Obok łatwych do obliczenia strat składników nawozowych – koszt nawozów i utraty plonów, występują ukryte koszty skażenia wód słodkich i Bałtyku. Mówimy o kosztach społecznych, gdyż skutki skażenia wód dotykają całego społeczeństwa w postaci kosztów oczyszczania wód, opieki zdrowotnej, zmniejszonej wartości gospodarczej wód, ubożenia środowiska naturalnego, zaniku różnorodności biologicznej.
Ile kosztuje strata substancji biogennych?
1 kg N = 17 kg ziarna LUB eutrofizacja 454 m3 wody**
1 kg P2O5 = 6 kg ziarna LUB eutrofizacja 1 905 m3 wody*
Eutrofizacja następuje już przy stężeniu:
** 0,7 mg P04/l lub 0,525 mg P2O5
* 2,2 mg N-NO3/l
Koszty azotu: na 1 kg N
- koszt składnika 1 kg x 3,90 zł/kg = 3,90 zł
- utracony przyrost ziarna 17 kg x 0,65 zł/kg = 11,05 zł
- koszt społeczny/oczyszczenia 454 m3 wody = dużo
Koszty fosforu: na 1 kg P2O5
- koszt składnika 1 kg x 4,10zł/kg = 4,10 zł
- utracony przyrost ziarna 6 kg x 0,65 zł/kg = 3,90 zł
- koszt społeczny/oczyszczenia 1 905 m3 wody = bardzo dużo
Straty azotu na ogół powstają wówczas, gdy termin jego stosowania nie pokrywa się z zapotrzebowaniem roślin. Niewykorzystany azot ulega wymyciu do wód lub ulatnia się do atmosfery w postaci gazowej.
Poniższe praktyki pozwolą na ograniczenie strat azotu:
- prawidłowe zmianowanie roślin, któremu towarzyszy uprawa międzyplonów oraz przyorywanie słomy zbóż, rzepaku, kukurydzy;
- dostosowanie poziomu nawożenia do wymagań pokarmowych oraz standardowo osiąganych plonów uprawianych roślin;
- unikanie stosowania nawozów azotowych w okresach największego zagrożenia spływami powierzchniowymi na obszarach podatnych na erozję;
- unikanie systematycznego wykonywania głębokiej orki, która przyspiesza mineralizację substancji organicznej, w czasie której nie pobrane przez rośliny azotany przedostają się
do wód, a tlenki azotu ulatniają się do atmosfery; - ograniczanie jesiennej uprawy gleby do niezbędnego minimum np. przyorania obornika
lub zaorania użytku motylkowo-trawiastego w okresie późnej jesieni; - utrzymanie okrywy roślinnej na glebie w okresie całorocznym;
- poprawne zmianowanie roślin. Na glebach piaszczystych stosowanie poplonów ozimych w zmianowaniu i przyoranie ich wiosną.
- przyorywanie masy organicznej i stosowanie obornika w celu zwiększenia zapasu substancji organicznej w glebie;
- na glebach cięższych używanie międzyplonów o głębokim systemie korzeniowym (gorczyca biała, rzodkiew oleista, rzepik) co prowadzi do rozluźnienia podglebia;
- zastosowanie technik rozluźniających strukturę gleby, gdy przeważają gleby zbite, za pomocą orki głębokiej czy głęboszowania (ale zabieg ten powinien być przeprowadzony, gdy gleba jest sucha), lub przez uprawę roślin wieloletnich mających głęboki i silny system korzeniowy,
np. lucerny; - należy wystrzegać się wczesnego zaorywania plantacji bobowatych wieloletnich (koniczyn, lucern i ich mieszanek z trawami). Pozostawiają one w resztkach pożniwnych znaczne ilości azotu (od 100 nawet do 300 kg/ha). Wczesne, letnie lub wczesnojesienne zaoranie doprowadza do gwałtownej mineralizacji i ucieczki azotu do wód gruntowych. Problem ten doskonale znają rolnicy ekologiczni – albo wysiewają szybko poplony, które zatrzymują większość azotu, albo zaorują takie stanowiska jak najpóźniej, żeby gleba szybko zamarzła.
- międzyplony pełnią bardzo istotna rolę zarówno w ochronie powierzchni gleby
przed erozją, jak i wychwytując korzeniami składniki pokarmowe (głównie azot
i potas) które mogłyby zostać wypłukane w głąb profilu glebowego.
