Przyszłe warunki ramowe zaostrzonego rozporządzenia o nawozach wymagają najwyższych standardów systemów uprawy w gospodarstwach zajmujących się uprawą roślin użytkowych i pastewnych. Na pierwszy plan wysuwa się przede wszystkim efektywne wykorzystanie istotnych dla środowiska składników pokarmowych - azotu i fosforu. Wymaga to zrównoważonego odżywiania roślin, które jest zalecane rolnikom za pomocą zaleceń nawozowych opracowanych na podstawie uznanych metod analizy gleby i wieloletnich badań polowych.

Christoph Weidemann, Prof. Dr. Karl H. Mühling, Uniwersytet w Kilonii i Dr. Lars Biernat, Izba Rolnicza Szlezwiku-Holsztynu

W przeszłości problemy w produkcji roślinnej mogły być skutecznie korygowane poprzez stosowanie środków ochrony roślin i "azotu naprawczego". W ramach przyszłych celów opcje te są jednak dopuszczalne tylko w bardzo ograniczonym zakresie i muszą być realizowane w znacznie większym stopniu przy zastosowaniu zoptymalizowanej technologii produkcji. W tym celu należy ponownie zwrócić uwagę na zasady agronomii, w tym w szczególności na analizę gleby, interpretację wyników analizy i odpowiednie zalecenia dotyczące nawożenia. Podstawą bezpiecznych plonów i wysokiej dostępności składników odżywczych jest aktywne życie glebowe, optymalna wartość pH gleby i zrównoważone zaopatrzenie roślin w niezbędne składniki odżywcze.

W tym kontekście rosnące wyzwania dla praktyki rolniczej prowadzą do znacznie bardziej krytycznego spojrzenia na metody badania gleby zalecane przez oficjalne służby doradcze jako podstawa typowych dla danego regionu zaleceń dotyczących nawożenia. Zasadniczo wymagania nawozowe różnych upraw zależą od zapotrzebowania na składniki pokarmowe i zdolności przyswajania składników pokarmowych przez uprawiane owoce, oczekiwań dotyczących plonów i ich jakości, jak również od zaopatrzenia gleby w składniki pokarmowe, przy uwzględnieniu panujących warunków klimatycznych.

Normy w badaniach gleby

W tym kontekście na całym świecie zbadano i opracowano wiele różnych metod służących do określania składu i dostępności składników pokarmowych w glebie. Jednak tylko kalibrowane badania polowe w reprezentatywnych warunkach doświadczalnych prowadzą do odpowiednich, pewnych, typowych dla danego miejsca zaleceń nawozowych. Na tej podstawie Stowarzyszenie Niemieckich Instytutów Badawczych Rolnictwa (VDLUFA) ujednoliciło stosowane w Niemczech metody badania gleby. Wieloletnie badania polowe doprowadziły do opracowania koncepcji ilościowej z podziałem na klasy zawartości (A-E) i wynikających z tego zaleceń nawozowych.

Natomiast wywołana różnymi działaniami, głównie prywatnych instytucji, metoda określania zdolności wymiany kationów (CEC) jako podstawa decyzji nawozowych jest obecnie często postrzegana jako "nowocześniejsza" lub "bardziej zaawansowana". Jednak jej początki sięgają lat 40. ubiegłego wieku w USA. Również w Niemczech uniwersytety i oficjalne organizacje doradcze prowadziły w latach 50. i 60. intensywne badania w tym zakresie. Zdobyta tam wiedza przyczyniła się do rozwoju dzisiejszych metod VDLUFA.

Zamiast systemu klas zawartości, tzw. metody alternatywne określają żyzność gleb przede wszystkim na podstawie stosunku dodatnio naładowanych składników pokarmowych (kationów) do siebie na cząstkach wymiennych (minerały ilaste, materia organiczna).

Nie uwzględnia to jednak zapotrzebowania na wapno ani selektywnego i specyficznego wiązania składników pokarmowych z różnymi cząstkami wymiennymi gleby. Ponadto nie uważa się za istotne regionalnych badań polowych opartych na warunkach glebowych i klimatycznych, jak również na warunkach plonowania. To całkowicie ignoruje interakcję rośliny i gleby. W zasadzie wymiana kationów jest ważną właściwością gleby, ale interpretując metody analityczne i wynikające z nich zalecenia nawozowe, rolnik musi krytycznie podchodzić do wyników. Poniższy rozdział ma na celu pomoc w wyjaśnieniu i sklasyfikowaniu istotnych parametrów.

Jaki jest prawidłowy sposób szacowania wartości pH?

