Zahamować degradację

Odczyn gleby determinuje jej właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wpływa na zdolność roślin do pobierania wody i składników pokarmowych. Decyduje o efektywności nawożenia. W warunkach nadmiernego zakwaszenia zachodzi wielokierunkowy proces degradacji gleby, którego konsekwencją jest systematyczny regres plonów i spadek opłacalności upraw.

Nadmierne zakwaszenie gleb w Polsce uważane jest za główny czynnik ograniczający ich produktywność. Według danych GUS w latach 2016-2019 40 proc. użytków rolnych miało odczyn kwaśny (pH < 4,5) i bardzo kwaśny (pH < 5,5).

Problem jest powszechny

Ogólne ujęcie nie obrazuje w pełni zjawiska, gdyż nie uwzględnia kategorii agronomicznej gleby. Bardziej miarodajnym wskaźnikiem zjawiska jest struktura potrzeb wapnowania, która klasyfikuje gleby ze względu na odczyn i kategorię agronomiczną. Według danych GUS (2020) w skali kraju 35 proc. użytków rolnych zaliczono do klasy koniecznych i potrzebnych, przy bardzo dużym zróżnicowaniu terytorialnym. W tych stanowiskach regulacja odczynu jest niezbędna do zahamowania degradacji gleby i poprawy efektywności nawożenia. Gdyby do tej puli zaliczyć jeszcze klasę „wskazane” to problem nadmiernego zakwaszenia dotyczyłby 52 proc. użytków rolnych. Bardzo źle wygląda sytuacja szczególnie w województwach wschodnich, od linii wschodniej granicy województw warmińsko-mazurskiego, kujawsko-pomorskiego, wielkopolskiego i opolskiego (rys. 1.) Podobna skala zjawiska wynika z danych Monitoringu Chemizmu Gleb Ornych Polski (www.gios.gov.pl/chemizm_gleb). Według tego źródła w 2015 r. wartość mediany (wartość środkowa dla danych uszeregowanych niemalejąco) pH mierzonego w roztworze KCl wynosiła 5,0. Oznacza to, że połowa z 216 stałych punktów pomiarowo-kontrolnych, zlokalizowanych na gruntach ornych charakterystycznych dla pokrywy glebowej kraju cechowała się odczynem poniżej tej wartości. Natomiast średnia wartość pH wyniosła 5,1 (odczyn kwaśny) i obniżyła się znacząco w porównaniu do wszystkich poprzednich edycji programu.

Decyduje o żyzności

Odczyn decyduje o aktywności mikroorganizmów, dynamice przebiegu procesów mineralizacji i humifikacji materii organicznej, przyswajalności makro- i mikroelementów. Wpływa na dostępność składników pokarmowych, kontroluje ich mobilność w profilu glebowym oraz fitotoksyczność. W praktyce gleby kwaśne są często jednocześnie ubogie w przyswajalny fosfor, potas, magnez i bor. Obserwuje się słabą efektywność nawożenia oraz niską skuteczność ochrony. Większość makroskładników najlepiej jest przyswajalna przy pH 6,0-7,2, natomiast mikroskładników przy 5,5-6,5. Wyjątek stanowi molibden, który preferuje środowisko zasadowe. Najbardziej wrażliwy na odczyn jest fosfor. Współczynnik jego wykorzystania z nawozów jest bardzo niski i nawet w warunkach korzystnych nie przekracza 30 proc. Najlepiej pobierany jest w zakresie pH 5,5-7,2. W warunkach kwaśnych silnie wiązany jest przez glin i żelazo, a w zasadowych przez wapń i staje się niedostępny dla roślin. Z kolei z grupy mikroskładników najbardziej wrażliwy jest mangan. Jego dostępność zmniejsza się 100-krotnie na każdy przyrost pH o jedną jednostkę. Już przy pH powyżej 6,5 mogą wystąpić duże problemy z dostępnością składnika.

Nadmierna kwasowość zmniejsza efektywność działania azotu, głównego składnika plonotwórczego. Spowolniony zostaje proces nitryfikacji, w wyniku którego następuje transformacja formy amonowej do azotanowej, preferowanej przez rośliny. Wysokie stężenie azotu amonowego prowadzi do dużych strat składnika w postaci amoniaku, a dodatkowo jest fitotoksyczne dla roślin, szczególnie w stadium kiełkowania i wschodów.

Prawidłowy odczyn gleby sprzyja powstawaniu struktury gruzełkowatej i tworzy dobre warunki do wzrostu korzeni co ma kluczowe znaczenie dla pobierania wody i składników pokarmowych. Zjawisko powstawania trwałych agregatów glebowych zachodzi w warunkach wysokiego wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami wapnia. Gleba strukturalna jest łatwiejsza w uprawie, ma większe zdolności do magazynowania wody, a zarazem szybko odprowadza jej nadmiar. Zapewnia właściwe stosunki wodno-powietrzne.

