Co warto wiedzieć o swojej glebie

Gleba to naturalne środowisko odżywcze roślin, zróżnicowane pod względem fizykochemicznym i biologicznym, którego skład zależy od rodzaju skały stanowiącej podłoże i ulegającej procesom glebotwórczym (fizycznym i chemicznym), ilości próchnicy oraz różnorodności żyjących w niej organizmów. Składa się z trzech faz: stałej (części mineralne, organiczne i mineralno-organiczne), ciekłej (roztwór glebowy) i gazowej. W glebach najżyźniejszych, optymalny udział ilościowy poszczególnych faz wynosi kolejno 40%, 30%, 30%. Wszystkie spełniają określoną rolę w zaopatrzeniu roślin w pokarmowe składniki mineralne.

Poziomem glebowym nazywamy organiczną, mineralną lub organiczno-mineralną część profilu glebowego, w przybliżeniu równoległą do powierzchni gleby, odróżniającą się od poziomów sąsiednich między innymi stosunkowo jednorodną barwą, konsystencją, uziarnieniem, składem chemicznym oraz ilością i jakością materii organicznej. Właściwości poziomu glebowego ukształtowane są głównie przez procesy glebotwórcze. Znajdujące się w obrębie profilu glebowego lub pod nim materiały wykazujące cechy i właściwości związane z litogenezą, określa się jako warstwy glebowe.

Na powierzchni wszystkich typów gleb porośniętych trwałą roślinnością, zalega poziom organiczny, zawierający świeżą lub częściowo rozłożoną materię organiczną. Pod nim występuje poziom próchniczny, przyjmujący barwę od czarnej, przez ciemnoszarą, do brunatnej, którego grubość może wynosić od kilku do kilkudziesięciu centymetrów. Układ i cechy poziomów leżących poniżej zależą bezpośrednio od typu procesu glebotwórczego. W warunkach intensywnego przesiąkania wód opadowych, zwłaszcza zakwaszonych, wykształca się jasnoszary, czasem biały poziom wymywania, zwany też poziomem eluwialnym, z którego następuje usuwanie związków chemicznych (m.in. związków żelaza, glinu, manganu, wapnia, magnezu i innych), drobnych ziaren mineralnych, substancji próchnicznych i substancji ilastych. Pod nim zalega rdzawobrunatny, niekiedy z widocznymi plamami i zaciekami poziom wzbogacenia, określany też poziomem wmywania albo iluwialnym, w którym gromadzone są substancje wymyte z górnych poziomów lub uwolnione w wyniku wietrzenia chemicznego minerałów. W warunkach silnego zawilgocenia gleby tworzy się charakterystyczny zielonkawoniebieski poziom glejowy, w którym występują intensywne procesy redukcji. W glebach organicznych w tym miejscu wyróżnia się dodatkowo poziom murszowy oraz poziom bagienny, o różnym stopniu rozkładu szczątków organicznych. Leżąca w dolnej części profilu glebowego zwietrzelina skalna, niepodlegająca procesom glebotwórczym, tworzy poziom skały macierzystej, po którym w glebach organicznych występuje nielite podłoże mineralne. Zalegająca w podłożu lita lub spękana skała zwięzła tworzy poziom skały podściełającej.

Wyszczególnić można pięć rodzajów gleb strefowych: bielicowe, płowe, brunatne właściwe, brunatne kwaśne i czarnoziemy oraz sześć rodzajów gleb astrefowych: czarne ziemie, mady, gleby bagienne, rędziny, inicjalne gleby górskie i gleby antropogeniczne. Blisko 80% powierzchni Polski pokrywają łącznie gleby brunatne, bielicowe i płowe. Ich powszechne występowanie obserwuje się na terenach nizinnych i pojezierzach. Na wyżynach i w górach jest ich nieco mniej, szczególnie bielic. Pod względem przydatności rolniczej, najbardziej wartościowymi z nich są gleby brunatne.

Skład pierwiastkowy

W składzie pierwiastkowym gleby można wyszczególnić niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin:

• Makroelementy: potas, sód, wapń, magnez, węgiel, azot, fosfor, tlen, siarka, wodór.
• Mikroelementy: bor, miedź, cynk, mangan, żelazo, molibden, krzem, glin, chlor.