Wpływ wapnowania na rozproszenie azotu z gleby
Związki azotu ulegają rozproszeniu z gleby w postaci stałej, roztworu i gazowej. Nie da się całkowicie uniknąć strat azotu z gleby, część procesów jest naturalnym obiegiem składnika, jednak można je znacznie ograniczyć.
Straty azotu w postaci stałej to wynoszenie cząstek gleby poza obszar uprawy wywołane ruchami powietrza (erozja powietrzna) lub zmywaniem przez wodę (erozja wodna).
Straty azotu w postaci roztworu związków azotu to przede wszystkim przesiąkanie do wód gruntowych, przepływ podpowierzchniowy, rozpuszczenie i zmycie roztworów związków azotu (nie mylić z erozją, gdzie porywane są cząstki stałe). Straty gazowe to głównie ucieczka w postaci amoniaku, tlenków azotu i azotu cząsteczkowego. Ze stratami amoniaku mamy do czynienia głównie w trakcie rozrzucania obornika i rozlewania gnojowicy, stosowanie nawozów azotowych razem z wapnowaniem lub w krótkim okresie po nim, nawożenie dużymi dawkami mocznika i nawozów amonowych. Straty w postaci tlenków azotu i azotu cząsteczkowego odbywają się w wyniku denitryfikacji.
W klimacie przejściowym gleby mają tendencje do zakwaszania. Jest to zjawisko naturalne, wywołane klimatem i jakością gleb. Produkcja rolna, szczególnie intensywna o wysokim wynoszeniu składników w plonach i wysokim nawożeniem azotowym potęguje tendencje do zakwaszania. Zakwaszenie wpływa negatywnie przede wszystkim na jakość gleby (jej strukturę i chemizm) fizjologię roślin uprawnych i mikrobiologię gleby.
Na żyzność gleby składają się jej właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne. Gleby żyzne gwarantują utrzymywanie stosunków wodno-powietrznych na poziomie optymalnym dla prawidłowego wzrostu i funkcjonowania systemu korzeniowego roślin. Utrzymują przy regularnym wapnowaniu i nawożeniu korzystną gruzełkowatą strukturę, a zrównoważone nawożenie mineralne pozwala utrzymywać na wysokim poziomie zawartość podstawowych składników pokarmowych.
Rośliny pobierają z gleby azot w formie amonowej – NH4+ lub azotanowej (saletrzanej) – NO3–. Azot w nawozach mineralnych występuje albo w formie bezpośrednio dostępnej dla roślin (NH4+, NO3–), albo w formie amidowej -NH2, która w glebie szybko ulega przekształceniu do związku amonowego.
Azot amonowy NH4+ – dzięki obecności ujemnego ładunku elementarnego na powierzchni fazy stałej gleby kation amonowy ulega w glebie sorpcji wymiennej i niewymiennej. Ogranicza to w znaczący sposób wymywanie tej formy azotu z gleby. W glebach o uregulowanym odczynie (regularnie wapnowanie) kation amonowy ulega nitryfikacji. Nitryfikacja jest procesem biologicznego utleniania NH4+ przez mikroorganizmy glebowe (nitryfikatory). Ostatecznym produktem nitryfikacji jest anion azotanowy NO3–. Proces ten odbywa się dwuetapowo: bakterie Nitrosomonas utleniają NH4+ do NO2–, a Nitrobacter utleniają NO2– do NO3–. W optymalnych dla nitryfikatorów warunkach glebowych proces ten zachodzi bardzo szybko. Zakwaszenie gleby może jednak całkowicie ograniczyć proces nitryfikacji. W wyniku zmniejszenia szybkości procesu część azotu w postaci tlenków przedostaje się do atmosfery.
W glebie o odczynie zasadowym, nawożonej nawozami amonowymi amoniak może ulatniać się w wyniku reakcji chemicznej: NH4+ + OH– = ↑NH3 + H2O. Ulatnianie się azotu w postaci amoniaku (NH3) z soli amonowych z powierzchni gleb alkaicznych o słabej zdolności sorpcyjnej może dochodzić do 25% wniesionego azotu lub amoniaku wytworzonego z rozkładu masy organicznej. Wysoka temperatura gleby i jej wysuszenie zwiększa straty.