W glebach kwaśnych system korzeniowy nie może się poprawnie rozwijać i jest zdeformowany. Przyczyną jest występowanie aktywnego glinu, który działa fitotoksycznie. W systemie palowym korzeń główny jest krótki z licznymi, ale krótkimi korzeniami bocznymi, natomiast w systemie wiązkowym tworzą się korzenie o różnej grubości i długości, słabo rozgałęzione. Krzewienie i wzrost są zahamowane. Pokrój roślin jest strzelisty, z objawami niedożywienia. Zmniejsza się tolerancja na czynniki stresowe.

Wysoka kwasowość zwiększa również proces wymywania składników z gleby, prowadząc do jej wyjałowienia i stanowi duże zagrożenie dla środowiska naturalnego. Kationy dodatnie wypierane są z kompleksu sorpcyjnego przez wodór lub glin, po czym wraz z wodą opadową zostają przemieszczone w głąb profilu glebowego. Szczególnie narażony jest magnez i wapń, a w dalszej kolejności potas i bor. Natomiast azotany i siarczany, dosyć że nie są zatrzymywane przez glebę, to w warunkach kwaśnych z powodu słabo rozwiniętych korzeni nie mogą być efektywnie pobierane. Dlatego ich straty są bardzo duże.

W środowisku kwaśnym zwiększa się rozpuszczalność i biodostępność metali ciężkich, co może prowadzić do ich akumulacji w roślinach, a tym samym znacznie pogarszać jakość plonów.

Kwaśny odczyn wpływa ujemnie na populację i aktywność dżdżownic. Organizmy te, „niedoceniani inżynierowie podziemia” są bardzo ważne dla właściwości  gleby. Przyspieszają rozkład materii organicznej, uwalniając składniki w niej zawarte, czyniąc je dostępnymi dla rośliny. Poza tym drążą liczne i głębokie kanały w glebie, zwiększają infiltrację wody, przyśpieszają transport substancji organicznej i nawozów z powierzchni w głąb gleby.

Winna przyroda i człowiek

Zakwaszenie gleb jest procesem naturalnym i ciągłym wspomaganym przez człowieka. Gleby Polski powstały w 90 proc. z kwaśnych skał naniesionych przez lodowce ze Skandynawii, z natury ubogich w kationy zasadowe. Ponadto w miesiącach jesienno-zimowych występuje przewaga opadów nad parowaniem i zachodzi intensywne wymywanie w głąb profilu glebowego kationów wapnia i magnezu odpowiedzialnych za stabilizację odczynu.

Rolnictwo ma swój negatywny wkład w proces zakwaszenia gleb głównie poprzez stosowanie nawozów azotowych oraz wynoszenie składników z plonami. Do zneutralizowania jednego kg azotu z nawozów mineralnych potrzeba średnio 2 kg CaO. Szacuje się, że do zobojętnienia tylko źródeł zakwaszenia powodowanych przez człowieka należałoby rocznie stosować 140 kg CaO/ha. Tymczasem w Polsce w latach 2018/2019 stosowano średnio 55,9 kg CaO/ha, zatem niespełna 40 proc. wymaganej dawki.

Tego rośliny potrzebują

Wapń należy do grona niezbędnych makroskładników. Pełni bardzo ważne funkcje w roślinie. Jest niezbędny w merystemach wzrostu pędu i korzenia w procesie podziału komórek. Jego deficyt prowadzi do zahamowania tego zjawiska i w końcu śmierci komórek. Wpływa na przepuszczalność i selektywność błon komórkowych. Stanowi bardzo ważny element ścian komórkowych i blaszki środkowej. Zapewnia tkankom odpowiednią sztywność i wytrzymałość mechaniczną. Zwiększa odporność roślin na niesprzyjające warunki środowiska, porażenie przez patogeny czy uszkodzenia przez szkodniki. Ogranicza skutki stresu. Stymuluje neutralizację reaktywnych form tlenu powstałych w odpowiedzi na działanie czynnika stresowego. Jest konieczny do budowy głębokiego i dobrze rozwiniętego systemu korzeniowego. Ten z kolei warunkuje efektywne pobieranie wody i składników pokarmowych. Uczestniczy w mechanizmach przekazywania bodźców ze środowiska do wnętrza komórki. Rośliny dobrze odżywione wapniem lepiej gospodarują wodą i wykazują większą tolerancję na suszę.

Priorytety wapnowania

Nadrzędnym celem wapnowania jest doprowadzenie odczynu gleby do poziomu, który w konkretnych warunkach siedliskowych będzie najbardziej korzystny dla jej żyzności w dłuższym okresie czasu. Zasadą jest, że każda kategoria gleby ma swój własny, optymalny dla niej przedział pH, który odpowiada klasie ograniczonych potrzeb wapnowania (tab. 1).

Oznaczenie odczynu zaleca się wykonywać średnio co 4-5 lat, częściej na glebach lekkich, rzadziej na średnich i ciężkich. Badania należy zaplanować na okres między końcem jednej, a początkiem następnej rotacji w płodozmianie. Zalecanym terminem pobierania próbek jest okres po żniwach, a przed nawożeniem rośliny następczej.

