Żeby składniki docierały do korzenia…

Problem efektywności składników podnosiłem już kilka razy. Dzisiaj kilka słów na temat stosowania nawozów mineralnych w kontekście ograniczania strat składników. To przecież jeden z warunków uzyskania oczekiwanej reakcji roślin na nawożenie. Straty składników z nawozów występują zawsze, nie wszystkie możemy kontrolować – rzecz w tym aby były możliwie najmniejsze. No tak ale już słyszę w tle pytanie: czym jest strata? Na potrzeby tego tekstu umówmy się, że stratą jest pula składnika z nawozu, która z różnych powodów znalazła się poza zasięgiem systemu korzeniowego.

Problem ograniczania rozpraszania składników mineralnych w agroekosystemach trzeba rozpatrywać przynajmniej na dwóch płaszczyznach, a mianowicie: ekonomicznej i ekologicznej. Nawóz to przecież środek produkcji, inwestycja w przyszły plon, gwarant sukcesu ekonomicznego. Można byłoby tak dalej i dalej… To są niepodważalne argumenty używane na spotkaniach z producentami rolnymi albo studentami Rolnictwa i Agrobiznesu. Jednak składniki nawozu (zwłaszcza zawierającego azot) to związki, które rozpraszane w nadmiarze mogą powodować nieodwracalne szkody w środowisku. To z kolei jest argument bardzo dobrze trafiający do studentów Ochrony Środowiska. Rzecz jasna idealnie byłoby przyjąć oba punkty widzenia. Tak też zrobię. Założę – może trochę na wyrost , że każdy z moich Czytelników to producent rolny nastawiony na zysk (to oczywiste), kochający przyrodę, z dużą świadomością ekologiczną. Brzmi nieźle?!. No dobrze – skoro to już ustaliliśmy spróbujmy dokładnie przyjrzeć się problemowi.

Mobilność składników w profilu glebowym

Zacznijmy od podstaw chemii rolnej i gleboznawstwa. Gleba jest tworem żywym – co pewnie niektórych dziwi – składającym się z faz: stałej, ciekłej i gazowej. Pomijając pewne szczególne przypadki, składniki mineralne są pobierane przez rośliny w formie jonów z wody glebowej, fachowo określanej jako roztwór glebowy. Poszczególne jony mogą być wiązane także przez fazę stalą gleby w tak zwanym kompleksie sorpcyjnym (KS), którego wypadkowy ładunek jest ujemny. W związku z tym nie trudno przewidzieć, że w glebie łatwiej wiązane (magazynowane) są jony obdarzone ładunkiem dodatnim czyli kationy (ryc. 1).

Rycina 1. Wiązanie jonów w glebie – schemat

Zatrzymane w kompleksie sorpcyjnym jony pochodzące z gleby lub z nawozu w sprzyjających warunkach mogą powrócić do roztworu glebowego skąd będą pobrane przez rośliny. Ważnym problemem jest jednak wielkość wspomnianego magazynu. Na glebowy kompleks sorpcyjny składają się najdrobniejsze cząstki gleby (cząstki ilaste) i związki próchniczne. W glebie lekkiej (piaszczystej) pojemność sorpcyjna jest więc relatywnie mała (ryc. 2). Stąd większe prawdopodobieństwo wymycia składników do głębszych warstw profilu glebowego, poza zasięg korzeni. Myślę, że w tym momencie łatwiej zaakceptować nieustanne powtarzanie przez naukowców i doradców tezy o konieczności stosowania nawozów naturalnych (obornik, gnojowica) i organicznych (słoma, komposty, nawozy zielone) jako substratu, z którego tworzy się próchnica. Nawet pozornie niezauważalny wzrost zawartości próchnicy w glebie to ogromne zwiększenie ilości wiązanych jonów. Ze zrozumiałych względów ma to szczególnie duże znaczenie w słabszych stanowiskach.

