Dlaczego odczyn gleby jest taki ważny?

Rolnicy często stawiają pytanie, dlaczego muszą regulować odczyn uprawianej gleby? Odpowiedź jest jednoznaczna, muszą, o ile zamierzają prowadzić produkcję. W tym miejscu trzeba postawić pytanie o źródła zakwaszenia, a jest ich wiele. Czy warunki pogodowe w ciągu sezonu wegetacyjnego i poza nim kształtują odczyn gleby? Istotą zakwaszenia gleby w naszej strefie klimatycznej jest to, że woda opadowa ma odczyn ≈5,65, co oznacza, że do gleby trafia nadmiar protonów (H⁺). W glebie o odczynie obojętnym (pH > 6,5) do zasadowego (> 7,2) dochodzi do rozkładu zawartych w roztworze glebowym węglanów:

CaCO₃ + 2H⁺ + CO₃ → Ca(HCO₃)₂

Powyższy schemat podsumowuje także istotę wapnowania. Wapno węglanowe jest bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, a powstały wtedy wodorowęglan wapnia ulega wymyciu z wierzchnich warstw gleby. Z powyższego schematu wynika, że podstawowym sposobem neutralizacji zakwaszającego działania wody opadowej i innych procesów, jest właśnie systematyczne stosowanie wapna nawozowego. Rolę tę dobrze spełnia jakiekolwiek wapno węglanowe.

Jak chronić cenne kationy w glebie?

Na stanowiskach, na których odczyn gleby kształtuje się w zakresie od 5,5 do 6,5, wymyciu podlegają kationy zawarte w glebowym kompleksie sorpcyjnym. Ogólny schemat tych procesów jest następujący:

Ca²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, H⁺ + 4H⁺ +2CO₃^– → Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, H⁺, H⁺, H⁺ + Ca(HCO₃)₂

Wymywany zostaje nie tylko wapń, ale także magnez, a z kationów jednowartościowych potas, a zwłaszcza sód. Tym samym gleba ubożeje w te składniki. Jak wynika z różnych obliczeń, na podstawie głównie wielkości opadów, w skali roku z polskich gleb ubywa 150–250 kg/ha CaO. Najniebezpieczniejsze jest to na lekkich glebach piaszczystych, które w naszym kraju dominują. W zależności od kategorii agronomicznej gleby należy zatem dobrać odpowiedni nawóz, najlepiej wzbogacony w magnez, którego w polskich glebach brakuje.

Na glebach lekkich łatwiej o ich zakwaszenie. Ujawni się to na roślinach uprawnych, np. na wrażliwym na niski odczyn gleby jęczmieniu.

Na stanowiskach o pH gleby poniżej 5,5, a takie stanowią znaczny odsetek naszych gleb, wskutek nadmiaru protonów pojawia się toksyczny glin (Al³⁺), który jest wskaźnikiem degradacji gleb. W takiej sytuacji najlepiej regulować odczyn dwuetapowo. W pierwszej fazie należy zneutralizować toksyczny glin wapnem tlenkowym, z wyłączeniem gleb bardzo lekkich. W drugiej części operacji optymalnym rozwiązaniem jest wapno węglanowe, także z dodatkiem magnezu.

Wpływ pogody na zakwaszenie pól

Przedstawione powyżej zjawiska nie zachodzą gwałtownie, tzn. w ciągu jednego roku kalendarzowego. Systematycznie narastają, a działanie ma charakter kulminacyjny. Woda opadowa w naszej strefie klimatycznej jest ważnym czynnikiem zakwaszającym, lecz jednocześnie warunkuje wraz z temperaturą szereg procesów w glebie, skutkujących akumulacją protonów (H⁺).
Zmiany odczynu zachodzące w ciągu roku w glebie, są wypadkową nie tylko opadów, lecz także oddychania roślin (korzenie), mineralizacji materii organicznej wprowadzonej do gleby (resztki roślinne – korzenie roślin, resztki pożniwne, nawozy naturalne, nawozy zielone), mineralizacji azotu organicznego, utleniania związków azotu i siarki, będących skutkiem aktywności mikroorganizmów. Czynnikiem intensyfikującym te procesy są nawozy azotowe (amonowe i amidowe).

