Uproszczenia w uprawie a dostępność składników pokarmowych

Uproszczona uprawa roli prowadzi do zmiany właściwości fizycznych gleby, zwłaszcza jej gęstości. Wzrost zwięzłości oraz zmniejszenie przepuszczalności pociągają za sobą zmianę pojemności cieplnej i wodnej. Znajduje to odbicie w uprawie roślin, w tym również w ich odżywianiu mineralnym.

Działanie nawozów stosowanych powierzchniowo w znacznej mierze uzależnione jest od przebiegu pogody, a szczególnie zależy od ilości opadów i ich rozkładu w czasie. Przy powtarzających się w naszym kraju okresach braku wody proces przemieszczenia się składników mineralnych do strefy korzeniowej roślin uprawnych jest bardzo spowolniony.

Problem dostępności składników pokarmowych dla roślin uprawianych w warunkach uproszczeń uprawy roli badali naukowcy z Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach. Prof. Stanisław Wróbel i dr Karolina Nowak-Winiarska przeprowadzili badania nad dostępnością składników pokarmowych dla kukurydzy w monokulturze uprawianej w trzech systemach uprawy roli: tradycyjnym, uproszczonym i zerowym.

Na podstawie 3-letnich badań stwierdzili, że na polach objętych uprawą uproszczoną i zerową następuje wzrost koncentracji składników pokarmowych w warstwie gleby 0-5 cm kosztem ich zawartości w warstwie 10-15 cm. Odnotowano także tendencje spadkowe wartości pH w wierzchniej warstwie 0-5 cm.

Nierównomierne rozmieszczenie przyswajalnych form makroelementów w profilu warstwy ornej wywarło negatywny wpływ na zaopatrzenie w nie kukurydzy. Stwierdzano bowiem istotne zmniejszanie ich zawartości w roślinach z obiektów, gdzie stosowano uprawę uproszczoną i siew bezpośredni. Podobne zależności dotyczyły mikroelementów.

W doświadczeniu stwierdzono m.in. kumulację siarki przyswajalnej w wierzchniej warstwie gleby (0-5 cm) z obiektów, w których stosowano bezorkową uprawę roli. Niska jego koncentracja głębiej, w strefie silnie penetrowanej przez korzenie, była przyczyną obniżania się zawartości tego składnika w roślinach kukurydzy.

Siarka, podobnie jak azot, może ulegać w glebie procesom immobilizacji i mineralizacji w cyklu przemian związków węgla. Decyduje o tym stosunek C:S w resztkach organicznych w glebie. Pozostawienie na powierzchni pola słomy zbóż lub kukurydzy ubogich w siarkę powoduje jej immobilizację, czyli wbudowywanie mineralnych form siarki w biomasę mikroorganizmów glebowych. W przeciwieństwie do tego słoma rzepaku stosunkowo zasobna w siarkę może uwalniać ten składnik. Immobilizacja siarki w glebie zachodzi, jeśli stosunek C:S w glebie przekracza 400, a zawartość siarki w resztkach pożniwnych nie przekracza 0,25 proc. Mineralizacja organicznych połączeń siarkowych oraz wzrost kwasowości gleby zmniejszający redukcję siarczanów są ważnymi czynnikami wzrostu zawartości SO4 w wierzchniej warstwie gleby.

Pogarszające się w stosunku do wartości optymalnych zaopatrzenie kukurydzy w badane składniki mineralne dowodzi, że stosowanie uproszczeń uprawy roli w monokulturze kukurydzy uznać należy za czynnik o negatywnym oddziaływaniu na jakość biologiczną plonu.

Analiza chemiczna gleby pochodzącej z warstw 0-10 cm i 10-15 cm przeprowadzona po zakończeniu polowych 3-letnich doświadczeń wykazała występowanie kumulacji warstwowej większości najważniejszych składników mineralnych (fosfor, potas, bor, miedź, mangan i cynk) w warstwie powierzchniowej 0-10 cm przy stosowaniu bezorkowej uprawy gleby. Zawartość tych składników była istotnie wyższa niż w tej samej warstwie gleby z uprawą tradycyjną. W warstwie 0-10 cm w warunkach uprawy zerowej stwierdzono również istotny statystycznie spadek wartości pH w porównaniu z jego stanem w uprawie tradycyjnej. Zmiany te występowały wyraźniej w warunkach wyższego poziomu nawożenia mineralnego N 200 kg/ha, P2O5 120 kg/ ha i K2O 170 kg/ha niż przy dawkach obniżonych: N 50 kg/ha, P2O5 30 kg/ha, K2O 40 kg/ ha. Naukowcy zauważyli, że nierównomierny rozkład składników pokarmowych w glebie z uprawą uproszczoną i zerową wyraźnie oddziaływał na ich zawartość w roślinach kukurydzy. Równolegle do obniżenia ilości pierwiastków w glebie następował w tych warunkach spadek ich zawartości zarówno w roślinach, jak i w produkcie finalnym, czyli ziarnie kukurydzy. Bardziej zdecydowanie dotyczył on: potasu, boru, żelaza, manganu i molibdenu. Mniej wyraźnie: wapnia, magnezu, azotu i fosforu. Jedynie zawartości miedzi i cynku w kukurydzy uprawianej w obiektach z uprawą uproszczoną i zerową wykazały istotny wzrost zawartości zarówno w organach wegetatywnych, jak i ziarnie. Było to związane odczynem gleby. Obniżka pH spowodowała wzrost dostępności tych pierwiastków ze związków trudno rozpuszczalnych.

