Warunki pozyskania darmowego azotu

U progu nowego sezonu wegetacyjnego dyskusje na temat gospodarowania azotem prowadzone są z większym zaangażowaniem niż kiedykolwiek. Poza uwarunkowaniami ekonomicznymi związanymi z cenami nawozów mineralnych coraz częściej zwraca się uwagę na alternatywne źródła azotu. W tych rozważaniach eksponowane są dylematy dotyczące efektywności azotu z nawozów naturalnych i ograniczenia strat tego składnika, nie tylko podczas aplikacji, lecz także na etapie przechowywania. Wrócimy do tego tematu w jednym z kolejnych wpisów. Spore zainteresowanie budzi też pozyskanie darmowego azotu z atmosfery. Problem w tym, że tylko niektóre rośliny mogą okazać się pomocne, a sprawność tej pomocy zależy od warunków, które stworzymy. Podobnie jak ma to miejsce w przypadku nawozów naturalnych jest to inwestycja długoterminowa, jednak z pewnością opłacalna. I to z wielu względów.

O symbiozie

Grupa roślin bobowatych (zwanych kiedyś motylkowatymi) obejmuje wiele gatunków, które posiadają zdolność do symbiotycznego wiązania azotu atmosferycznego. Stwierdzenie symbiotyczne jest tu kluczowe, gdyż oznacza, że wykorzystanie azotu z atmosfery jest możliwe tylko w warunkach symbiozy czyli współżycia specyficznych bakterii (rizobiów) z rośliną uprawną. Nawiązanie symbiozy między rizobiami a roślinami bobowatymi jest dość złożonym procesem i kończy się wytworzeniem brodawki korzeniowej predysponowanej do zasiedlenia przez mikroorganizmy wiążące azot.

Jakkolwiek dziwnie to brzmi, najpierw dochodzi do rozpoznania partnerów symbiozy. Korzenie wydzielają duże ilości substancji sygnałowych, które są atrakcyjne dla bakterii (tzw. atraktanty), a u bakterii w odpowiedzi na te sygnały następuje indukcja odpowiednich genów, odpowiedzialnych za syntezę specyficznych białek umożliwiających zawiązanie symbiozy. Po przemieszczeniu i zasiedleniu ryzosfery (najbliższego sąsiedztwa korzeni) przez bakterie brodawkowe następuje adsorpcja mikrobów na młodych włośnikach korzeniowych, najpierw niespecyficzna, a później specyficzna w stosunku do gospodarza (określonego gatunku). Kolejnym etapem jest deformacja i zmiana kierunku wzrostu włośnika, co stanowi zaczątek brodawki. W skręconym włośniku następuje wzrost i kolejne podziały bakterii. Dzieje się to w strukturach, które nazywane są nićmi infekcyjnymi. W ten sposób następuje wprowadzenie bakterii do tworzących się brodawek, które mogą być zdeterminowane czyli ograniczone lub niezdeterminowane (nieograniczone). Pierwsze z wymienionych mają kształt kulisty i są charakterystyczne dla roślin wywodzących się ze strefy tropikalnej (na przykład soja i fasola), drugie są cylindryczne i występują na roślinach klimatu umiarkowanego (lucerna, koniczyna, groch i wyka).

Powyższy opis znalazł się tu nie bez przyczyny. Mówiąc o symbiozie należy mieć bowiem na względzie przynajmniej dwa kryteria wyjściowe, obejmujące:

1. Miejsce zasiedlenia – odpowiednio rozbudowany system korzeniowy, z dobrze rozwiniętą strefą włośnikową (wymagane odpowiednie zaopatrzenie w fosfor i wapń);
2. Zapewnienie odpowiedniej wydajności metabolicznej rośliny odniesionej do transportu asymilatów niezbędnych do rozwoju brodawki (rola potasu i magnezu) oraz stymulowania podziału komórek w merystemach wzrostu (wapń)

Przygotowanie roślin do efektywnego wiązanie azotu – nazywanego darmowym – wymaga jednak stworzenia odpowiednich warunków.