Wartość pH odzwierciedla stężenie kwaśnych dodatnich jonów wodorowych (W). Można ją mierzyć różnymi metodami. W przeszłości do badań seryjnych gleb rolniczych stosowano sztuczny roztwór glebowy z chlorkiem potasu. Obecnie jednak w uznanej procedurze standardowej stosuje się do tego celu chlorek wapnia. Szczególna zaleta roztworu z chlorkiem wapnia polega na stałości metody pomiarowej w stosunku do wahań stężenia i objętości cieczy zawiesinowej, jak również potencjału wapiennego danej gleby. Jeśli, z drugiej strony, używana jest tylko woda, jak na przykład w metodzie Kinsey'a, zmierzone wartości są o około 0,3 do 1,0 jednostek wyższe. Tylko w glebach o pH 7 i wyższym nie ma różnicy między obiema metodami. Kto nie bierze tego pod uwagę, zawyża wartość pH na glebach kwaśnych. Ponadto w postępowaniu normatywnym na podstawie licznych badań polowych określono docelowe wartości pH dla gleb w typie i zawartości próchnicy oraz określono niezbędne ilości wapna do ich osiągnięcia.

Co mówi pojemność wymiany kationowej?

Zdolność wymiany kationów (CEC) to zdolność gleby do adsorpcyjnego wiązania kationów i zapobiegania ich wymywaniu, przy jednoczesnym zachowaniu ich w formie dostępnej dla roślin. Określenie CAC służy przede wszystkim do scharakteryzowania terenu lub oceny żyzności gleby. Rozróżnia się pomiędzy potencjalną i efektywną zdolnością wymiany kationów. Potencjalne CEC określa maksymalną możliwą pojemność wymiany gleby przy wartości pH 7. Ponieważ optymalna wartość pH wielu gleb lżejszych lub organicznych jest znacznie niższa od pH 7, nie można tej pojemności wyczerpać i wykorzystać jako podstawy do obliczenia zaleceń nawozowych.

Istnieje około ośmiu różnych metod określania potencjalnego KAK, z których każda daje inne wyniki i nie jest bezpośrednio porównywalna. Efektywny KAK określa dodatnio naładowane składniki odżywcze, które mogą być wymieniane przy aktualnej wartości pH. Wraz ze zmianą pH gleby zmienia się również efektywny CAC, ponieważ wraz ze wzrostem pH wzrasta efektywna pojemność wymiany i odwrotnie. Ilość magnezu i potasu, która może zostać przyłączona do cząsteczek gleby, zależy bezpośrednio od efektywnego CAC. Można ją zatem obliczyć na podstawie zawartości K i Mg ustalonych w badaniu standardowym. Zazwyczaj nie ma więc potrzeby czasochłonnego określania CAC. Zarówno potencjalne, jak i efektywne CEC można oszacować z bardzo dużą dokładnością, pod warunkiem, że znana jest zawartość gliny, iłu i próchnicy w glebie oraz wartość pH. (Tab.1).

Co to jest wymiana kationowa?

W roztworze glebowym znajdują się kationy (pierwiastki odżywcze o ładunku dodatnim) o pojedynczym lub podwójnym ładunku dodatnim. Każdy z nich, niezależnie od tego, czy jest amonem, potasem, magnezem, wapniem czy sodem, otoczony jest przyczepioną do niego warstwą cząsteczek wody. W celu przyłączenia się do cząsteczki wymiennika, ta otoczka wodna musi zostać usunięta. Ponieważ zarówno liczba ładunków dodatnich (walencyjnych), jak i wielkość otoczki wodnej odgrywają rolę w stopniu tego przyłączenia, proces ten jest niezwykle trudny i może być obliczany jedynie w modelach teoretycznych. Z tego powodu nie jest możliwa dowolna zmiana obłożenia wymienników poprzez nawożenie potasem, wapniem lub magnezem poprzez proste obliczenie ich ilości.

Jeśli mimo to spróbujemy obliczyć niezbędne ilości składników pokarmowych, szybko zorientujemy się, jak ogromne rzędy wielkości wynikają z przeliczenia na zalecenia nawozowe, aby teoretycznie zmienić tylko jedną jednostkę (w cmolc/kg gleby) odpowiedniego kationu w obłożeniu wymiennika (Tab. 2). W ten sposób np. ewentualna nadpodaż potasu nie może prowadzić do wypierania przez wymiennik wielu innych kationów, a w konsekwencji do pogorszenia struktury gleby. Przyczyny złej struktury gleby leżą często w zbyt jednostronnych metodach uprawy oraz zbyt wczesnej uprawie lub zbiorach gruntów ornych i można je zazwyczaj skutecznie rozwiązać za pomocą znanych środków agronomicznych (uprawa gleby, płodozmian, wapnowanie, odpowiednie opony i ciśnienie powietrza itp.)

Stosunki kationów

Stosunki kationów informują jedynie o aktualnym stanie ekologicznym gleby, ale nie reprezentują czynników wzrostu i zysków. Są to wartości obliczeniowe, które wahają się w szerokich granicach bez żadnych korzyści lub szkód dla roślin. Istnieje wystarczająco dużo gleb, które znacznie odbiegają od idealnego stosunku 60 do 70 procent wapnia, 10 do 20 procent magnezu, 2 do 5 procent potasu i 0,5 do 3 procent sodu w wymienniku (Tab. 3) i nadal dają optymalne plony. Złe zrozumienie wymiany kationów może prowadzić do nieefektywnego stosowania nawozów.

