Zakwaszenie gleb olbrzymią barierą we wzroście plonów

O plonach roślin  decyduje zarówno system korzeniowy jak i organy nadziemne. Korzenie pobierają z gleby i dostarczają do łodyg, liści, kwiatów, owoców wodę oraz składniki pokarmowe. Olbrzymi wpływ na rozwój sytemu korzeniowego i na pobieranie składników pokarmowych wywiera odczyn gleby.
Co powoduje zakwaszanie gleb
Gleba jako środowisko odżywcze dla roślin składa się 3 faz:

• stałej obejmującej cząsteczki mineralne, organiczne i mineralno-organiczne o różnym rozdrobnieniu;
• ciekłej – roztworu glebowego obejmującego wodę glebową wraz z rozpuszczonymi minerałami;
• gazowej (powietrze glebowe)
• oraz z mikroorganizmów glebowych.

Wszystkie części składowe gleby są ważne i spełniają określone role w odżywianiu roślin. W fazie stałej wyodrębniamy tak zwany kompleks sorpcyjny. Jest to ta część masy glebowej, która posiada zdolności wchłaniania, zatrzymywania i wymiany jonów miedzy roztworem glebowym, a cząsteczkami stałymi na zasadzie przyciągania ładunków elektrycznych. W roztworze glebowym oraz w kompleksie sorpcyjnym wiodącą rolę odgrywa jon wodoru (H+), który z natury jest kwaśny i on jest głównym sprawcą zakwaszenia gleb. Im więcej jest go w roztworze glebowym i kompleksie sorpcyjnym, to tym gleba jest kwaśniejsza. Kwasowość gleby, czyli jej odczyn (chemiczna miara koncentracji jonów H+ w roztworze KCl) mierzona jest współczynnikiem pH. Odczyn gleb uprawnych pH - waha się od 4 do 8,5. Źródłami kationów H+ są naturalne procesy, niezależne od woli człowieka jak i wywoływane przez działalnością zawodową rolników:
naturalne źródła zakwaszenia gleb: mineralizacja materii organicznej gleby, oddychanie korzeni roślin, utlenianie azotu amonowego gleby, wietrzenie gleby, pobieranie kationów (Ca++, Mg+, K+)  przez rośliny;
źródła zewnętrzne zakwaszenia gleb: nawozy azotowe (amonowe i amidowe), kwaśne deszcze.
W glebach uprawnych głównym, bezpośrednim źródłem kationów wodoru (H+) jest dwutlenek węgla (CO2), który rozpuszczając się w wodzie tworzy kwas węglowy. Kwas ten następnie rozpada się uwalniając jon H+. Dwutlenek węgla (CO2) w glebach powstaje z rozkładu materii organicznej i w procesie oddychania korzeni. W intensywnym rolnictwie produkcja CO2 jest znaczna, co prowadzi do wzrostu zakwaszania gleb. Drugim, bardzo poważnym źródłem jonów H+ jest utlenianie azotu amonowego zawartego w glebie, wprowadzanego do niej w nawozach organicznych i resztkach pożniwnych, a także w mineralnych nawozach azotowych. Część azotu amonowego w procesie nitryfikacji przekształcane jest w formę azotanową i uwalniane są wolne jony H+. Rolnik, stosując nawozy azotowe (saletrę amonową, mocznik, siarczan amonu) wzmaga intensywność zakwaszania gleb. Warto wiedzieć, że 1 kg N z nawozu mineralnego wywołuje zakwaszenie równoważne 2 kg CaO. Kolejnym źródłem zakwaszania gleb są jony H+  uwalniane w trakcie wietrzenia w glebach związków żelaza, manganu i siarki. Jest to istotny czynnik, ponieważ 90% gleb w Polsce wytworzonych jest na kwaśnych skałach. Na nich następuje intensywne wymywanie zasadowych składników pokarmowych (wapnia, magnezu i potasu). Pierwiastki te wywożone są również z pól, z plonami, co przyczynia się do zakwaszenia gleb.
Skutki zakwaszania gleb
Odczyn gleby (pH) decyduje o jej życiu biologicznym gleby i o przyswajalności składników pokarmowych, zarówno makro jak i mikroelementów (rys. 1). W glebach zakwaszonych o niskim pH występują następujące, niekorzystne zjawiska:
Na glebach bardzo silnie zakwaszonych o pH 4 - azot, fosfor, potas, wapń, magnez są bardzo słabo dostępne dla roślin. Przyswajalność ich zwiększa  w miarę wzrostu pH. Jak widać na rys. 1 optimum dostępności azotu, fosforu i potasu dla korzeni zaczyna się dopiero przy pH > 6. Warto podkreślić, że w warunkach niskiego pH najmniej z pośród makroelementów dostępny dla roślin jest - magnez.  To tłumaczy bezwzględną konieczność nawożenia wapnem i magnezem gleb zakwaszonych i jednocześnie ubogich w magnez.
Silne zakwaszenie większości gleb w Polsce jest główną przyczyną słabego pobierania głównych składników pokarmowych znajdujących się w glebach, a tym samym niskich plonów.
 Część ważnych dla roślin mikroelementów: żelazo, miedź, cynk, mangan, kobalt są bardziej dostępne na glebach zakwaszonych. Z kolei molibden najlepiej dostępny jest na glebach zasadowych, a bor na glebach lekko kwaśnych i obojętnych.