Dawka wapna konieczna do neutralizacji określonej kwasowości gleby zależy głównie od jej odczynu oraz kategorii agronomicznej. Im niższe pH i cięższa gleba, tym potrzeby wapnowania są większe (tab. 2). Jeżeli z wytycznych wynika, że zalecana dawka przekracza 1,5 t/ha CaO na glebach bardzo lekkich i lekkich oraz 3,0 t/ha CaO na glebach średnich i ciężkich, całość należy rozłożyć na dwa etapy w odstępie dwuletnim. Wysokie dawki wapna zastosowane jednorazowo zwiększają straty wapnia w procesie wymywania i powodują zbyt gwałtowne zmiany procesów zachodzących w glebie.

Gleby kwaśne z reguły są jednocześnie ubogie w magnez. Wynika to głównie z wysokiej podatności tego składnika na wymywanie, które nasila się w warunkach niskiego odczynu. Z tego powodu przy okazji wapnowania zaleca się uzupełnić zasobność gleby w magnez. Należy wtedy 30 proc. przewidzianej dawki wapna zastosować w postaci wapna magnezowego. Jest to najtańsze źródło składnika, o wiele korzystniejsze cenowo niż w nawozach typu siarczanowego.

W odpowiednim terminie

O skuteczności wapnowania decyduje kilka czynników, spośród których najważniejsze są: typ wapna, dokładność wymieszania z glebą, termin wykonania zabiegu oraz dostępność wody.

Wapno tlenkowe nadaje się przede wszystkim na mineralne gleby ciężkie oraz średnie, gdy zależy nam na szybkiej regulacji odczynu. Łatwo wchodzi w reakcję z wodą glebową, stąd też działa energicznie i szybko. W pozostałych przypadkach zaleca się stosowanie formy węglanowej, naturalnej i bardziej bezpiecznej dla gleby. Zabieg najlepiej wykonać na rok przed uprawą rośliny wrażliwej na wysokie zakwaszenie. Proces odkwaszania wymaga czasu. Stabilizacja odczynu, w zależności od reaktywności wapna, dokładności wymieszania z warstwą orną, dostępności wody następuje z reguły nie wcześniej niż rok po wapnowaniu.

Zabieg najlepiej jest wykonać zaraz po żniwach. Termin ten daje możliwość równomiernego wymieszania wapna w całej warstwie ornej w toku kolejnych zabiegów uprawowych. Przeprowadzenie orki bezpośrednio po zabiegu nie jest zalecane. Większość wapna trafia wtedy na dno bruzdy i w praktyce nie bierze udziału w odkwaszaniu, z czasem zostanie wymyta i bezpowrotnie stracona. Jeżeli z różnych powodów zachodzi konieczność regulacji odczynu wiosną bądź w trakcie wegetacji roślin należy stosować wyłącznie wysoko reaktywne wapno węglanowe w dawkach 0,5-1,0 CaO t/ha. W takim wypadku nie ma co liczyć na wysoką efektywność zabiegu.

Uzupełniać straty

Straty wapnia i magnezu z przyczyn naturalnych i działalności rolniczej w cyklu 4-letniej rotacji mogą wynosić 600-1500 kg CaO/ha. To, że mimo braku systematycznego wapnowania kwasowość gleby pozostaje przez jakichś czas stabilna, wynika ze zdolności buforowych gleb, które zależą przede wszystkim od składu mechanicznego i zawartości próchnicy. Im gleba lżejsza, tym ma mniejsze możliwości przeciwdziałania temu zjawisku. Żeby zrównoważyć straty wapnia dla podanych wyżej wartości, należałoby w rozważanym okresie zastosować 1,2-3,0 t/ha wapna o zawartości 50 proc. CaO.

Jeżeli zakup wapna ma być refundowany w ramach Programu priorytetowego „Ogólnopolski program regeneracji środowiskowej gleb poprzez ich wapnowanie” na fakturze muszą znaleźć się informacje o typie i odmianie wapna oraz dane o zawartości CaO lub CaO+MgO (szczegóły na stronach internetowych WFOSiGW).

Rys. 1. Struktura potrzeb wapnowania użytków rolnych wg woj. z przedziału koniecznych i potrzebnych w latach 2016-2019. Opracowanie własne na podstawie danych GUS 2020

Tabela 1. Ocena potrzeb wapnowania gleb

*optymalne wartości pH dla kategorii agronomicznych gleb

Źródło: http://iung.pl/dpr/wapnowanie1.html

Tabela 2. Dawki wapna na gruntach ornych w tonach CaO na 1 ha

*nie należy stosować jednorazowo dawek wyższych od wartości podanych w nawiasach

Źródło: http://iung.pl/dpr/wapnowanie1.html

Tabela 3. Zakresy odczynu gleby

Źródło: Mocek A. (red.) 2015. Gleboznawstwo. Wydanie 1. PWN, Warszawa, 571 ss.

Artykuł ukazał się w wydaniu 03/2022 miesięcznika "Przedsiębiorca Rolny". ZAPRENUMERUJ