EKSPERT RADZI
Pytając statystycznego konsumenta żywności jakie jest wykorzystanie gipsu można spodziewać się nawiązania do medycyny (ortopedia i stomatologia), budownictwa (gładzie i kleje), przemysłu chemicznego (farby) czy sztuki, w tym przemysłu formiarskiego. Tylko nieliczni pomyślą o rolnictwie.
Gips czyli dwuwodny siarczan wapnia to związek chemiczny ważny dla gleby i roślin. Dlatego musi być rozpatrywany łącznie, jako:
- czynnik kształtujący/korygujący naturalną żyzność gleby
- nośnik wapnia i siarki dla roślin
Obalić mit
Zacznijmy od obalenia mitu, że gips nie rozpuszcza się w wodzie, dlatego nie ma prawa oddziaływać na rośliny. Prawdą jest, że gdy zajrzymy do podręcznika chemii dowiemy się, że rozpuszczalność gipsu w wodzie w temperaturze pokojowej (20oC) kształtuje się na poziomie 2,0 – 2,1 g/L, co rzeczywiście nie jest dużą wartością. W tym samym podręczniku przeczytamy, że jest to jednak znacznie więcej niż powszechnie stosowanego w rolnictwie węglanu wapnia. Nie będziemy porównywać działania tych związków, ponieważ musielibyśmy podjąć rozważania na temat różnych mechanizmów zachodzących w układzie nawóz/roztwór glebowy/faza stała gleby, specyficznych dla konkretnego związku. Skupmy się na gipsie. Punktem wyjścia musi być stwierdzenie, że roztwór glebowy nie jest tym samym co woda. Wynika to zarówno z obecności różnych jonów (efekt nawożenia bieżącego i w przeszłości), oddziaływania wydzielin korzeniowych oraz aktywności mikrobiologicznej. Wypadkową aktywności korzeni roślin, które przecież oddychają i życia biologicznego jest dużo większe stężenie dwutlenku węgla w porach glebowych, w porównaniu do powietrza atmosferycznego. Z tego powodu, jak wynika z literatury przedmiotu, można założyć, że w odniesieniu do czystej wody w warunkach glebowych szybkość uwalniania jonów z gipsu jest o 8 -10% większa. W tym miejscu uwaga, że nie jest to tak duża dynamika jak w przypadku interakcji dwutlenek węgla/węglan wapnia.
W kształtowaniu skuteczności gipsu ważne są także interakcje. Rozpuszczalność tego związku zmniejsza się gdy w wodzie glebowej występuje duże stężenie Ca2+ i SO42-. W praktyce sytuacja taka w polskich glebach zdarza się rzadko.
Efekt stosowania gipsu zwykle jest większy w obecności Na+, K+ i Cl–, co wynika z ekranującego działania tych jonów w roztworze w stosunku do wspomnianych kationów wapnia i anionów siarczanowych. Upraszczając, Ca2+ i SO42- (obecne w roztworze glebowym) są otoczone jonami o przeciwnym ładunku. Im jest ich więcej tym mniejsza aktywność wapnia i siarki z zasobów glebowych. W takiej sytuacji równowaga przesuwa się w kierunku wzrostu rozpuszczalności świeżo aplikowanego gipsu.
Kationy wapnia mogą być także kompleksowane (inny mechanizm) przez fosforany, co w dalszej perspektywie także może powodować wzrost rozpuszczalności gipsu. Te złożone zależności dla praktyki oznaczają, że wprowadzony do gleby gips może efektywnie współdziałać z innymi nośnikami składników mineralnych.
Wpływ odczynu na rozpuszczalność omawianego związku jest niewielki. Tylko w glebach kwaśnych (pH < 5,5) efektywność gipsu wynikająca z szybkości działania jest większa, ponieważ część jonów siarczanowych (SO42-) ulega protonowaniu do HSO4–, co nieznacznie przesuwa równowagę rozpuszczania w kierunku produktów.