Na glebach kwaśnych w roztworze glebowym uruchamia się wolny glin (Al2+) i występuje również nadmierna koncentracja manganu (Mn2+) – pierwiastków,  które zakłócają i hamują wzrost  korzeni, u niektórych roślin. Na nadmiar glinu bardzo wrażliwe są jęczmień i lucerna, wrażliwy jest rzepak, a żyto, łubin żółty, groch polny, seradela są bardzo tolerancyjne. Z kolei na nadmiar manganu bardzo wrażliwą obok lucerny i jęczmienia jest kukurydza cukrowa, dużą wrażliwość wykazuje obok rzepaku koniczyna biała, a bardzo tolerancyjne są trawy pastewne i słonecznik.

W glebach kwaśnych fosfor wprowadzany w nawozach mineralnych wiąże się z glinem i żelazem, w formy niedostępne dla roślin. Ulega tzw. uwstecznieniu. Fosfor ulega też uwstecznianiu na glebach zasadowych o pH >7,5.

Niski odczyn gleby hamuje procesy utleniania azotu amonowego (NH4+) do azotanowego (NO3_), a jednocześnie słabo rozwinięty system korzeniowy nie jest w stanie efektywnie pobierać jonów azotanowych z gleby; w rezultacie wzrasta wymycie azotu azotanowego poza zasięg systemu korzeniowego i następuje skażenie wód gruntowych.

Nadmiar kwaśnych kationów w glebie zmniejsza aktywność mikroorganizmów rozkładających słomę, resztki pożniwne, obornik i inne nawozy organiczne. W glebach zakwaszonych słabo rozwijają się mikroorganizmy utleniające azot amonowy do azotanowego, co powoduje gorsze zaopatrzenie roślin w ten składnik pokarmowy i w rezultacie wolniejszy wzrost roślin. W glebach zakwaszonych nie mają warunków do życia bakterie wiążące wolny azot z powietrza (azotobakter)  i większość bakterii brodawkowych współżyjących z roślinami motylkowymi.

Do zrobienia rys. 1. Wpływ pH na przyswajalność składników pokarmowych oraz życie biologiczne gleby wg Buckmana i Bradi

Rośliny uprawne plonują najlepiej, pod warunkiem, że rosną na glebie w optymalnym zakresie odczynu dla danego gatunku. Pod względem wymagań co do reakcji na zakwaszenie gleby dzieli się je na 3 grupy:
silnie reagujące na zakwaszenie - optymalne pH 6,0 - 7,5: pszenica, jęczmień, kukurydza, rzepak, buraki, gorczyca, bobik, lucerna, koniczyna, nostrzyk, wyka, soja, kapusta, konopie, mak;
o mniejszej wrażliwości na zakwaszenie gleby - optymalne pH 5,0 – 6,5: żyto, owies, ziemniaki, brukiew, rzepa, groch, fasola, marchew, len, słonecznik, cykoria, tymotka;
mało wrażliwe na zakwaszenie gleby - optymalne pH < 5,0: gryka, łubin żółty, seradela, tytoń, rzodkiew, rzepa czarna.