Rycina 2. Pojemność sorpcyjna gleb lekkich i średnich – schemat

Mniejszą pojemność sorpcyjną gleb lekkich trzeba uwzględnić także przy podejmowaniu decyzji o strategii nawożenia. Dotyczy to zwłaszcza potasu. Ostatnio często proponowany jest system nawożenia tym składnikiem w zmianowaniu. Przy takim założeniu nawożenie potasem można wykonać co dwa a niekiedy nawet trzy lata w dawkach skomasowanych, w taki sposób aby zaspokoić potrzeby roślin najbardziej wymagających. Jednak w słabym stanowisku, o małej pojemności względem składników mineralnych, takie postępowanie nie znajduje uzasadnienia. Aplikacja potasu i innych kationów musi mieć miejsce częściej, lecz w mniejszych dawkach. W przypadku roślin jarych uprawianych na glebach piaszczystych, gdy niezbędne okaże się zastosowanie dużej dawki potasu (konieczność regulacji zasobności gleby + zaspokojenie bieżących potrzeb pokarmowych), chcąc uniknąć nieodwracalnych strat tego pierwiastka w okresie jesienno-zimowym sumaryczną dawką nawozu należy podzielić w taki sposób by przynajmniej część puli składnika z nawozu zastosować wiosną, przed siewem roślin. Moglibyśmy w ten sposób rozważyć jeszcze kilka hipoetycznych sytuacji. Nie o to chodzi. Proszę tylko zapamiętać jedną zasadę – im gleba słabsza tym częściej musi być nawożona.

Przypomnę może jeszcze, że głównymi kationami pobieranymi przez rośliny uprawne są: NH₄⁺ (azot – jon amonowy), K⁺(potas), Ca²⁺(wapń), Mg²⁺(magnez), Zn²⁺(cynk), Cu²⁺(miedź), Mn²⁺(mangan), Fe²⁺/Fe³⁺ (żelazo, w tym przypadku mechanizm pobierania jest nieco bardziej skomplikowany ale nie wchodźmy w szczegóły).

Nieco inaczej sprawa wygląda z jonami obdarzonymi ładunkiem ujemnym czyli anionami. Ponieważ w glebie jest niewiele ładunków dodatnich przyciągających jony naładowane ujemnie, aniony tylko w niewielkim stopniu są wiązane w glebie. Zdecydowana większość jest relatywnie łatwo wymywana i to trzeba uwzględnić w strategii nawożenia. Wyjątkiem pod tym względem jest fosfor ale o tym składniku napiszę za chwilę. Najważniejszymi anionami dla roślin uprawnych są: NO₃^–(azot – azotany), SO₄^2-(siarka – siarczany), H₂PO₄^–(fosfor – fosforany), Cl^– (chlor – chlorki), MoO₄^2-(molibden – molibdeniany) i B(OH)₄^– (bor – borany, w przypadku boru kwestia głównej formy pobieranej przez rośliny jest ciągle dyskutowana).

W tym miejscu jeszcze jedna, kto wie czy nie kluczowa informacja związana z ruchliwością jonów w profilu glebowym. Stopniowe uwalnianie składników z granuli nawozowej jest ogromną zaletą, nie wadą. Piszę o tym dlatego, że często mam okazję słuchać i czytać wypowiedzi ekspertów, w których dyskredytuje się nawozy o mniejszej rozpuszczalności, bez względu na to czy są to nawozy azotowe, fosforowe czy wieloskładnikowe. To niewłaściwe podejście – nie tyle ze względu na kationy zawarte w nawozie, co aniony (fosforany, siarczany, borany). Podkreślam to już nie pierwszy raz – nawóz ma zapewnić roślinie odpowiednie zaopatrzenie w składniki w całym sezonie wegetacyjnym. Chciałbym być jednak dobrze zrozumiany. W ofercie firm nawozowych nie może zabraknąć także nawozów dobrze rozpuszczalnych. Takie produkty szczególnie dobrze sprawdzają się w glebach wyczerpanych ze składników, zawsze wtedy gdy potrzebna jest szybka interwencja (pojawiają się objawy niedoborów), do nawożenia pogłównego czy w trudnych warunkach klimatycznych (cyklicznie powtarzające się niedobory opadów).

Oferta firmy Luvena jest pod tym względem dość zróżnicowana. Przypomnę tylko, że wśród nawozów szybkodziałających proponowane są Superfosfaty proste, Lubofoski i Sól potasowa, natomiast w grupie nawozów o umiarkowanej szybkości działania dostępne są Lubofosy i Luboplony.

Mówiąc o ruchliwości jonów w profilu glebowym nie powinniśmy zapominać o ulatnianiu związków azotu z gleby do atmosfery, o czym będzie mowa za chwilę.

Największy problem z azotem

„Azot to najważniejszy składnik mineralny lecz niebezpieczny ekologicznie” – wspominałem już o tym kiedyś. Niby nic odkrywczego ale to stwierdzenie streszcza w zasadzie wszystko, co trzeba wiedzieć o azocie. Uzyskanie satysfakcjonujących plonów bez tego składnika nie jest możliwe ale niekontrolowane stosowanie azotu (bez względu na nośnik) niesie za sobą nieodwracalne skutki ekologiczne nie tylko dla pola, gospodarstwa czy regionu lecz także w skali makro.