Niezależnie od składu chemicznego, główną składową roztworu glebowego jest woda. To oczywiste. Zakładając optymistycznie stabilizację warunków na poziomie zbliżonym do rzeczywistego (50% PPW) dojdziemy do wniosku, że po zastosowaniu tylko niewielka część gipsu uwolni wapń i anion siarczanowy, ponieważ szybko nastąpi wysycenie roztworu. Tak dzieje się w laboratorium. Sytuacja taka na polu się nie zdarza. Musimy pamiętać, że gleba jest tworem o dużej dynamice zmian, a woda bezpośrednio po opadzie poddana jest oddziaływaniu sił grawitacyjnych „zabierając” ze sobą część jonów, zmieniając w ten sposób skład roztworu glebowego. Dotyczy to zwłaszcza gleb lekkich. Rozcieńczająco działa także woda kapilarna, która przemieszcza się w górę (podsiąk kapilarny). Tu z kolei trzeba przywołać gleby średnie, z większą zawartością minerałów ilastych i próchnicy. Teoretycznie do rozpuszczenia 500 kg gipsu potrzeba nieco ponad 25 mm deszczu. Byłoby tak gdyby cały opad miał stały kontakt z gipsem, co się nie zdarzy. W praktyce rozpuszczenia podanej dawki spodziewałbym się w warunkach opadu na poziomie 120 – 180 (200) mm. Zgodnie z omówionymi wcześniej uwarunkowaniami przedział ten jest (niestety) dość szeroki.
W rolnictwie uogólnienia w skali kraju bywają irytujące, lecz w rozważnym kontekście mimo wszystko warto przyjrzeć się danym zamieszczonym na rycinie 1. Pozwoli to na oszacowanie czasu potrzebnego na uruchomienie składników z siarczanu wapnia, z komentarzem, że wpływ warunków termicznych na rozpuszczalność gipsu jest niewielki, choć w zakresie 10 – 25oC wprost proporcjonalny. Należy zwrócić uwagę, że dawka 500 kg siarczanu wapnia jest całkowicie bezpieczna, choć w praktyce wprowadzane są często mniejsze ilości, co z kolei skraca czas oczekiwania na efekty.
Rycina 1. Średnie opady w Polsce, wielolecie 1991-2020. Opracowanie własne na podstawie danych IMGW-PIB.
Wpływ na glebę
Na tle Europy polskie gleby, na przeważającym obszarze, są z natury ubogie w wapń. Wynika to ze składu mineralogicznego skały macierzystej, z której w procesie glebotwórczym wykształciła się gleba (kwaśne utwory pochodzenia lodowcowego) oraz dużej przepuszczalności, promującej przemieszczanie kationów (w tym Ca2+) do głębszych warstw profilu glebowego. Nawet w stanowiskach o uregulowanym odczynie zwykle zawartość przyswajalnego wapnia kształtuje się na niskim poziomie. Przy okazji informacja, że w analityce gleb na gruntach ornych coraz powszechniejszy staje się uniwersalny test Mehlich 3, pozwalający na oznaczenie większości składników mineralnych, w tym wapnia. Poniżej zamieszczono proponowane wartości graniczne (za Stacją Chemiczno-Rolniczą w Poznaniu) – tab. 1.
Tabela 1. Liczby graniczne dla przyswajalnego wapnia oznaczonego metodą Mehlich 3
Wapń jest ważnym składnikiem o charakterze strukturotwórczym. Gleboznawcy powiedzą, że tworzy mostki łączące mineralne cząstki ilaste z kwasami próchnicznymi. W takich glebach korzenie roślin mają lepsze warunki powietrzno-wodne. Gleba nie jest zbita. Z tego powodu siarczan wapnia działając rozluźniająco często jest polecany w glebach średnich i ciężkich. Doświadczenia wykonane w ostatnich latach wskazują, że nawożenie siarczanem wapnia gleb ciężkich zwiększa szybkość infiltracji wody czyli wsiąkania i migracji w profilu glebowym. Większy udział porów glebowych to także więcej tlenu, co jest nie bez znaczenia dla funkcjonowania mikroorganizmów. Warto pamiętać, że nitryfikacja azotu (przemiany form amonowych w azotanowe uznawane za pobudzające gospodarkę hormonalną roślin) jest procesem tlenowym. Dostępność tlenu jest ważna dla procesu mineralizacji azotu oraz aktywnego pobierania składników przez korzenie roślin (głównie P, K, Zn i Cu).
Gips ze względu na swoją budowę chemiczną skutecznie wyłącza kationy Al3+ w glebach kwaśnych i silnie kwaśnych. Rozmawialiśmy już o tym wielokrotnie w poradach eksperta, przypomnę tylko krótko, że kationy glinu uszkadzają system korzeniowy, zwłaszcza strefę włośnikową i merystemy wzrostu. W efekcie następuje upośledzenie pobierania wody i składników mineralnych, zwłaszcza fosforu i wapnia. Po aplikacji, reszty siarczanowe łączą się z glinem w jony kompleksowe lub związki cząsteczkowe [AlSO4, Al(OH)SO4]. W ten sposób Al3+ staje się mniej aktywny. Powstały siarczan glinu nie jest trwały, lecz uwikłanie kationu glinowego w ten związek na okres kilku tygodni wystarczy dla przetrwania korzeni w danym sezonie wegetacyjnym. Dodatkowym efektem będzie regeneracja korzeni pod wpływem wapnia – wrócimy jeszcze do tego. Gips nie zmienia odczynu gleby, więc ostatecznie i tak nie obędzie się bez wapnowania.