Formy nawozów

Zalecenia nawozowe są wprawdzie sporządzane na podstawie wyników standardowego badania gleby według VDLUFA w zakresie ilości składników odżywczych, jednak niektórzy oferenci alternatywnych badań gleby z uwzględnieniem KAK podają również formę nawozu. Należy to zakwestionować, ponieważ rośliny różnie reagują na formy składników pokarmowych (np. tolerancja na chlorki), a dostępność składników pokarmowych i wartość pH mogą się zmieniać po nawożeniu. Na przykład nawożenie siarką elementarną prowadzi do silnego zakwaszenia gleby (100 kg siarki elementarnej 90% odpowiada utracie 162 kg CaO przez wapno), podczas gdy nawożenie siarką za pomocą kizerytu jest neutralne pod względem pH. Ponadto, siarka elementarna staje się dostępna dla roślin dopiero po przekształceniu w siarkę siarczanową. Ten proces przemiany zależy od temperatury gleby, co oznacza, że nie jest osiągane celowe odżywianie roślin siarką i efektywne wykorzystanie azotu.

W zależności od stosunku wapnia do magnezu i często niezależnie od wartości pH, czasami sugerowane są znaczne ilości nawozów wapniowych (wapno węglanowe) lub magnezowych (dolomit, kizeryt). Geologicznie uwarunkowane wysokie zawartości Mg w glebach gliniastych (np. gleby bagienne) lub również wysokie zawartości Ca w glebach węglanowych oraz ich wpływ na właściwości gleby mogą być w bardzo ograniczonym stopniu, o ile w ogóle, kształtowane przez nawożenie. Co więcej, badania naukowe wykazują, że stosunek Ca-Mg może zmieniać się w bardzo szerokich granicach bez wpływu na wzrost i plonowanie roślin. Na przykład, węższe proporcje Ca Mg mogą być również klasyfikowane jako nieproblematyczne. W przypadku wysokich wartości pH i/lub wysokiej zawartości magnezu często zalecane jest nawożenie gipsem (CaSO), zalecane przez firmy oferujące alternatywne testy glebowe. Chociaż nie ma to wpływu na pH, może to oznaczać konkurencję dla pobierania magnezu przez roślinę z powodu dużej ilości wapnia. Podobnie, wyższe ilości czystego potasu mogą powodować antagonizm potasowo-magnezowy, czyli konkurencję w pobieraniu przez rośliny.

Dlatego też wysokie nawożenie wapniem lub potasem może spowodować niedobór magnezu. Wyższa podaż magnezu w glebie, z drugiej strony, nie ma bezpośredniego wpływu na rośliny, ponieważ rośliny nie pobierają selektywnie magnezu, ani nie pobierają go w nadmiarze w stosunku do swoich potrzeb. W międzyczasie udowodniono również, że magnez nie ma negatywnego wpływu na strukturę gleby. W przypadku odchyleń od specyficznych dla danego miejsca stosunków kationów, dawki nawozów wymagane do ustalenia idealnych stosunków składników odżywczych w glebie, zgodnie z ideą metod alternatywnych, są zazwyczaj nieekonomicznie wysokie. Celem jest tutaj dostosowanie składników odżywczych do klasy zawartości C zgodnie z zaleceniami nawozowymi dla poszczególnych upraw poprzez płodozmian - wtedy nie należy obawiać się negatywnych skutków.

Zamiast przeprowadzać kilka kosztownych badań, które nie są reprezentatywne dla wszystkich obszarów, dla optymalizacji zaopatrzenia w wapno i składniki pokarmowe o wiele bardziej skuteczne jest pobieranie próbek i badanie różnych rodzajów gleb, zwłaszcza na różnych polach. Ponadto tylko metoda CAL lub metoda DL stosowana w Szlezwiku-Holsztynie jest zatwierdzona do dokumentowania analizy gleby pod kątem zawartości P zgodnie z rozporządzeniem w sprawie nawozów.

Ustalone w Niemczech metody badania gleby według VDLUFA opierają się na wieloletnich badaniach, muszą być poddawane stałej kontroli jakości, a zalecenia nawozowe na ich podstawie są kalibrowane w licznych regionalnych badaniach polowych. Wszelkie rozbieżności w przyporządkowaniu kationów są odpowiednio odzwierciedlone w klasyfikacjach zawartości (A-E) i wynikających z nich zaleceniach nawozowych. Do określania zapotrzebowania na nawozy jako podstawy wysokiej wydajności składników pokarmowych na podstawie dobrej praktyki zawodowej można bez zastrzeżeń polecić niedrogie metody analityczne zalecane przez władze urzędowe. Bardzo przydatne mogą być bardziej dogłębne analizy typu gleby (analiza osadów), zawartości próchnicy i analizy mikroelementów w miejscach uprawy. Bilans składników pokarmowych dla danego obszaru, wynikający z dostarczania i usuwania składników pokarmowych, może dostarczyć cennych informacji na temat stosowania nawozów zgodnie z wymaganiami.