Jak materia organiczna może zakwaszać glebę?

Materia organiczna wprowadzona do gleby w jakiejkolwiek postaci stanowi potencjalny czynnik zakwaszający. Wynika to z faktu, że związki węgla w niej zawarte podlegają utlenieniu przy udziale mikroorganizmów. Ogólny schemat procesu mineralizacji związków organicznych w glebie i uwalniania dwutlenku węgla wygląda następująco:

C_org → ↑CO₂ (ulatnianie do atmosfery – proces dominujący) 
lub CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^–.

Większość CO₂ powstałego w wyniku mineralizacji, a także w następstwie oddychania roślin ulatnia się do atmosfery, a tylko niewielka część i tylko w określonych warunkach rozpuszcza się w wodzie i generuje protony (H⁺). Drugim kluczowym źródłem zakwaszenia gleb jest azot amonowy (N-NH₄), który podlega utlenianiu do azotanów (N-NO₃), a produktem ubocznym jest proton (H⁺):

NH₄⁺ + 2,5O₂ → NO₃^– + 2H⁺ + 2H₂O

W tym schemacie mieszczą się także nawozy amonowe i amidowe. Produktem hydrolizy mocznika jest właśnie kation amonowy. Nie oznacza to, że całość powstałego w wyniku mineralizacji N-NH₄ podlega utlenieniu. Rośliny dość sprawnie pobierają tę formę azotu, zwłaszcza przy niskich temperaturach gleby (późna jesień, łagodna zima, przedwiośnie). W pełni wegetacji, gdy warunki pogodowe (opady, temperatura) sprzyjając obu tym procesom (mineralizacji i utlenianiu azotu organicznego), jak i intensywnemu pobieraniu azotanów, odczyn gleby wykazuje tendencję do niewielkiego wzrostu. W późnym okresie wegetacji, gdy następuje spowolnienie tempa wzrostu rośliny, a także w okresach niedoborów wody, dochodzi do nagromadzenia w glebie N-NH₄, co prowadzi późnym latem do przejściowego wzrostu odczynu gleby.

Odczyn gleby zmienny w czasie

Jak przedstawiono na rys. 1. i 2. sezonowe zmiany odczynu gleby dla roślin uprawianych w tych samych warunkach pogodowych wykazują pewne trendy, aczkolwiek nie zawsze kierunek zmian jest możliwy do uchwycenia.

Pewne jest to, że uprawa rzepaku z reguły prowadzi do spadku odczynu, co w głównej mierze wynika z tego, że ta roślina zakwasza glebę (ściślej ryzosferę – warstwę gleby wokół korzenia). Tym samym po zbiorze lub nawet w sezonie wegetacji rośliny następczej można odnotować spadek pH. O ile wyjściowy poziom odczynu był wysoki, jak na prezentowanym przykładzie, to spadek pH o jednostkę nie stanowi zagrożenia dla pszenicy ozimej uprawianej po rzepaku.

Jeszcze większe spadki odczynu można obserwować, uprawiając bobowate, zwłaszcza jednoroczne. Zboża nie zakwaszają gleby, stabilizują odczyn. Kukurydza także nie zakwasza gleby.

Jak pokazano na rys. 2., w monokulturze kukurydzy z dominacją produkcji na ziarno, a więc pozostawiającej dużą masę resztek pożniwnych, wahania odczynu w kolejnych latach są małe. Materia organiczna wprowadzana do gleby w formie resztek pożniwnych, jak i stosowanie obornika, pomimo dużego potencjału zakwaszającego stabilizuje odczyn gleby w sezonie wegetacyjnym.

Mimo że po kukurydzy ziarnowej zostaje dużo resztek pożniwnych, to jednak uprawa ta nie powoduje spadku odczynu gleby, jak np. rzepak.

