uzyskanie plonu pszenicy ozimej na poziomie 7 t/ha wymaga nawożenia siarką w ilości około 15-20 kg S/ha. Jeszcze 10-15 lat temu informacja taka byłaby trudna do zaakceptowania, ponieważ zboża uważane były za grupę roślin mało wymagających pod względem nawożenia siarką. Publikacje, które ukazały się w ostatnich latach, także mojego autorstwa, przeczą tej tezie (tabela 2).

Tabela 2. Wpływ nawożenia siarką w dawce 25 kg S/ha na plon ziarna pszenicy ozimej (źródło: Potarzycki i in. 2015)

Wpływ siarki na strukturę plonu zbóż jest związany w pierwszej kolejności z oddziaływaniem na wzrost roślin w okresie krzewienia i na początku strzelania w źdźbło, gdy kształtowana jest liczba źdźbeł kłosonośnych. W tych stadiach rozwojowych plonotwórcze działanie siarki wynika z:

1. ograniczenia syntezy i przemieszczania auksyn, a przez to zmniejszenia dominacji pędu głównego czyli promowanie krzewienia roślin;
2. zmniejszenia aktywności giberelin, co prowadzi do skrócenia słomy i zwiększenia średnicy naczyń przewodzących wodę i składniki pokarmowe do ziarniaków;
3. aktywacji cytokinin stymulujących wzrost korzeni, zwłaszcza u nowo powstałych pędów bocznych.

W późniejszych stadiach rozwojowych od obecności siarki w roślinie zależą procesy: produkcji i przemieszczania asymilatów z liści (niekiedy też z łodyg, źdźbeł) do rozwijających się ziarniaków. Te funkcje są często pomijane w publikacjach na temat siarki, a to przecież kluczowe procesy nie tylko dla plonu (większa masa 1000 ziarniaków), lecz także dla metabolizmu azotu, co z kolei wiąże się z zawartością białek w ziarnie, w tym glutenu. Warto wiedzieć, że zarówno rzepak jak i zboża znaczne ilości siarki pobierają po kwitnieniu (rycina 6).

Rycina 6. Dynamika pobierania siarki przez rzepak ozimy i zboża (schemat)

Spróbujmy teraz odpowiedzieć na pytanie postawione w tytule wpisu: jakie są konsekwencje zaniedbania nawożenia siarką? Odpowiadając na tak postawione pytanie należałby omówić szczegółowo liczne funkcje siarki w metabolizmie rośliny. Oszczędzę jednak tego moim Czytelnikom i przypomnę tylko, że siarka:

1. kontroluje funkcjonowanie ferredoskyny określanej jako „przenośnik elektronów”. Ferredoksyna odpowiada za wiązanie CO₂ w procesie fotosyntezy, a to znaczy, że kształtuje przyszły plon. Związek ten warunkuje także przekształcanie prostych związków azotu w złożone, co wiąże się z większą produkcję białka, a także wpływa na funkcjonowanie nitrogenezy w procesie wiązania azotu atmosferycznego przez bobowate. Jest to więc zysk dla producenta, konsumenta i gleby;
2. poprawia skład aminokwasowy białek (jest obecna w cysteinie i metioninie);
3. wchodzi w skład glutationu – związku o działaniu przeciwutleniającym, odgrywającym kluczową rolę w odpowiedzi roślin na stres abiotyczny (związany z warunkami pogodowymi) i biotyczny (zależny od obecności patogenów).
4. jest obecna w olejkach czosnkowych i gorczycznych czyli związkach o charakterze sulfotlenków, polisiarczków i tioestrów alifatycznych. Związki te działają bakteriobójczo i grzybobójczo oraz nadają specyficzny smak i zapach produktom roślinnym.

Podsumowując: niedobór siarki w roślinach to wyraźnie mniejsze wykorzystanie azotu z nawozów azotowych (nawet o 30%), mniejsza odporność roślin na stresy oraz pogorszenie jakości płodów rolnych.

Dokonując wyboru nawozu wieloskładnikowego, nawet w uprawie roślin uznawanych za mniej wrażliwe, trzeba uwzględnić zawartość siarki w dawce nawozowej. W tym miejscu nawiążę jeszcze raz do ryciny 6, na której pokazano dynamikę akumulacji siarki. Pamiętając, że zboża i rzepak ozimy około 30-40% całej akumulowanej siarki pobierają od początku kwitnienia do zbioru, warto wybrać nawóz, z którego siarczany są uwalniane stopniowo w sezonie wegetacyjnym. Kryterium to spełniają wszystkie nawozy wieloskładnikowe z azotem produkowane w firmie Luvena, zarówno w grupie Lubofosek jak i Lubofosów (rycina 7).

Rycina 7. Siarka w nawozach z Luveny

Dostępne są także inne produkty nawozy zawierające siarkę, takie jak: Superfosfat prosty, który powinien być charakteryzowany jako nawóz fosforowo-siarkowy, a także Luboplon magnezowo-siarczanowy i Luboplon potasowo-siarczanowy. Drugi w wymienionych Luboplonów posiada w swoim składzie pakiet siarczanów potasu, wapnia i magnezu o różnej szybkości uwalniania z granuli nawozowej.