Wpływ wapnowania na żyzność gleb

Jak powszechnie wiadomo, do podstawowych czynników produkcji, które w głównym stopniu decydują o żyzności gleby, a tym samym rzutują na poziom plonowania uprawianych roślin, zalicza się odczyn gleby, czyli stopień jej zakwaszenia. Niestety wiedza ogólna generalnie nie przekłada się na poziom zużycia nawozów wapniowych, których w naszym kraju stosuje się zdecydowanie za mało w stosunku do potrzeb. Świadczą o tym wyniki publikowane przez Stacje Chemiczno-Rolnicze, z których jednoznacznie wynika, że znacząca część gleb w Polsce użytkowanych rolniczo posiada odczyn kwaśny lub bardzo kwaśny. Stąd też warto jeszcze raz przypomnieć, że odczyn gleby, którego miernikiem jest wartość pH (tab.1), ma tak podstawowe znaczenie dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin, że gdy jest niekorzystny, rośliny zwykle reagują znacznym spadkiem plonu, jak i pogorszeniem jego jakości (przyjmuje się, że spadek plonu jest tym większy, im więcej wystąpi czynników stresowych w trakcie wegetacji roślin). Jednakże reakcji tej nie da się porównać z niedoborem żadnego ze składników pokarmowych, takich jak przykładowo azot, fosfor czy potas, gdyż w przeciwieństwie do niedoborów składników pokarmowych, które bezpośrednio ograniczają wzrost roślin, wartość pH ma kolosalny wpływ na środowisko ich życia, tj. glebę. Najogólniej przyjmuje się, że decyduje o jej właściwościach fizycznych, chemicznych i biologicznych (tym niemniej trzeba mieć na uwadze również fakt, że wapń, którego nośnikiem są przede wszystkim nawozy wapniowe, jest również bardzo ważnym składnikiem pokarmowym).

Wapnowanie przyczynia się do tworzenia (utrzymywania) odpowiedniej struktury gleby. Związane jest to z tym, że wapń (Ca2+), który, jak już wspomniano, jest głównym składnikiem nawozów wapniowych obok próchnicy, minerałów ilastych i śluzów bakteryjnych stanowi podstawowe lepiszcze agregatów glebowych. Powstałe w glebie o uregulowanym odczynie koloidy mineralno-organiczne wysycone wapniem cementują gruzełki (tworzy się tzw. struktura gruzełkowata) i uodparniają je na działanie wody (między innymi przeciwdziałają zamuleniu gleby - powstawaniu warstw zagęszczonych, a także ograniczają erozję). Jest to bardzo korzystne i ważne zjawisko, zarówno na glebach ciężkich - gdyż gleby te dłużej utrzymują wilgoć, nie zlepiają się, zaś wysuszone tak mocno nie twardnieją (nie tworzą na swojej powierzchni skorupy), w związku z czym są łatwiejsze w uprawie - jak i na glebach lekkich, na których z przyczyn naturalnych trudniej jest utrzymać odpowiednią strukturę. Jednocześnie trzeba wiedzieć, że rośliny uprawiane na glebach posiadających strukturę gruzełkowatą lepiej rozwijają system korzeniowy (gleby te charakteryzują się dobrymi stosunkami wodno-powietrznymi), a w związku z tym mają do dyspozycji więcej wody i składników p okarmowych.

Wpływ wapnowania (odczynu) na właściwości chemiczne gleby jest wielokierunkowy, mianowicie:

• przeciwdziała uruchomieniu się toksycznego glinu;
• zapobiega zubożeniu glebowego kompleksu sorpcyjnego ("magazynu składników pokarmowych w glebie");
• decyduje o dostępności składników pokarmowych dla roślin.