Stosowanie uproszczonych systemów uprawy roli wzbogaca glebę w substancję organiczną, która jest źródłem składników pokarmowych dla mikroorganizmów glebowych i roślin oraz materiałem do powstawania próchnicy poprawiającej strukturę gleby. W warunkach uproszczonej uprawy gleby stosowanie mulczowania zapewnia dopływ do niej dużej ilości resztek pożniwnych. Wywołuje to intensywny rozwój mikroorganizmów glebowych rozkładających materię organiczną. Zwiększenie ich populacji po części odbywa się kosztem azotu zakumulowanego w sorpcji wymiennej. Proces ma jednak charakter okresowy. Po rozłożeniu substancji organicznej azot zostaje zwrócony do gleby i jest pobierany przez rośliny. Proces unieruchamiania azotu przypada na okres wschodów i wczesnych faz rozwojowych roślin ozimych, dlatego postrzegany jest jako niekorzystny. Zjawisko to występuje na polach objętych uprawą płużną i co interesujące, tylko w początkowych 2-3 latach po wprowadzeniu systemu bezorkowego. W okresie późniejszym następuje wysycenie wierzchnich warstw gleby azotem mineralnym i wówczas unieruchomianie jego części (sorpcja biologiczna), co w małym stopniu odbija się na wzroście roślin. Nie ma też wtedy konieczności dodatkowego nawożenia azotem, co jest jednym z elementów stabilizujących. Proces przemian substancji organicznej, czyli mineralizacji prowadzonej przez mikroorganizmy glebowe, prowadzi do wydzielania formy amonowej (NH4) azotu. Jest ona w części pobierana przez rośliny, w części trafia na przechowanie do kompleksu sorpcyjnego gleby, ale większość ulega nitryfikacji, czyli przemianie w formę azotanową (NO3). Azot w tej postaci jest bardzo szybko (wręcz w nadmiarze w stosunku do bieżących możliwości zagospodarowania go) przyswajany przez rośliny.

Analizując wpływ systemu uprawy roli na przyswajalność składników pokarmowych z gleby, trzeba rozpatrzyć przydatność mocznika. Mocną stroną tego nawozu jest niewątpliwie wysoka zawartość azotu i niska cena kg czystego składnika. Wszechstronność stosowania ogranicza natomiast forma chemiczna. Mocznik, czyli forma amidowa azotu (NH2+), wysiany na powierzchnię gleby ulega hydrolizie. W wyniku tej reakcji powstaje amoniak, który w większości ulatnia się do atmosfery, dlatego nawóz ten musi być wymieszany z glebą. Stąd też w uprawie uproszczonej zaleca się stosować mocznik pod korzeń lub sięgać po nawozy w formie saletrzanej.

W systemach uprawy uproszczonej pozostawienie resztek pożniwnych czy mulczu na powierzchni gleby utrudnia gospodarkę azotem. W warunkach takiej uprawy gleba w okresie wiosennym nagrzewa się wolniej. Spowolniony jest przez to proces mineralizacji i nitryfikacji azotu, a później aktywność rozpoczynają bakterie wiążące wolny azot z powietrza. Opóźnia to rozwój młodych siewek, co ma niekorzystny wpływ na stan upraw w o kresie późniejszym.

Wielkość kumulacji składników w wierzchniej warstwie gleby uzależniona jest od długości okresu stosowania uproszczeń w uprawie roli. Najbardziej widoczna jest na polach utrzymywanych w tym systemie przez okres krótszy niż 6 lat. Wówczas stwierdza się wyraźne nagromadzenie warstwowe do głębokości 10 cm: fosforu, potasu, miedzi, cynku i manganu w warstwie płytszej (0-10 cm) w porównaniu ze stanem w warstwie głębszej (10-20 cm). Zależność ta dotyczy również odczynu gleby. Zawartość fosforu, potasu, siarki i żelaza stopniowo zmniejsza się wraz z głębokością, ale nie dotyczy to Na i NO3, a zawartość siarki może wykazywać różne kierunki zmian i decyduje o tym stosunek C:S w pozostawionej substancji organicznej.

Chcąc zatem zminimalizować problem dostępności składników pokarmowych dla roślin uprawianych w warunkach uproszczeń uprawy roli i poprawić ich odżywianie się, należy stosować nawożenia niejako "na zapas" fosforem, potasem, magnezem i mikroelementami oraz wapnować na podstawie wyników analiz chemicznych gleby. Nawozy trzeba dokładnie wymieszać w warstwie ornej gleby przed rozpoczęciem uprawy bezorkowej. Kolejnymi czynnikami poprawiającymi dostępność składników w warunkach uprawy uproszczonej jest unikanie wysiewu nawozów w nieodpowiednich formach chemicznych i zbyt dużych dawkach oraz stosowanie siewnika umieszczającego ziarno i nawozy na odpowiedniej głębokości, niezależnie od zbitości gleby i masy resztek pożniwnych. Dalej wymienia się prowadzenie uprawy uproszczonej na glebie o dostatecznej retencji wodnej, ale o niezbyt dużej zwięzłości. Istotne jest stosowanie racjonalnego zmianowania roślin i unikanie upraw w monokulturze. Ponadto nie bez znaczenia pozostają: dobór właściwego materiału siewnego, odpowiednie terminy zabiegów czy stosowanie racjonalnej ochrony chemicznej. Nie należy też wyciągać pochopnych wniosków na podstawie wyników z początkowych lat po wprowadzeniu uproszczeń w uprawie czy wystąpienia niekorzystnego układu warunków atmosferycznych w jednym roku. Na stabilizację agrosystemu oczekuje się 4-8 lat od rozpoczęcia uproszczeń w uprawie roli.

Artykuł ukazał się w numerze 10/2016 miesięcznika "Farmer"