O warunkach

Większość roślin bobowatych ma duże wymagania względem odczynu, z optimum w zakresie 6,5 – 7,5. Jednak duże zróżnicowanie w tym względzie występuje w przypadku łubinów, ponieważ dla form żółtych właściwy jest odczyn kwaśny/lekko kwaśny, natomiast formy białe preferują gleby obojętne, na granicy przedziału zasadowego. Jest to wypadkowa potrzeb mikroorganizmów zasiedlających brodawki korzeniowe. Warto wiedzieć, że symbiozę zawiązują różne szczepy bakterii – specyficzne dla poszczególnych roślin – posiadające jednocześnie określone wymagania, także pod względem odczynu. Stąd o ile mamy problem ze stanowiskiem pod bobowate, najbliższe dni to ostatni moment na regulację odczynu, choć termin wczesnowiosenny nie jest optymalny. Zabieg ten lepiej wykonać jesienią. Jeśli jednak zdecydujemy się na wprowadzenie nawozu odkwaszającego na przedwiośniu wybierzmy produkt z udziałem form tlenkowych lub szybkodziałające węglany, a takie występują w nawozach typu kreda. Efektem dodanym będzie wprowadzenie wapnia, którego bobowate pobierają więcej niż większość roślin uprawnych.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest zapewnienie roślinom odpowiedniej zasobności w fosfor. Należy przypomnieć, że plonotwórcze działania fosforu przejawia się między innymi poprzez rozwój systemu korzeniowego. Z danych literaturowych wynika ponadto znaczenie fosforu w kształtowaniu strefy włośnikowej, a więc obszaru szczególnej aktywności roślin (zwłaszcza przed kwitnieniem) w procesach pobierania wody i składników mineralnych. Jak zaznaczono wcześniej u bobowatych jest to miejsce zawiązywania brodawek. Fosfor decyduje więc o przygotowaniu „szkieletu”, na którym będzie odbywać się wiązanie azotu. Znaczenie fosforu przejawia się także na etapie ustanowienia pełnej symbiozy, gdy wiązanie azotu osiąga maksimum. Mikroorganizmy wiążące azot potrzebują 16 moli adenozynotrójfosforanu (ATP) dla zredukowania 1 mola azotu. Ogromne zasoby energii (zgromadzonej w ATP) są potrzebne do funkcjonowania nitrogenazy warunkującej asymilację azotu. Oznacza to, że nawet niewielki niedobór fosforu ograniczy wydajność wiązania N₂. Wybierając stanowisko dla bobowatych (bez względu na to czy planowana jest uprawa strączkowych czy drobnonasiennych) powinniśmy uwzględnić zawartość kształtującą się w górnych zakresach przedziału charakterystycznego dla zasobności średniej, przy czy najlepiej jeśli będzie to zasobność wysoka. Przeznaczenie gleb wyczerpanych z fosforu pod uprawę bobowatych z nadzieją, że rośliny poszukają tego składnika w głębszych warstwach profilu glebowego jest błędem, niestety dość powszechnym.

Ze względu na ogólny stan fizjologiczny plantacji bobowatych ważne jest też zwrócenie uwagi na zasobność gleby w potas. Pamiętajmy, że zapewnienie roślinom „materiałów budowlanych” warunkujących rozwój korzeni i brodawek zależy od transportu asymilatów, które powstają przecież w organach nadziemnych. Ten swoisty transport odbywa się z udziałem potasu przy współudziale magnezu. Oba wymienione składniki są mobilne w profilu glebowym, a to znaczy, że aplikacji można dokonać jeszcze w najbliższych dwóch, trzech tygodniach.

Kompleks enzymatyczny związany z asymilacją azotu (nitrogeneza) stanowi białko zawierające centrum żelazowo-siarkowe i molibden. Naturalnym zadaniem jest więc także odpowiednia podaż siarki oraz mikroelementów (żelaza i molibdenu).

Prawdą jest, że wegetacja roślin jest możliwa także bez udziału bakterii brodawkowych. Nie zakładam aby ktoś świadomie zrezygnował z możliwości wykorzystania azotu z powietrza. Sytuacja taka może jednak zdarzyć się wtedy gdy nastąpi zbyt duża podaż azotu mineralnego w formie nawozów lub/i gdy zasoby azotu glebowego będą większe niż przeciętne (powyżej 70-80 kg N/ha, w warstwie 0-60 cm).

O ilości związanego azotu

Precyzyjne określenie ilości wiązanego azotu przez bakterie żyjące w symbiozie z bobowatymi nie jest łatwe, gdyż wymaga uwzględnienia wielu zmiennych. Efekt próby kwantyfikacji tych wartości wg metody SNF zamieszczono w tabeli 1. Liczby podane w tabeli wyrażone są w kg na tonę odpowiedniej biomasy, a to znaczy, że spora pula związanego azotu będzie wyniesiona z pola/użytku. Szacunkowe ilości azotu, na które można liczyć w resztkach roślinnych strączkowych zamieszczono na końcu wpisu, w tabeli 4.

Tabela 1. Całkowita ilość wiązanego N₂ , kg·t^–1 s.m. części nadziemnych (źródło: Pietrzak, 2011)

O potrzebach pokarmowych i nawozowych

Pobranie jednostkowe czyli zapotrzebowanie strączkowych na wyprodukowanie tony nasion (wraz z odpowiednią masą wegetatywną) lub zielonej masy drobnonasiennych wykazuje różnice gatunkowe. Największe potrzeby względem fosforu wykazują łubin i soja, najmniejsze groch. Zróżnicowanie względem potasu jest mniejsze, przy czym dane podane w tabeli 2 należy uznać za minimalne, w tym znaczeniu, że niektórzy autorzy określają pobranie jednostkowe potasu przez strączkowe na poziomie około 40 kg K₂O/t i większym.