Wpływ na roślinę
Gips jest źródłem wapnia i siarki – dwóch ważnych, deficytowych i niedocenianych składników drugoplanowych (ryc. 2 i ryc. 3). Efekt niedostatecznego zbilansowania składników widoczny jest także na zdjęciu tytułowym.
Wapń odpowiada w roślinie za podziały komórkowe. Od obecności tego składnika zależy rozwój komórek w merystemach wzrostu. Dotyczy to wszystkich tkanek, lecz w praktyce podkreślane jest szczególne znaczenie wapnia w rozwoju systemu korzeniowego. Wapń kontroluje nie tylko architekturę korzeni, lecz także ich sprawność, w tym rozwój strefy włośnikowej. Największą aktywność fizjologiczną mają młode korzenie. Dlatego systematyczny dopływ wapnia z nawozu bezpośrednio przekłada się na intensywne pobieranie wody i składników mineralnych.
Istotna jest odpowiednia dostępność wapnia w całym sezonie wegetacyjnym. Jest to o tyle ważne, że w sytuacji deficytu tego składnika roślina nie potrafi wycofać Ca2+ do nowo rozwijających się tkanek, jak dzieje się to na przykład w przypadku azotu, fosforu czy magnezu. Istnieje prosta zasada: nie ma wapnia w zasięgu korzeni nie ma wapnia w rozwijających się tkankach roślinnych. Można zatem założyć, że w początkowym okresie wzrostu plantacja/łan będzie korzystać z glebowych zapasów wapnia, natomiast w późniejszych stadiach rozwojowych skorzysta z uwalniających się wapnia i siarki z gipsu.
Warto pamiętać o udziale wapnia w budowie tkanek okrywowych, gdzie łącząc się z pektynami zwiększa sztywność rośliny i odporność na wnikanie patogenów. Istnieją dowody na to, że wapń indukuje syntezę enzymów rozpuszczających strzępki wnikającego do rośliny grzyba. Ponadto Ca2+ stabilizuje strukturę chloroplastów, kontroluje fotolizę wody w procesie fotosyntezy oraz reguluje wymianę gazową kontrolując ruch aparatów szparkowych.
Rycina 2. Znaczenie wapnia dla roślin
Wpływ siarki na roślinę jest wielokierunkowy, lecz głównymi korzyściami wynikającymi z aplikacji tego składnika są: (i) kontrola gospodarki azotem, (ii) wzrost odporności tkanek roślinnych na stres biotyczny czyli wynikający z obecności patogenu. Siarka jest składnikiem budowy białek (cystyny, metioniny), jest obecna między innymi w glutationie. Rola tego związku jest mało eksponowana, a to ważny kompleks odpowiedzialny za neutralizację wolnych rodników oraz stabilizację błon komórkowych i chloroplastów. Synteza glutationu warunkowana obecnością siarki w roślinie jest ważnym orężem rośliny w okresie suszy i/lub stresu wynikającego z obecności toksykantów, w tym metali ciężkich. Od lat znana jest fungistatyczna i bakteriobójcza rola siarki w rolnictwie. Jako składnik kompleksu białkowego nitrogenaza siarka odpowiada za wiązanie azotu przez bobowate.
Rycina 3. Znaczenie siarki dla roślin
Gips w praktyce
Siarczan wapnia powinien być stosowany przedsiewnie z dwóch powodów – po to by zyskać czas na uwolnienie składników z nawozu oraz w celu wymieszania z powierzchniową warstwą gleby, co z pewnością przyspieszy efekt nawozowy. W przypadku roślin jarych aplikację można z powodzeniem wykonać późną jesienią lub nawet zimą, gdy warunki na to pozwolą. W tym miejscu powstaje pytanie o użytki zielone. Gips jako sól chemicznie obojętna, nie tworzy skoncentrowanych roztworów i odznacza się odczynem zbliżonym do obojętnego. Oznacza to, że nie uszkadza liści roślin, nawet wtedy gdy stosowana jest forma pylista.