Toksyczność glinu

Trzeba wiedzieć, że glin jest trzecim pod względem udziału (7,96 proc.) pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Występuje w licznych związkach mineralnych, głównie glinokrzemianach. Przy czym, aby były one toksyczne dla roślin, muszą ulec rozkładowi i przejść do roztworu glebowego, czyli do fazy gleby, w której dochodzi do bezpośredniego kontaktu korzenia rośliny z glinem. Rozkład związków glinu, a co się z tym wiąże - ich toksyczność dla roślin - zależy od pH gleby. Wraz ze spadkiem pH wzrasta zawartość jonów H+, które są naturalnym aktywatorem procesów rozpuszczania związków glinu. Zależnie od koncentracji tych jonów (H+) rozpuszczanie związków glinu może zachodzić stopniowo (przy powolnym spadku pH roztworu glebowego) lub gwałtownie (przy szybkim zakwaszeniu gleby). Przyjmuje się, że każde obniżenie pH o jedną jednostkę wywołuje 1000-krotny wzrost koncentracji toksycznego glinu, czyli kationów Al3+. Zawartość kationów glinu w tej formie ujawnia się w roztworze glebowym już przy pH 5,8 (powyżej tej wartości związki glinu występujące w glebie są nierozpuszczalne, a co się z tym wiąże - nietoksyczne dla roślin), natomiast gwałtownie wzrasta poniżej pH 4,7.

Rośliny uprawne charakteryzują się zróżnicowaną reakcją na zwiększone stężenie glinu w roztworze glebowym (tab. 2). Na obecność toksycznego glinu najsilniej reagują rośliny wrażliwe, czego klasycznym przykładem jest jęczmień. Na skutek bezpośredniego lub pośredniego oddziaływania glinu u jęczmienia obserwuje się: słabe ukorzenienie, słabe krzewienie, żółknięcie i zasychanie dolnych liści oraz zahamowanie wzrostu. Natomiast po przeciwnym biegunie znajduje się przykładowo żyto, które jest bardzo tolerancyjne na działanie toksycznego glinu. Tym niemniej przyjmuje się, że nawet rośliny tolerancyjne na kwaśny odczyn gleby (toksyczny glin) najlepiej uprawiać jest na glebach o pH powyżej 5,5.

Jednocześnie warto wiedzieć, że toksyczność glinu wynika z zakłócenia procesów fizjologicznych, biochemicznych oraz genetycznych rośliny. Toksyczność Al3+ dla roślin przejawia się w sposób typowy dla związków toksycznych, czyli niespecyficznie. Klasyczne, wizualnie widoczne objawy toksyczności glinu na organach zewnętrznych ujawniają się w postaci: zahamowania wzrostu, obumierania merystemu wierzchołkowego, karlenia młodych roślin, chlorozy i niedoboru składników pokarmowych (P, Ca, Mg). Pierwotna reakcja rośliny na toksyczność glinu pojawia się najpierw w korzeniu i polega na zahamowaniu funkcjonowania czapeczki korzeniowej wraz z merystemem korzeniowym (długości 2-3 mm). Proces ten ujawnia się już po 30-60 minutach od momentu pojawienia się Al3+ w ilości toksycznej. Następuje zahamowanie wzrostu korzenia głównego i korzeni bocznych, korzenie stają się grubsze, kruche i jednocześnie brązowieją. W rezultacie system korzeniowy rośliny ulega silnej redukcji. Rośliny ze słabo rozwiniętym systemem korzeniowym (zarówno mały zasięg pionowy, jak i mała liczba korzeni na objętość gleby) mają do dyspozycji mniej wody i składników pokarmowych, co skutkuje ich niedożywieniem oraz większą wrażliwością na suszę (pośrednie oddziaływanie toksyczności glinu). Jednocześnie kation Al3+, mimo że nie należy do składników pokarmowych, jest antagonistyczny do innych kationów, zwłaszcza wapnia i magnezu, a także ogranicza pobieranie jonów azotanowych (wzrasta ryzyko ich wymycia do wód gruntowych). Stąd też wymiernym skutkiem bezpośredniego i pośredniego działania toksycznego glinu jest spadek plonu użytkowego roślin, jak i pogorszenie ich jakości technologicznej (nasion, ziarna, bulw, korzeni itp.).

