Jak stosowanie nawozów mineralnych wpływa na odczyn gleby?

Oddziaływanie nawozów mineralnych na odczyn gleby nie jest dla nikogo niespodzianką. To, co wylatuje z rozsiewacza, może zakwaszać nam glebę. Dotyczy to szczególnie nawozów azotowych.

Oddziaływanie nawozów mineralnych na odczyn gleby jest zjawiskiem dość złożonym, wymagającym uwzględnienia kilku ważnych czynników:

- składu chemicznego nawozu, w tym obecności i zawartości składników podlegających utlenieniu w glebie;
- procesów transformacji w glebie składników mineralnych wprowadzonych w nawozach;
- mechanizmu pobierania składników, a także salda kationów/anionów.

Pierwsza grupa czynników odnosi się do składników nawozów i ich potencjalnego oddziaływania na odczyn gleby. Ze względu na potencjał zakwaszający nawozów, można je podzielić na 3 grupy. W pierwszej znajdują się nawozy azotowe amonowe, amidowe oraz siarka elementarna. Składniki zawarte w tych nawozach w trakcie przemian w glebie prowadzą do produkcji netto protonów (H+). Formą azotu, która ulega utlenieniu (nitryfikacji) w glebie, jest kation amonowy. Produktami tej reakcji, jak przedstawiono poniżej, są cząsteczka jonu azotanowego i dwa protony:
NH4+ + 2,5O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O

W ten schemat przemian wpisują się także nawozy amidowe, gdyż produktem hydrolizy mocznika jest właśnie kation amonowy.

N generalnie zakwasza

Ocena potencjalnego działania zakwaszającego nawozów amonowych, w której założono 100-proc. utlenienie kationu amonowego do azotanów. Ocena, wykonana na podstawie kryterium, jakim jest jednostka nawozu (100 kg), wykazała zdecydowanie największe zakwaszające działanie mocznika i prawie 3-krotnie mniejsze saletry amonowej. Zakładając zastosowanie całej dawki azotu, przykładowo 100 kg/ha w danej formie nawozu, silniejsze działanie zakwaszające od mocznika wykazuje tylko fosforan dwuamonowy (DAP). Zakwaszające działanie siarki elementarnej kształtuje się na poziomie tylko nieco mniejszym niż siarczanu amonu.
Druga grupa to nawozy, które nie wywołują zmian pH gleby. Są to sole mocnych kwasów i mocnych zasad. Czy zatem np. superfosfat prosty, którego roztwór wodny jest silnie kwaśny, zakwasza glebę? Oczywiście tak, ale jest to zjawisko lokalne, zachodzące w strefie rozpadu granuli, prowadzące do uwolnienia jonów ortofosforowych. W trzeciej grupie znajdują się nawozy saletrzane, które także są solami mocnych kwasów i zasad, lecz pobrane przez roślinę wywołują zjawisko alkalizacji gleby przylegającej do korzenia).

Druga grupa procesów, wpływająca na odczyn gleby, wynika z kierunku transformacji składników wprowadzonych do gleby w nawozach. Podstawowe pytanie dotyczy części nawozu amonowego i mocznika, która nie zostanie pobrana przez roślinę i ulegnie uwstecznieniu. Z całkowitej ilości N wprowadzonego do gleby ok. 25–50% N-NH4 zostaje związane przez samą glebę lub podlega uwstecznieniu przez mikroorganizmy. Udział związanego/uwstecznionego azotu zależy zarówno od zawartości koloidów, głównie mineralnych w glebie, jak i masy nierozłożonej materii organicznej. Im więcej koloidów mineralnych i większa masa resztek pożniwnych, ubogich w azot, tym większa część N-NH4 zostanie tymczasowo wyłączona z obiegu. Z tych przyczyn potencjał zakwaszający nawozów amonowych i amidowych jest znacznie mniejszy w glebach średnich i ciężkich niż w lekkich i bardzo lekkich.