Należy więc zwracać szczególną uwagę na poprawne wapnowanie gleb (zwłaszcza lekkich), a w przypadku nawożenia przedsiewnego gleb charakteryzujących się odczynem zasadowym wymieszać wysiany nawóz z glebą. Ograniczy to straty azotu przez ulatnianie się amoniaku z gleby do atmosfery (Nawożenie roślin uprawnych 1 i 2, W. Grzebisz; wyd. PWRiL 2012).
Anion azotanowy (saletrzany) jest pobierany przez rośliny na zasadzie równoważnikowej wymiany jonowej między glebą a korzeniem. Sole azotanowe bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie, a anion azotanowy dzięki takiemu samemu ładunkowi elementarnemu co kompleks sorpcyjny gleby nie jest sorbowany przez fazę stałą gleby. Nawozy saletrzane są nawozami szybko działającymi – azotany szybko przemieszczają się z wodą w kierunku korzeni. Właściwość ta jest również przyczyną znacznych strat przez wymywanie NO3– z gleby. Małe opady wynoszące na tydzień 14 mm nie wpływają na ruchy azotanów. Dlatego nawozy saletrzane należy stosować wyłącznie w trakcie okresu wegetacji, pod rośliny o dobrze rozwiniętym, głębokim systemie korzeniowym. W glebach o zaburzonych stosunkach wodno-powietrznych: przy okresowo lub stale zalegającej wodzie, w warunkach beztlenowych lub przy ograniczonym dostępie tlenu do gleby wzrasta intensywność biotycznych procesów beztlenowych. W takich warunkach azotany ulegają biologicznej i chemicznej denitryfikacji. Redukcję azotu z azotanów (NO3–) do N atmosferycznego przeprowadzają w warunkach beztlenowych: Bacterium denitrificans, Pseudomonas denitrificans i P. fluorescens oraz Micrococcus denitrificans. Proces denitryfikacji jest to redukcja N-NO3– do NO -> N2O -> N2. Z rolniczego punktu widzenia denitryfikacja jest zjawiskiem niekorzystnym, gdyż prowadzi do strat azotu z gleby poprzez ulatnianie się jej gazowych produktów. Oprócz procesu biologicznego, który wymaga obojętnego środowiska obojętnego lub alkaicznego oraz obecność źródła energii w postaci węglowodanów, może zachodzić redukcja chemiczna, która wymaga środowiska kwaśnego. Utrzymanie struktury gleby, zapewniającej dostęp tlenu także do głębszych warstw i zapobieganie stagnowaniu wody jest więc metodą na ograniczenie denitryfikacji w glebie.
Forma amidowa azotu -NH2+ występująca w moczniku zastosowanym doglebowo musi ulec w glebie procesowi hydrolizy enzymatycznej, aby zawarty w nim azot mógł zostać pobrany. Produktem tego procesu jest węglan amonowy. Na glebach o uregulowanym odczynie, w korzystnych warunkach termicznych i wilgotnościowych powstający w wyniku hydrolizy mocznika kation amonowy będzie szybko ulegał nitryfikacji. W takich warunkach glebowych mocznik można stosować również pogłównie. A więc na glebach o dużej kulturze mocznik może być stosowany uniwersalnie.
Rozważając wpływ regulacji odczynu gleby poprzez wapnowanie na rozproszenie azotu do środowiska należy zwrócić uwagę na główne zalety wapnowania:
- poprawa struktury fizycznej gleb;
- poprawny rozwój życia biologicznego gleby;
- optymalne przyswajanie składników nawozowych;
- ograniczenie zakwaszającego wpływu nawozów azotowych i kwaśnych opadów;
- możliwość uprawy roślin wrażliwych na zakwaszenie;
- dostarczanie wapnia jako składnika nawozowego;
- dostarczanie najtańszej formy magnezu.
Utrzymanie na wysokim poziomie żyzności gleby jest możliwe tylko przy regularnym wapnowaniu. Nie ma mowy o profilaktyce zanieczyszczenia związkami azotu wód, bez uregulowania odczynu gleb.
Każda gleba, ze względu na wielkość kompleksu sorpcyjnego, posiada tylko jej właściwy zakres odczynu. Powyżej tego zakresu wapnowanie jest zabiegiem zbędnym. Dawkę wapna określa się na podstawie ustalonych dla danej gleby klasy potrzeb wapnowania, które wynikają z odczynu i przynależności do określonej kategorii agronomicznej.