Mikroelementy występują w glebie w postaci próchnicy oraz minerałów o różnorakim składzie chemicznym, jak na przykład: CuFeS₂ (chalkopiryt), czy MoS₂ (molibdenit).

Zasobność

Zasobność gleby jest jednym z czynników wpływających na jej żyzność. To sumaryczna zawartość dostępnych dla roślin, przyswajalnych form makro- i mikroelementów oraz próchnicy i szczątków organicznych znajdujących się w glebie, w odniesieniu do określonych gatunków i odmian lub zespołów roślin.

Wymienić można dwa rodzaje zasobności gleby:

• Zasobność naturalna (w glebach naturalnych), w której zapas składników pokarmowych powstał bez ingerencji człowieka.
• Zasobność agrotechniczna (sztuczna, antropogeniczna) obejmująca zarówno zasobność naturalną, jak i tę wytworzoną przy współudziale człowieka, poprzez stosowanie zabiegów agrotechnicznych (wapnowanie, nawożenie mineralne i organiczne).

Znajomość zasobności ziemi uprawnej, w praktyce niestety często zaniedbywana, jest podstawą racjonalnego, a w wielu przypadkach również ekonomicznego nawożenia. Może bowiem okazać się, iż ilości i dawki nawozów, jakie stosujesz, przewyższają zapotrzebowanie pokarmowe Twoich roślin.

Zakwaszenie

Od kilkudziesięciu lat, jednym z głównych problemów polskiego rolnictwa jest zakwaszenie gleb. Zgodnie z indeksem żyzności gleby, zakwaszenie w największym stopniu ogranicza produkcję rolniczą. Odczyn gleby (pH) jest podstawowym czynnikiem wpływającym na efektywne wykorzystywanie przez rośliny składników pokarmowych. Udowodniono, iż gleba o pH w zakresie 5,0-7,0 jest najbogatszym co do jakości i ilości źródłem składników mineralnych oraz jest największą ilościowo i jakościowo pulą dostępnych dla rośliny mineralnych składników pokarmowych.

Skutki zakwaszenia gleby, będące wypadkową procesów akumulacji i neutralizacji protonów w tym środowisku, rozpatruje się najczęściej w bardzo uproszczonym ujęciu, biorąc pod uwagę tylko straty produkcyjne w rolnictwie. Negatywne skutki wywołane zakwaszeniem gleb, dotyczą natomiast nie tylko pól uprawnych, ale także przyległych do nich ekosystemów, ekosystemów wodnych, atmosfery oraz szeregu procesów życiowych uprawianych roślin, w tym przede wszystkim zredukowania długości ich systemu korzeniowego. Zaburzenie wzrostu systemu korzeniowego w głąb profilu glebowego ogranicza możliwość wykorzystania przez roślinę lokalnych zapasów wody i zawartych w niej ruchliwych składników mineralnych, takich jak azotany, a jednocześnie redukuje pobieranie z gleby składników mało ruchliwych, takich jak potas i fosfor, warunkujących wykorzystanie przez roślinę pobranego azotu. Dodatkowo powoduje zwiększone wymycie azotanów, chlorków i siarczanów, a także brak możliwości pobierania kationów, głównie wapnia i magnezu, w ilości niezbędnej do prawidłowego pobierania azotu i regulacji jego gospodarki. Redukcja systemu korzeniowego ma charakter przestrzenny, prowadzi do dysfunkcji rośliny w całym profilu glebowym. Rolniczym sposobem kontroli nadmiaru kationów zakwaszających gleby uprawne jest wapnowanie. Zabieg ten powinien być prowadzony w taki sposób, aby wyeliminować toksyczność glinu, zoptymalizować przyswajalność fosforu i kationów zasadowych (K, Ca, Mg), pod warunkiem zachowania przyswajalności mikroskładników. Nawozy wapniowe mają do spełnienia zupełnie inną rolę, niż nawozy azotowe, fosforowe i potasowe. Konieczność wapnowania gleb wynika z dbałości o odpowiednią strukturę gruzełkowatą gleby, aerację, właściwe pH i dostępność składników mineralnych dla roślin.