Zubożenie glebowego kompleksu sorpcyjnego

Składniki mineralne (kationy) niezbędne roślinom do życia wiązane są w glebie przez ujemnie naładowany glebowy kompleks sorpcyjny, który zbudowany jest z cząstek mineralnych (minerały ilaste) i z próchnicy. W glebach strefy umiarkowanej kompleks sorpcyjny w znacznym stopniu, gdyż aż w ponad 80 proc., powinien być wypełniony kationami zasadowymi, tj. podstawowymi składnikami pokarmowymi roślin uprawnych, do których zalicza się między innymi wapń, magnez czy potas. Przy czym rola wapnia w stosunku do innych kationów zasadowych jest nadrzędna (tab.3). Pozostałą część glebowego kompleksu sorpcyjnego zajmują tzw. kationy kwaśne, wodór (H+) oraz glin (Al3+). Zakwaszenie gleby prowadzi do zastępowania kationów zasadowych kationami kwaśnymi, które nie są składnikami pokarmowymi roślin uprawnych. W następstwie tego procesu kationy zasadowe, głównie wapń (Ca2+) oraz magnez (Mg2+) są wymywane z wierzchnich warstw gleby, a tym samym rośliny uprawne tracą źródło niezbędnych do życia i produkcji składników. Jednocześnie trzeba zaznaczyć, że w środowisku kwaśnym dochodzi nie tylko do zmian w wysyceniu kompleksu sorpcyjnego jonami, ale również do zmniejszenia pojemności sorpcyjnej gleby (możliwości gromadzenia przez glebę kationów), gdyż zakwaszenie gleby prowadzi do jej degradacji. Degradacja gleby skutkuje również spadkiem jej pojemności wodnej.

Dostępność składników pokarmowych

Składniki pokarmowe z gleby pobierane są przez korzenie roślin z roztworu glebowego, w którym są rozpuszczone. Rozpuszczalność składników pokarmowych w roztworze glebowym, a więc ich dostępność dla roślin, zależy w dużym stopniu od odczynu gleby i różni się dla poszczególnych składników. Przykładowo optymalna dostępność większości podstawowych makroelementów mieści się w zakresie pH 6,0-7,0, natomiast dostępność mikroelementów wzrasta wraz ze spadkiem odczynu, z wyjątkiem molibdenu, dla którego występuje zależność odwrotna (rys.). Jednym z bardziej specyficznych składników pokarmowych jest fosfor, gdyż większość fosforu w glebie w formie mineralnej stanowią fosforany glinu, żelaza, wapnia i magnezu, które generalnie charakteryzują się słabą rozpuszczalnością. W glebie nieustannie zachodzą procesy uwsteczniania tego składnika (przechodzenia form rozpuszczalnych w słabo rozpuszczalne lub nierozpuszczalne), które nasilają się w skrajnych zakresach odczynu.

Wapnowanie (odczyn gleby) ma bezpośredni wpływ na aktywność mikroorganizmów glebowych. Poszczególne ich grupy posiadają różne wymagania co do optymalnego pH. W odczynie kwaśnym najlepiej rozwijają się grzyby. Jednak zdecydowana większość gatunków mikroflory najlepiej rozwija się przy odczynie obojętnym. Dlatego też nadmiar kwaśnych kationów w glebie prowadzi do zakłócenia szeregu procesów, co ma negatywny wpływ na odżywienie roślin, a w konsekwencji na ich plony. Na glebach kwaśnych notuje się między innymi spadek aktywności mikroorganizmów:

• rozkładających resztki roślinne - zmniejszenie szybkości uwalniania składników mineralnych z resztek roślinnych i nawozów naturalnych wprowadzanych do gleby;
• utleniających azot amonowy do azotanów - gorsze zaopatrzenie roślin uprawnych w azot i w rezultacie wolniejszy wzrost roślin (spadek plonu);
• wiążących azot atmosferyczny (azotobakter, większość bakterii żyjących w symbiozie z roślinami wyższymi) - gorsze zaopatrzenie roślin uprawnych w azot i w rezultacie wolniejszy wzrost roślin (spadek plonu).

Artykuł pochodzi z numeru 8/2016 miesięcznika Farmer