Racjonalne wapnowanie
Dla tej samej wartości odczynu o dawce wapna decyduje kategoria agronomiczna gleby.
kategoria agronomiczna gleby – dawniej „ciężkość gleby”:
- bardzo lekkie;
- lekkie;
- średnie;
- ciężkie;
- organiczne.
| Kategoria agronomiczna gleby | Zakresy pH dla przedziałów potrzeb wapnowania | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| konieczne | potrzebne | wskazane | Ograniczone* | zbędne | |
| bardzo lekkie | do 4,0 | 4,1-4,5 | 4,6-5,0 | 5,1-5,5 | od 5,6 |
| lekkie | do 4,5 | 4,6-5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | od 6,1 |
| średnie | do 5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | 6,1-6,5 | od 6,6 |
| ciężkie | do 5,5 | 5,6-6,0 | 6,1-6,5 | 6,6-7,0 | od 7,1 |
| użytki zielone | do 5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | ||
Źródło: zalecenia nawozowe, wytłuszczenie własne
Odczyn (pH) gleby powinien być tym wyższy im „cięższa” jest gleba. Odpowiednie zakresy odczynu dla poszczególnych kategorii agronomicznych gleb (ciężkości) są podane w kolumnie potrzeby wapnowania „ograniczone”– jeżeli takie pH występuje, to nie należy gleby wapnować, chyba że uprawiać będziemy roślinę szczególnie wrażliwą na odczyn*.
Ekonomiczny efekt wapnowania gleb
Wszystkie efekty wapnowania: chemiczne, fizyczne, biologiczne kumulują się w gospodarstwie dając wymierne korzyści ekonomiczne. Warto zwrócić tu uwagę, że nie chodzi o jednorazowy efekt w postaci wzrostu plonu w danym roku. Wapnowanie daje długofalowe efekty, poprawiając żyzność gleby i zapewniając trwałość gospodarowania „sustainability”.
Podkreślić należy jednak, że chodzi o racjonalne, oparte na podstawach naukowych uregulowanie odczynu. Jak w każdej praktyce rolniczej, niewłaściwe stosowanie może przynieść straty. Stąd zapewne wzięło się przekonanie, że to wapnowanie jest odpowiedzialne za ucieczkę amoniaku – przy racjonalnie zaplanowanym wapnowaniu wzrasta życie biologiczne i poprawia się struktura gleby, do tego stopnia, aby zapobiegać stratom.
Do głównych efektów wapnowania zalicza się:
- wzrost plonowania, szczególnie roślin wrażliwych na odczyn gleby (wapnowanie, które oddziałuje na glebę przez co najmniej 3-4 lata powoduje wzrost plonów w dłuższym okresie i kumulowane nadwyżek. W tym wypadku efekt ekonomiczny jest długotrwały);
- zniwelowanie destrukcyjnego wpływu glinu ruchomego pozwala na uprawę cenniejszych gospodarczo gatunków;
- poprawa struktury gleby pozwala na zmniejszenie skutków stresu suszy czy też nadmiernych opadów;
- wzrost życia biologicznego w glebie, co pozwala na zwiększenie ilości substancji organicznej w glebie.
- ograniczenie destrukcyjnego wpływu erozji na gleby;
- poprawa pobrania składników pokarmowych, co pozwala ograniczyć koszty nawożenia;
- zredukowanie rozproszenia składników nawozowych do wód i atmosfery.
Potencjalne korzyści finansowe z wapnowania gleb
W powyższych tabelach wyliczone zostały potencjalne korzyści finansowe wynikające z lepszego pobierania nawozów mineralnych oraz wzrostu plonu. Potencjalne zyski zostały określone na podstawie prognozowanych plonów oraz lepszego pobierania składników nawozowych dla upraw wrażliwych na zakwaszenie. Należy zaznaczyć, że są to jednocześnie najbardziej dochodowe uprawy rolnicze. Zakwaszenie gleb eliminuje te uprawy z produkcji. Na glebach zakwaszonych można uprawiać tylko odporne na zakwaszenie żyto, owies, łubin żółty, ziemniaki.
Wnioski nasuwające się po analizie danych z tabel przedstawione zostały w punktach poniżej:
- analizując koszt badania gleby należy go rozłożyć na cztery lata, ze względu na stosunkowo powolną zmianę zasobności gleb spowodowana uprawą roślin i nawożeniem. Przyjęto także przeciętny areał przypadający na jedna próbę za 4 hektary, zgodnie z instrukcja pobierania prób rolniczych wg Okręgowej Stacji Chemiczno – Rolniczej, oraz koszt badania tamże.