Uprawiane na glebach o niekorzystnym dla nich odczynie dają niższe plony i gorszej jakości.
Co daje wapnowanie gleb
Wapń, oprócz tego, że odkwasza glebę jest niezbędnym składnikiem pokarmowym dla roślin. Pobierają go w dużej ilości przez całą wegetację. Ilość wapnia, która występuje nawet w bardzo kwaśnych glebach zaspakaja potrzeby pokarmowe roślin.
Podstawowym celem wapnowania jest poprawienie żyzności gleb kwaśnych. Wapń wpływa na:
poprawę dostępności dla roślin składników pokarmowych zawartych  w glebie i wnoszonych w nawozach organicznych i mineralnych, zwłaszcza magnezu i fosforu;
obniżenie kwasowości, dzięki czemu możemy nadać glebie odpowiedni odczyn, dostosowany do wymagań różnych gatunków roślin;
zmniejszenie toksycznego działania glinu i manganu na system korzeniowy u części roślin;
stymulację rozwoju korzystnej mikroflory glebowej, która rozkłada materię organiczną w glebie i udostępnia składniki pokarmowe dla roślin;
polepszenie właściwości fizycznych warstwy ornej – wapno wchodząc w reakcje z cząsteczkami próchnicy przyczynia się do tworzenia struktury gruzełkowatej, dzięki czemu gleby stają się bardziej przewiewne, łatwiejsze do uprawy;
w glebach strukturalnych następuje osłabienie procesów denitryfikacji i w rezultacie ograniczenie strat azotu w glebie;
wapń reguluje pobieranie potasu przez rośliny z gleby - na glebach kwaśnych potas pobierany jest w nadmiarze przez rośliny pastewne, co pogarsza jakość paszy.

Gleby, co prawda wytworzone są z nieożywionych minerałów, ale światli rolnicy traktują je, jako  „żywe organizmy”, w których bez przerwy odbywają się skomplikowane procesy przemiany materii organicznej prowadzone przez faunę i florę glebową. Wapnowanie wywiera korzystny wpływ na życie i rozwój; dżdżownic, nicieni, skąpoczetów, roztoczy innych przedstawicieli fauny glebowej oraz  bakterii rozkładających w glebie materię organiczną, pochodzącą z: przyorywanej słomy, resztek pożniwnych, masy organicznej z uprawy poplonów ścierniskowych uprawianych w ramach programów rolno-środowiskowych, obornika i innych nawozów organicznych. Ich działalność umożliwia włączenie składników pokarmowych do cyklu obiegu materii w ekosystemie. Jest to istotna sprawa, ponieważ wiele gospodarstw bezinwentarzowych przyorywuje słomę, która powinna ulec szybkiej mineralizacji. Nadmiar nie rozłożonej słomy w glebie powoduje zakłócenia w stosunkach wodno-powietrznych i jest niejednokrotnie przyczyną braku wschodów rzepaku, zbóż lub ich nie wyrównania w czasie. Również szybkiej mineralizacji powinna ulegać substancja organiczna z poplonów ścierniskowych, wnoszonych do gleby wiosną.
Wapnowanie przyczynia się do lepszego wykorzystania przez rośliny nawożenia mineralnego. Stwierdzono to między innymi na doświadczeniach prowadzonych przez autora (tabela 1). Na doświadczeniu stosowano zmianowanie norfoldzkie: 1. jęczmień jary lub pszenica jara z wsiewką koniczyny czerwonej, 2. koniczyna czerwona na siano, 3. pszenica ozima, 4. buraki cukrowe lub ziemniaki. Wapno, w dawce równoważącej ? kwasowości hydrolitycznej, węglanowe lub tlenkowe wysiewano co 4 lata, pod pszenicę ozimą. Pod okopowe, na całe doświadczenie dawano 30 t/ha obornika. W obydwóch punktach doświadczalnych zarówno na niższym jak i na wyższym poziomie nawożenia mineralnego pod wpływem wapnowania uzyskano znaczące zwyżki plonów. W obydwóch miejscowościach najwyższe plony uzyskano na obiekcie wapnowanym i nawożonym wyższymi dawkami NPK.

Tabela 1. Współdziałanie wapnowania z nawożeniem mineralnym w doświadczeniach polowych WODR Łosiów, lata 1970 – 1983