Składniki pokarmowe

Składniki pokarmowe roślin występują w glebie w różnych formach i ilościach. Pod kątem żywienia roślin, najważniejszą grupą są ich formy przyswajalne. Z rolniczego punktu widzenia, do najważniejszych makroelementów, mających największy wpływ na jakość i wysokość plonów, oprócz azotu należy wymienić również fosfor, potas i magnez. Po określeniu pH gleby, kolejnym, równie ważnym krokiem jest przeanalizowanie zawartości przyswajalnych form tych pierwiastków, co umożliwi ocenę zasobności i żyzności gleby, a dzięki temu przeprowadzenie racjonalnego nawożenia składnikami, których brakuje.

Nawozy mineralne powinny być stosowane w takich ilościach i w taki sposób, aby zapewnić uprawianym roślinom optimum składników pokarmowych w danym czasie, nie stanowiąc zagrożenia dla środowiska naturalnego, jednocześnie generując oszczędności i możliwie największy efekt. Brak informacji o właściwościach chemicznych i fizykochemicznych gleby z jednej strony prowadzi do zbędnego, nadmiernego nawożenia mineralnego, co wiąże się z dodatkowymi kosztami, z drugiej zaś do wyczerpywania gleb z podstawowych składników pokarmowych. Wobec powyższych, stosowanie nawożenia bez znajomości zasobności gleby w przyswajalne składniki pokarmowe uważa się za nieuzasadnione.

Azot

Podstawowym składnikiem mineralnym, mającym decydujące znaczenie w intensyfikacji produkcji roślinnej jest azot. To najbardziej plonotwórczy makroskładnik w uprawie wszystkich roślin. Na niedobór lub nadmiar tego pierwiastka w środowisku wzrostu, rośliny reagują znacznie wyraźniej, niż na glebowe zasoby innych składników pokarmowych.

Azot jest potrzebny roślinom jako materiał budulcowy białek, wchodzi też w skład witamin, nukleotydów, kwasów nukleinowych, alkaloidów i chlorofilu. Pobudza wzrost nadziemnych części roślin, którym nadaje intensywnie zieloną barwę, reguluje gospodarkę potasu, fosforu i innych składników pokarmowych. Niedostateczna ilość azotu powoduje karłowacenie roślin, żółknięcie i opadanie liści, ograniczenie i osłabienie rozwoju systemu korzeniowego. Pierwiastek ten wprowadzony do gleby z nawozami mineralnymi lub dolistnie, szybko przywraca roślinom zdrowy wygląd, poprzez poprawę czynności fizjologicznych. Istnieje jednak niebezpieczeństwo przenawożenia azotem, co powoduje nadmierny wzrost roślin, podatność na wyleganie i choroby, opóźnienie dojrzewania, a także pogorszenie ich wartości biologicznej na skutek akumulacji azotu i niekorzystnej zmiany składu związków azotowych w roślinie, czego skutkiem jest relatywnie niski plon ziarna.

Doprowadzanie azotu do gleby odbywa się zarówno poprzez nawożenie mineralne jak i organiczne, obornik, resztki roślinne, a także drogą naturalną, w wyniku biologicznego wiązania azotu elementarnego przez symbiotyczne (Rhizobium) i wolno żyjące bakterie (Azotobacter, Arthrobacter, Beijerinckia, Derxia i Clostridium), które są zdolne do rozerwania potrójnego wiązania cząsteczki azotu, przy obecności katalizatora, jakim jest wspólny dla wspomnianych mikroorganizmów enzym nitrogenaza, a także wskutek występowania jego mineralnych form w opadach atmosferycznych. Cząsteczka azotu jest nadzwyczaj trwała i chemicznie nieaktywna, dlatego do jej rozerwania potrzebny jest bardzo duży udział energii, której źródłem w tym procesie jest ATP. W warstwie ornej gleb uprawnych Polski całkowita ilość azotu wynosi od 0,02 do 0,35% składu pierwiastkowego gleby. Większość azotu glebowego, bo około 95-99%, znajduje się w formie organicznych związków azotowych, głównie wchodzących w skład substancji organicznej. Azot w postaci związków organicznych, jest zawarty w próchnicy, nierozłożonej materii organicznej i organizmach glebowych. Stąd też największa jego ilość w glebach mineralnych znajduje się w poziomach próchnicznych gleb i zmniejsza się w kierunku profilu glebowego. 1 do 5% ogólnej zawartości azotu w glebie stanowią formy mineralne. Wśród nich wyszczególnić można formy najbardziej zredukowane, takie jak amoniak (NH₃) i jony amonowe (NH₄⁺), azot cząsteczkowy (N₂), będący formą pośrednią oraz formy najbardziej utlenione, azotyny (NO₂^–) i azotany (NO₃^–). Rośliny mogą wykorzystywać jedynie azot w postaci jonów NH⁴⁺ i NO₃^–, zawartych w podstawowych związkach mineralnych, takich jak sole amonowe i azotanowe, które są substratami, bądź produktami wielu przemian azotu w glebie, składających się na tak zwany mały i duży obieg azotu w przyrodzie. Przy założeniu, że masa gleby na 1 ha wynosi 3 mln kg, znajduje się w niej od 600 do 10500 kg azotu całkowitego, z czego tylko 1-2%, czyli od 6 do 210 kg to formy mineralne, pobierane przez rośliny. Mimo niewielkiego udziału azotu mineralnego w ogólnej zawartości tego pierwiastka w glebie, odgrywa on najważniejszą rolę w żywieniu roślin.