Odczyn a dostępność P

Jony ortofosforowe w glebach o odczynie obojętnym podlegają sorpcji przez dodatnio naładowane cząstki glebowego kompleksu sorpcyjnego, prowadząc do wzrostu odczynu. Innym zjawiskiem jest wiązanie tych jonów przez wapń w miarę wzrostu odczynu od obojętnego do zasadowego, co prowadzi do spadku odczynu. W obu przypadkach dochodzi do uwstecznienia fosforu. W glebie o odczynie lekko kwaśnym sorpcja jonów ortofosforowych nie prowadzi do zmiany odczynu. W glebie kwaśnej i bardzo kwaśnej powstają związki fosforu z kationami glinu lub żelaza. Proces ten opóźnia spadek odczynu, zmniejszając jednocześnie koncentrację obu tych kationów, jak i w jeszcze większym stopniu dostępność fosforu.
Trzecia grupa czynników, istotnie kształtująca odczyn gleby, wynika z procesów pobierania składników mineralnych przez rośliny. Istotą rzeczy jest mechanizm pobierania anionów, które aby przemieścić się do komórki rośliny, muszą ulec tzw. protonacji, czyli zyskać ładunek dodatni. Dla uproszczenia analizy tego mechanizmu przyjmuje się, że cząsteczka azotanu, czyli jon NO3–, tworzy kompleks z dwoma protonami [2H+NO3–]+. Analogicznej protonacji podlegają anion ortofosforowy i siarczanowy. Logiczny jest więc wniosek, że pobieranie anionów prowadzi do ujemnego salda H+ w glebie wokół korzenia (tzw. alkalizacja ryzosfery). Ujemny ładunek anionów w procesie pobierania przez roślinę jest w znacznym stopniu kompensowany przez kationy zasadowe, głównie K+, a w dalszej kolejności Mg2+, Ca2+ niż przez H+. Tym samym w glebie wzrasta ładunek netto protonów, prowadząc do zakwaszenia ryzosfery. Część azotu, nieraz znaczną, rośliny pobierają w formie amonowej, co wywołuje bezpośrednie zakwaszenie gleby. Wypadkowy odczyn ryzosfery wynika z dominującego jonu pobieranego przez roślinę. Podsumowując: pobieranie przez roślinę azotanów zwiększa, a kationów amonowych zmniejsza odczyn strefy korzeniowej.


Z czasem ph spada

W naturalnych warunkach potencjał zakwaszający nawozów amonowych i amidowych kształtuje się zakresie od 1/2 do 2/3 ich całkowitego potencjału zakwaszającego. Stwierdzenie to potwierdza trend odczynu przedstawiony na rys. 1. Spadek pH gleby mocnej, o inicjalnym odczynie w zakresie lekko kwaśnym zachodził niezależnie od stosowania nawozów azotowych, co jest zjawiskiem naturalnym, gdyż woda deszczowa ma pH 5,65. Jak przedstawiono na rys. 1. przez 23 lata pH gleby na kontroli, czyli wariancie bez nawozów azotowych, zmniejszyło się o 0,6 jednostki. Na obiekcie traktowanym 136 kg/ha azotu w saletrze amonowej spadek pH wyniósł 1,0, a mocznikiem o 0,8 jednostki. Stan odczynu gleby po 23 latach wskazuje na ujawnienie się toksycznego glinu.
Interesujące jest stanowisko z mocznikiem, na którym spadek pH nastąpił dopiero po 7 latach jego stosowania. Dotyczyło to gleby mocnej, a więc o dużym, naturalnym potencjale do kontroli odczynu. W glebach piaszczystych procesy te są znacznie szybsze i głębsze. Wniosek z tych rozważań jest jednoznaczny: stosowanie dużych dawek nawozów azotowych wymaga efektywnej kontroli i jednoczesnej, aktywnej regulacji odczynu gleby.

PH w dół – co dalej?