Tabela 2. Pobranie jednostkowe fosforu i potasu przez rośliny bobowate (opracowano na podstawie Jadczyszyn, 2013)

Podane wartości pobrania jednostkowego (PJ) należy dostosować do zasobności gleby. W przypadku zasobności niskiej wyliczone potrzeby nawozowe (plon x PJ) trzeba zwiększyć, zależnie od stanu wyczerpania gleby o 30-50%. Z kolei w stanowiskach bardzo zasobnych dawkę nawozu można znacznie zredukować. Przykłady zmian dotyczących wartości PJ zależnie od zasobności gleby zamieszczono w tabeli 3.

Tabela 3. Wartości pobrania jednostkowego fosforu i potasu zależnie od zasobności gleby (źródło: Grzebisz 2011)

Spośród składników drugoplanowych zapotrzebowanie fasoli na magnez (Mg) i siarkę (S) wynosi odpowiednio 5,2 i 7 kg/t, natomiast dla grochu i bobiku 5 i 6,5 kg/t nasion z uwzględnieniem masy wegetatywnej.

O wyborze nawozów

Jak wynika z danych zawartych w tabelach 2 i 3 relacja potasu do fosforu w dawce nawozowej przeznaczonej dla bobowatych powinna wynosić około 2. Oba wymienione makroskładniki można wprowadzić do gleby jako nawozy pojedyncze lub łącznie, w postaci nawozów wieloskładnikowych.

Z oferty firmy LUVENA S.A. warto rozważyć zastosowanie Superfosfatu Prostego, który zawiera dobrze rozpuszczalny fosfor i duże ilości wapnia – składniki tworzące podstawy do nawiązania symbiozy. W przypadku tego nawozu można liczyć także na uwolnienie siarki w kolejnych tygodniach po zastosowaniu, co z kolei usprawni wbudowanie związanego azotu w strukturę aminokwasów. A jest to przecież kluczowe dla syntezy białek. Odpowiednimi nośnikami potasu są Sól Potasowa i Luboplon Kalium, a magnezu i siarki Luboplon MAG-MAKS. Alternatywnym rozwiązaniem będzie zastosowanie nawozu wieloskładnikowego Lubofos 12 MAKS, który zawiera cały pakiet składników niezbędnych do efektywnej asymilacji azotu, a więc oprócz fosforu i potasu, także wapń, magnez i siarkę. Dostępność fosforu, występującego w nawozach typu Lubofos w różnych formulacjach chemicznych, jest na bieżąco kontrolowana przez samą roślinę. Wynika to z faktu, że rośliny bobowate posiadają zdolność do zakwaszania ryzosfery czyli strefy wokół korzenia, co zwiększa sprawność pobierania fosforu glebowego i nawozowego związanego w połączeniach z wapniem, a także z glinem.

O tym dlaczego warto to robić

Poza poprawą ogólnego bilansu azotu bobowate wpływają także na szereg właściwości gleby. Ze względu na rozległy, często palowy, system korzeniowy pozostawiają w glebie dużo resztek pożniwnych, co ważne bogatych w azot (tab. 4). W przypadku lucerny i koniczyny w mieszankach z trawami na 1 hektarze pozostaje w glebie (zależnie od intensywności użytku) od 4 do 6,5 ton s.m. resztek korzeniowych.

Tabela 4. Masa resztek roślinnych i azotu w tych resztkach, po uprawie strączkowych w plonie głównym (opracowano na podstawie Kotecki, 2020); ( )* dane wg innych autorów, przy założeniu realizacji potencjału plonotwórczego

Wąska relacja C:N (około 25-35 : 1) w tej ogromnej masie organicznej sprawia, że szybkość rozkładu mikrobiologicznego jest znacznie większa niż słomy zbóż czy rzepaku, gdzie C:N wynosi zwykle 90-100:1. Resztki te stanowią więc niezwykle cenny substrat do powstania próchnicy. W ten sposób bobowate pośrednio przyczyniają się także do poprawy właściwości wodnych i sorpcyjnych gleb.

Rycina 1. Budowa systemu korzeniowego bobowatych; A – palowy, głęboki – łubiny; B – cieńszy, z rozwiniętymi korzeniami bocznymi – wyka, groch, bobik; C – brak lub słabo rozwinięty korzeń palowy, liczne korzenie boczne – soja; (źródło: Grzebisz, 2015)

Ze względu na specyficzną budowę systemu korzeniowego (ryc. 1) niektóre gatunki przyczyniają się do rozluźnienia gleby (poprawa warunków wodno-powietrznych) oraz pobierając składniki z podglebia powodują, że po rozkładzie mikrobiologicznym resztek pożniwnych składniki te są częściowo transferowane do warstw powierzchniowych. W ten sposób tworzone są dobre warunki do wzrostu rośliny następczej.