W przypadku stosowania siarczanu wapnia (jako samodzielnego nawozu) rekomendowane są dawki w granicach 300 – 500 kg/ha, choć niektórzy producenci zalecają nawet większe ilości. Poniżej zamieszczono wpływ stosowania gipsu na plon ziarna kukurydzy oraz ziemniaków (ryc. 4 i 5). Nawożenie gipsem kukurydzy powodowało przyrost plonu na poziomie 6 -10%, zależnie od warunków w danym roku badań. Co ciekawe, plonotwórcze działanie tego związku najsilniej wpływało na liczbę ziarniaków w rzędzie. To z kolei oznacza względnie szybkie działanie nawozu, który był stosowany około 2-3 tygodnie przed siewem kukurydzy. Warto zauważyć, że wprowadzenie do systemu nawożenia siarczanu wapnia znacząco przyczyniło się do zwiększenia efektywności nawozów azotowych stosowanych w ziemniakach (ryc. 6). Ponadto z przywołanych badań wynika istotny wpływ gipsu na zawartość wapnia w skórce ziemniaków, co jest kluczowe nie tylko dla wyglądu bulwy (mniejsza podatność na uszkodzenia mechaniczne podczas zbioru), lecz także w kontekście przechowywania.
Rycina 4. Wpływ stosowania gipsu (SW) w dawce 500 kg/ha na plon kukurydzy, w stanowisku zdegradowanym pod względem odczynu. Źródło: Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Rycina 5. Wpływ stosowania gipsu (SW) w dawce 500 kg/ha na plon ziemniaków. Źródło: Potarzycki i Wendel, 2023
Rycina 6. Wpływ wapnia z gipsu na efektywność azotu w ziemniakach. Źródło: Potarzycki i Wendel, 2023
Siarczan wapnia może być obecny także w wielu produktach jako jeden z nośników składników (ryc. 7). Związek ten znajduje się między innymi w nawozie LUBOPLON CAL-MAG, produkowanym w firmie LUVENA. Formulacja tego nawozu obejmuje takie związki jak siarczan wapnia, siarczan magnezu i dolomit. Stąd poza funkcją żywieniową działa stabilizująco na odczyn i detoksykację kationów Al3+, o czym była mowa wcześniej. Nawóz ten może być z powodzeniem stosowany zarówno na gruntach ornych jak i trwałych użytkach zielonych.
Rycina 7. Nawozy z firmy LUVENA zawierające siarczan wapnia
Cykl badań zebranych i omówionych przez Zielewicza (2026) pokazuje bardzo korzystne działanie siarczanu wapnia stosowanego samodzielnie na wzrost i plon lucerny. Na rycinie 8 pokazano jeden z efektów doświadczenia. Gips stosowany na przedwiośniu wykazał pozytywne działanie już w odniesieniu do pierwszego pokosu. Autor wskazuje na znaczącą rolę wapnia w inicjacji symbiozy między rośliną bobowatą, a bakteriami Rhizobium. Cząsteczki sygnałowe wydzielane przez bakterie indukują oscylację Ca2+ w jądrze włośnika rośliny żywicielskiej. W odpowiedzi bakterie przyczepiają się do włośników rośliny żywicielskiej za pomocą białka wiążącego wapń.
Rozwój korzenia jako miejsca powstania brodawek, jak i sam rozwój są ściśle powiązane z dostępnością wapnia. LUBOPLON CAL-MAG jako źródło wapnia, magnezu i siarki na trwałych użytkach zielonych powinien być stosowany przed zimowym spoczynkiem, ewentualnie także po pierwszym pokosie/wypasie. W ten sposób wymienione składniki zwiększą wartość żywieniową paszy. Nie bez znaczenia jest ich rola w procesie wiązania azotu przez bobowate. Przypomnijmy: wapń – inicjacja symbiozy, siarka – składnik nitrogenazy, magnez – uwalnianie energii z ATP potrzebniej w tym wysokoenergetycznym procesie.
Rycina 8. Współdziałanie gipsu oraz nawożenia fosforem i potasem na plonu pierwszego pokosu mieszanki lucerny z trawami. Opracowano na podstawie Zielewicz i in. 2023.
Siarczan wapnia znajduje się w SUPERFOSFACIE PROSTYM, stanowiąc blisko 50% masy nawozu. Plonotwórcze działanie siarki z tego nawozu potwierdzono w wielu badaniach wykonanych na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu, między innymi w nawożeniu pszenicy ozimej, rzepaku ozimego i jęczmienia jarego. Spośród produktów oferowanych przez firmę LUVENA siarczan wapnia jest obecny także w LUBOPLONIE KALIUM – nawozie potasowym z wapniem, magnezem i siarką. W tym produkcie około 90% Ca pochodzi właśnie z siarczanu wapnia. Ze względu na obecność składników drugoplanowych LUBOPLON KALIUM powinien być rekomendowany do stosowania we wszystkich uprawach na gruntach ornych, a także na TUZ.