Pytanie najczęściej stawiane przez rolników dotyczy skutków agrochemicznych zakwaszenia gleby. Powszechnie przeważa pogląd, że zakwaszenie jest zjawiskiem niekorzystnym dla funkcjonowania układu gleba/roślina uprawna, a tym samym dla plonów uprawianych roślin. Pomimo tego poglądu zjawisko to jest w pełni wykorzystywane przez rolników w produkcji roślinnej. Klasycznym przykładem jest kukurydza, która toleruje szeroki zakres odczynu gleby, lecz jest jednocześnie bardzo wrażliwa na dostępność fosforu. Stosowanie siewników z podsiewaczami nawozu pozwala na wprowadzenie do gleby w trakcie siewu fosforanu amonu. Nawóz ten, wywołując niewielkie lokalnie, lecz znaczne zakwaszenie gleby, prowadzi do:
zwiększenia koncentracji fosforu,
wydłużenia okresu dostępności składnika dla roślin,

zwiększa dostępność mikroskładników.

Rzepak ozimy i burak cukrowy z jednej strony oraz pszenica i jęczmień z drugiej najlepiej plonują, gdy odczyn gleby jest obojętny, a nawet zasadowy (dla jęczmienia). Tutaj tylko rzepak ma zdolność do samozakwaszenia gleby i pozyskania fosforu i mikroskładników. Podczas wiosennego ruszenia wegetacji rzepak wykazuje dużą dynamikę wzrostu dzięki zasobom azotu azotanowego, podwajając swą masę w okresie od rozety do początku kwitnienia. Sprawność pobierania azotanów z gleby zależy nie tylko od ich ilości w glebie, lecz także od zasobów łatwo dostępnego P. Dlatego też rzepak silnie reaguje na wczesne zastosowanie saletry amonowej, której część amonowa, zakwaszając lokalnie glebę, uruchamia fosfor, mikroelementy, magnez, wapń i potas.
Pszenica i jęczmień nie zakwaszają gleby, ale dobrze reagują na nawozy azotowe zakwaszające glebę. Specyficzną rośliną jest ziemniak, który dobrze reaguje na nawozy amonowe i amidowe, zwłaszcza na glebach o odczynie obojętnym, gdyż spadek pH zmniejsza presję parcha ziemniaczanego.

Stosując nawozy zakwaszające, trzeba mieć na uwadze nie tylko uregulowany odczyn gleby, ale też zasobność gleby w inne poza azotem składniki mineralne. Chodzi nie tylko o fosfor, lecz także o potas, magnez i wapń. Jon amonowy jest bowiem silnym, jednokierunkowym antagonistą względem kationów tych pierwiastków, a w takiej formie są pobierane przez rośliny. Zbyt powolne pobieranie potasu, wywołane konkurencją z jonem amonowym, spowalnia dynamikę wzrostu rośliny. Niedobór magnezu w glebie powoduje spadek potencjału energetycznego rośliny i w konsekwencji spowolnienie jej wzrostu. Natomiast niedobór wapnia prowadzi do słabego rozwoju zarówno korzeni, jak wykształcenia tkanek mechanicznych w pędach nadziemnych.



Warto wiedzieć:

• Zakwaszającego działania możemy spodziewać się po zastosowaniu nawozów azotowych, takich jak mocznik, saletra amonowa czy siarczan amonu.
• Na zneutralizowanie zakwaszającego działania 100 kg mocznika potrzeba aż 334 kg CaCO3.
• Nawozy zakwaszające stosuj na glebach o uregulowanym odczynie – obojętnym lub zasadowym.
• Nawozy zakwaszające mogą lokalnie poprawić dostępność fosforu czy mikroskładników.
• Nawozami neutralnymi dla pH gleby są m.in. sól potasowa, siarczan potasu czy siarczan wapnia.

Autor: Z prof. Witold Grzebisz UP w Poznaniu
Tekst ukazał się w miesięczniku topagrar Polska 2/2021