- podobnie należy postępować analizując efekty wapnowania. Wapnując zalecaną dawką uzyskujemy zmianę odczynu, w zależności od rodzaju wapna i gleby, w ciągu do dwóch lat. Efekt utrzymuje się przez około 4 lata (dlatego tak są sformułowane zalecenia). Koszty wapnowania rozkładają się przeciętnie na cztery lata.
- wymienione w przykładzie rośliny uprawne należą do silnie reagujących na zakwaszenie gleby. Przy odczynie poniżej 4,6 pH może nie dojść do wydania plonu o 60% niższego niż przeciętny przez jęczmień i pszenicę, zaś buraki czy kukurydza zareagują znacznym spadkiem plonu ponad 80%. Rzepak, dzięki głębokiemu systemowi korzeniowemu może przetrwać, ale plon będzie na poziomie 1 tony, ze względu na skrajne niedożywienie (niemożność pobrania 70% azotu). Dlatego odczyn <4,6 praktycznie wyklucza te uprawy z produkcji.
- zakres drugi pH 4,6- 5,5 będzie skutkował znaczącą obniżką plonu na skutek szeregu czynników – przede wszystkim poprzez toksyczne działanie glinu oraz niemożność pobrania przez korzenie połowy składników nawozowych;
- z punktu widzenia wymagań gatunków roślin, drugi zakres również nie pozwala na osiągnięcie pełnego plonu;
| Wrażliwość roślin | Gatunki roślin | Optymalne pH gleby |
|---|---|---|
| bardzo wrażliwe | burak cukrowy, kukurydza, lucerna, koniczyna, soja, groch | 6,6-7,0 |
| wrażliwe | pszenica, jęczmień, rzepak, bobik, łubin biały i wąskolistny, pszenżyto | 6,1-6,5 |
| średnio wrażliwe | owies, ziemniaki, mieszanki zbożowe | 5,6-6,0 |
| mało wrażliwe | żyto, len, seradela, łubin żółty, trawy | 5,1-5,5 |
Źródło: G.Hołubowicz –Kliza, Wapnowanie gleb w Polsce. Instrukcja upowszechnieniowa IUNG PIB Puławy, 2006
- Na podstawie różnych danych praktycznych, oszacowano dostępny plon w optymalnych warunkach pogodowych. Zakres 5,6-6,8 to odczyn bliski optymalnemu. Optymalnym odczynem dla gleby lekkiej jest pH powyżej 6,1 zaś dal gleby średniej powyżej 6,5.
| Kategoria agronomiczna gleby | Zakresy pH dla przedziałów potrzeb wapnowania | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| konieczne | potrzebne | wskazane | ograniczone | zbędne | |
| bardzo lekkie | do 4,0 | 4,1-4,5 | 4,6-5,0 | 5,1-5,5 | od 5,6 |
| lekkie | do 4,5 | 4,6-5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | od 6,1 |
| średnie | do 5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | 6,1-6,5 | od 6,6 |
| ciężkie | do 5,5 | 5,6-6,0 | 6,1-6,5 | 6,6-7,0 | od 7,1 |
| użytki zielone | do 5,0 | 5,1-5,5 | 5,6-6,0 | ||
Źródło: zalecenia nawozowe, IUNG PIB Puławy, 2008
- największym źródłem strat finansowych będzie więc znacząca zniżka plonu. Oczywiście wysokie nawożenie, stosowane standardowo pod intensywne uprawy, w warunkach niepobrania wraz plonem roślin, będzie nie tylko stratą, ale także dla niektórych składników łatwo rozpuszczalnych – głównie azot ale także potas- będzie oznaczać wymycie w głąb profilu glebowego, zmywy powierzchniowe.
- analizując utracone nakłady na nawożenie na skutek niepobrania składników nawozowych oraz utratę plonów należy je umiejscowić w płodozmianie. Na przykład w zmianowaniu rzepak- pszenica- pszenica-kukurydza dla gleb lekkich wynosi od 7 613 zł (z poziomu II do III) do 15 249 zł (z poziomu I do III) zaś dla gleb średnich od 8744 zł do 17 727 zł.