Przemiany azotu są bardzo skomplikowane (ryc. 3) – dzisiaj skupmy się tylko na mineralnych formach, bo te są pobierane przez rośliny. Skoro tak, to przypominam uprzejmie, że chodzi o azot amonowy N-NH₄ i azotanowy N-NO₃.

Rycina 3. Przemiany azotu w glebie (źródło: Potarzycki 2012)

Pierwsza z wymienionych form łatwo ulega ulatnianiu do atmosfery w formie amoniaku, stąd aby uzyskać odpowiednią efektywność działania, nawozy z formą amonową (pojedyncze lub wieloskładnikowe) po zastosowaniu powinny być wymieszane z glebą. To z kolei wymusza przedsiewny termin aplikacji. Tu pojawia się dość często kontrowersja. Rolnicy pytają: jak to jest – firma reklamuje swoje nawozy wieloskładnikowe jako pogłówne a ze składu chemicznego wynika, że zawierają azot amonowy?. Wysiew nawozów tego typu w trakcie wegetacji roślin jest oczywiście możliwy ale wykorzystanie azotu z granuli nawozowej jest zdecydowanie mniejsze niż w przypadku przedsiewnego terminu stosowania. Lotne straty azotu amonowego z nawozu potęguje środowisko zasadowe, a takie występuje miejscowo w glebach z dużą zawartością węglanów wapnia i/lub świeżo zwapnowanych. Wróćmy na chwilę do poprzedniego akapitu i przypomnijmy sobie, że wśród kationów dobrze wiązanych (magazynowanych) w glebie wymieniłem NH₄⁺. Zatem z dużym prawdopodobieństwem możemy założyć, że azot amonowy wprowadzony do gleby jeszcze przed rozpoczęciem wegetacji roślin trafi do kompleksu sorpcyjnego (KS), skąd w każdej chwili może być ponownie włączony w układ roztwór glebowy – roślina. To jednak nie wszystko, co musimy wiedzieć o azocie amonowym. Napisałem wcześniej, że gleba jest tworem żywym. W jakim sensie? Trudno wyobrazić sobie mnogość procesów, które odbywają się w glebie z udziałem mikroorganizmów glebowych. Jednym z nich jest proces nitryfikacji azotu. Mówiąc najprościej jest to cykl przemian formy amonowej (NH₄⁺), których ostatnim etapem jest powstanie azotanów (NO₃^–). Nitryfikacja odbywa się w warunkach tlenowych a więc w glebach przewiewnych, lekkich. I tu pojawia się kolejny problem. Jak zaznaczyłem wcześniej azotany są słabo sorbowane w glebie czyli podatne na wymywanie. To przecież z tego powodu prawo unijne nakłada na członków wspólnoty obowiązek monitorowania zawartości azotanów w wodach powierzchniowych i podziemnych. Właśnie dlatego pewien renesans przeżywają badania związane z nawozami zawierającymi inhibitory nitryfikacji. Nie muszę chyba dodawać, że klasycznych nawozów azotanowych (saletry: wapniowa, sodowa, potasowa) nie powinno się stosować przed siewem roślin, gdy nie jest aktywny system korzeniowy. Nawozy te są z kolei bardzo efektywne w trakcie wegetacji roślin (azot nie ulatnia się do atmosfery lecz łatwo migruje w głąb gleby) – nie przez przypadek uznawane są jako szybkodziałające, nawet wtedy gdy występuje mniejsza wilgotność na powierzchni gleby. Mój przekaz skomplikuje jeszcze informacja o tym, że azotany w warunkach beztlenowych (gleby ciężkie, wilgotne, okresowo zalane wodą) ulegając denitryfikacji (redukcji) mogą tworzyć lotne związki azotu (tlenki, podtlenki, azot cząsteczkowy) z konsekwencjami, o których pisałem wyżej. Podsumowując ten wątek pamiętajmy, że uzyskanie względnie dużej efektywności azotu amonowego wymaga przykrycia nawozu przynajmniej kilkucentymetrową warstwą gleby, natomiast form azotanowych nie wolno stosować na zapas czyli przedsiewnie.