Na zawartość azotu mineralnego w glebie mają wpływ nie tylko warunki meteorologiczne i rolnicza działalność człowieka, ale przede wszystkim właściwości samej gleby. Zawartość tej formy azotu zależy w dużej mierze od zawartości substancji organicznej i przebiegu jej mineralizacji, a także od składu granulometrycznego i kompleksu przydatności rolniczej gleby.

Gleby w każdym klimacie zmierzają do osiągnięcia tak zwanej normalnej lub zrównoważonej zawartości azotu, przy stosowaniu zwykłych metod uprawy oraz nawożenia i każda próba zwiększenia jego zawartości ponad ten normalny poziom, połączona jest z niepotrzebnymi stratami tego składnika poprzez wymywanie, utlenianie i erozję. Zatem poznanie poziomu zawartości przyswajalnych form azotu glebowego jest podstawowym warunkiem pozwalającym określić właściwą dawkę nawożenia tym składnikiem, a także zminimalizować koszty produkcji, jednocześnie ograniczając generowanie zanieczyszczeń środowiska przyrodniczego, bowiem nadmierne dawki azotu prowadzą do utracenia składnika, w formie gazowej do atmosfery oraz w formie azotanów do wód gruntowych i powierzchniowych, co stanowi stratę finansową i stwarza zagrożenie ekologiczne.

Równowaga pierwiastkowa

Azot pobierany jest przez rośliny w dużych ilościach, jednak należy pamiętać, że nawożenie wyłącznie tym pierwiastkiem nie daje żadnej gwarancji uzyskania dużego plonu o wysokiej jakości. Aby uzyskać oczekiwany rezultat, należy zapewnić uprawie równowagę wszystkich niezbędnych, współdziałających ze sobą składników pokarmowych, a przede wszystkim tych zwiększających wykorzystanie azotu. Najsilniej współdziałającym z azotem pierwiastkiem jest potas. Azot przyczynia się do efektywnego przyrostu plonów, automatycznie zwiększając zapotrzebowanie rośliny na potas. Niedobór potasu w danym momencie drastycznie zmniejsza możliwości pobierania azotu przez roślinę i wpływa negatywnie na jej potencjał plonotwórczy. Odpowiednie zaopatrzenie roślin w potas sprzyja pobieraniu przez nie azotu. Wymienione składniki działają antagonistycznie w stosunku do jonów magnezu, dlatego należy zadbać o jego ilościową równowagę w glebie. Deficyt magnezowy również wpływa na jakość produktów roślinnych poprzez zmiany w gospodarce azotem. Ważnym makroelementem jest także siarka, której prawidłowe ilości w glebie wpływają na efektywniejsze pobieranie azotu oraz zmniejszenie wymywania azotanów do wód gruntowych. Co więcej, złożone funkcje w wykorzystaniu azotu pełnią mikroelementy, których specyficzne działanie w każdej fazie wzrostu roślin nie może zostać zastąpione innym składnikiem. Nadmiar azotu, przy niedoborze pozostałych składników odżywczych i odwrotnie, stanowią znaczący problem ekonomiczny, a także narastający problem ekologiczny. Pierwszorzędną rolę w metabolizmie roślin odgrywa nie bezwzględna zawartość, a optymalne dostosowanie proporcji poszczególnych składników pokarmowych, makro- i mikroelementów.