Do zmiany pH potrzebna jest woda

Zmiana odczynu gleby jest mało prawdopodobna latem i wczesną jesienią, gdyż aby dwutlenek węgla (CO₂) doprowadził do pojawienia się kationu wodorowego (H⁺) w roztworze glebowym, wymaga w pierwszej kolejności obecności w glebie wody, co jest możliwe, lecz pod warunkiem jednoczesnego znacznego spadku temperatury. Takie warunki pogodowe w Polsce pojawiają się dopiero późną jesienią i trwają do wczesnej wiosny.

Późną jesienią zmiana odczynu gleby jest bardziej prawdopodobna niż latem, bo ta ma niższą temperaturę. Gleba jednak musi być odpowiednio wilgotna, a nie przesuszona.

Teoretycznie wiosną powinien w glebie w porównaniu z latem roku poprzedniego nastąpić spadek odczynu. Jak pokazano na rys. 1., takie zjawisko odnotowano tylko dla rzepaku. Dlaczego nie ujawniło się dla pszenicy i kukurydzy uprawianej na ziarno, a ujawniło się dla uprawianej na kiszonkę? W ostatnich 20 (25) latach w Polsce doświadczamy zim ciepłych, o małych opadach. Najnowsze badania naukowe wykazują, że wzrost temperatury gleby od 0^°C do 2^°C wywołuje jednoczesny wzrost pH od 0,5 do 1.
Stan ten wynika z procesów mineralizacji azotu organicznego, którego produktem jest azot amonowy (N-NH₄). W obecności rośliny o dużych potrzebach, takich jak rzepak, składnik ten zostaje pobrany, co wywołuje w następstwie spadek pH gleby. Zboża ozime nie mają takiego potencjału do pobierania azotu, co tym samym nie wywołuje znaczących zmian odczynu.

Wapnowanie pól a zmiana odczynu gleby

W praktyce rolniczej wiedza o procesach, którym podlega CO₂ i N-NH₄ w ciągu roku jest ważna do opracowania efektywnego systemu wapnowania gleb. Węglan wapnia nie rozpuszcza się wodzie o odczynie obojętnym. Woda opadowa ma odczyn lekko kwaśny, a procesy przemian węgla i azotu prowadzą do wzrostu koncentracji protonów w glebie. Po zbiorach zbóż resztki roślinne czy nawozy zawierające materię organiczną podlegając mineralizacji, zwiększając zawartość CO₂ w glebie. Naturalny wzrost wilgotności gleby przy jednoczesnym spadku jej temperatury, stwarza warunki do rozpuszczania się tego gazu w wodzie, co tym samym prowadzi do spadku odczynu. Ilość rozpuszczonego CO₂ wiosną w stosunku do zimy jest mniejsza się o 1/3. Jesienią jest mniejsza o 2/5, a latem o 1/2.

W dodatku latem ilość wody jest z reguły zbyt mała, aby zachodziło sprawne rozpuszczenie wapna. To samo dotyczy wczesnej jesieni. Jaki jest zatem optymalny termin wapnowania gleb uprawnych? Przede wszystkim zastosowane wapno powinno mieć dużą powierzchnię kontaktu z glebą, czyli zostać bardzo dobrze wymieszane z glebą i to możliwie na znacznej głębokości.
Agrotechnika letnio–jesienna powinna być ukierunkowana na:

• akumulację wody w glebie w okresie po zbiorze rośliny przedplonowej,
• zwiększenie tempa mineralizacji resztek roślinnych, prowadzące do wzrostu zawartości CO₂ w glebie,
• mieszanie nawozu z glebą, zwiększające powierzchnię kontaktu nawozu z glebą.

Dopiero te wszystkie działania i zabiegi tworzą finalnie warunki do kontroli odczynu, która zachodzi najbardziej intensywnie w okresie jesienno-zimowym. Zatem optymalny termin wapnowania przypada na późne lato, a intensyfikacja tego procesu zachodzi od późnej jesieni aż do przedwiośnia roku następnego.

prof. Witold Grzebisz, UP w Poznaniu
oprac. jd
fot. Daleszyński, Otocki