W nawozach wieloskładnikowych produkowanych w firmie Luvena używana są amonowe nośniki azotu stąd zawsze w instrukcji stosowania zapis o konieczności wymieszania nawozu z glebą.

Uprzedzając pytanie o stosowanie z saletry amonowej i pochodnych wyjaśniam, że ze względu na obecność obu form azotu ta grupa stanowi pewien kompromis i może być uznawana jako nawozy uniwersalne czyli do stosowania przedsiewnego i pogłównego. Proszę jednak pamiętać, że w porównaniu z klasyczną saletrą amonową rozpuszczalność pochodnych (saletra amonowa z węglanami wapnia lub węglanami wapniowo-magnezowymi) jest mniejsza.

Fosfor – dziwny składnik

Na temat fosforu miałem okazję wypowiadać się w różnych miejscach dość często. Z dwóch powodów: (1) składnik ten ciągle budzi duże zainteresowanie, bo efektywność nawozów fosforowych jest (mówiąc delikatnie) niezadawalająca, (2) w swojej pracy zawodowej trochę „popracowałem” z fosforem. Poniższa rycina pokazująca w sposób bardzo ogólny kierunki przemian i strat fosforu w glebie nie wygląda groźnie, bo to wersja light. W rzeczywistości chemizm fosforu jest dużo bardziej skomplikowany.

Rycina 4. Kierunki przemian i straty fosforu w glebach uprawnych

Pozwolę sobie przypomnieć teraz tytuł tego wpisu: „żeby składniki docierały do korzeni” ponieważ w przypadku fosforu przywołane stwierdzenie ma szczególne znaczenie. Jak zaznaczyłem wcześniej, fosforany są bardzo mało mobilne w glebie. Aniony fosforanowe nie przemieszczają się pionowo w profilu glebowym i co gorsza spośród pierwiastków pierwszoplanowych zasięg strefy oddziaływania korzeni w przypadku fosforu jest najmniejszy. Gdy dorzucimy do tego jeszcze informację o uwstecznianiu fosforanów w glebie (procesie zachodzącym zawsze, choć jego natężenie jest warunkowane odczynem gleby) mamy obraz składnika, który z dotarciem do korzeni ma ogromny problem. Co z tym można zrobić? Zapamiętajmy – nawozy fosforowe powinny być rozmieszczone możliwie równomiernie w strefie oddziaływania korzeni czyli wymieszane z glebą. Jest to szczególnie ważne w początkowym okresie wzrostu roślin, gdyż jak wiemy fosfor odpowiada za budowę systemu korzeniowego. Jeśli roślina „dobrze wystartuje” czyli rozwinie korzenie łatwiej poszuka w glebie fosforanów (i innych jonów) w późniejszych stadiach rozwojowych. Przypomnę też, że druga faza krytyczna pobierania fosforu przypada na koniec wegetacji. Zatem uwolnienie fosforanów z nawozu po kilku miesiącach od zastosowanie nie jest żadnym problemem.

Pisząc o fosforze nie sposób pominąć zlokalizowanego stosowania tego składnika. Zastosowanie nawozu w glebie wraz z siewem nasion jest bardzo powszechne w uprawie kukurydzy i buraków cukrowych. Obecność źródła fosforu w najbliższym sąsiedztwie nasion zdecydowanie zwiększa dostępność tego składnika, co dla kukurydzy jest kluczowe w początkowym okresie wzrostu (ryc. 5). Taka technika nawożenia pozwala na:

• zredukowanie zalecanych dawek fosforu, co najmniej o 30%;
• uzyskanie większej efektywności nawozu w glebach uwsteczniających fosfor oraz w warunkach suszy glebowej;
• zmniejszenie obciążeń środowiskowych związanych z rozpraszaniem fosforu w agroekosystemie.

Trzeci z wymienionych punktów dotyczy zwłaszcza sytuacji, w których występuje duże prawdopodobieństwo spływu powierzchniowego fosforanów do cieków wodnych.

Rycina 5. Sposób nawożenia fosforem a kształt systemu korzeniowego

W nawożeniu zlokalizowanym dość powszechnie stosowane są nawozy wieloskładnikowe kompleksowe (typu amofosy – zwłaszcza fosforany amonu i nitrofos). W ostatnich latach z powodzeniem podjęto próby wprowadzenia do gleby w tej technice Superfosfat prosty, a także nawozy typu Lubofska iLubofos. Proszę jednak pamiętać o zmniejszeniu dawki nawozu (o około 30-50%) w stosunku do zalecanej w warunkach nawożenia powierzchniowego.