Zapasy materii organicznej w glebie się wyczerpują
Funkcjonujące obecnie w praktyce uproszczone płodozmiany, przewaga monokultur zbożowych, nieregularne wapnowanie gleb, zmniejszenie stosowania nawozów naturalnych i organicznych, jak również znaczny wzrost efektywności produkcji rolniczej obserwowany w ostatniej dekadzie, głównie dzięki stosowaniu nawozów mineralnych, wpłynęły i prowadzą do wyczerpywania się zapasów materii organicznej w glebie. W rezultacie obniża się żyzność gleb, szczególnie tych lżejszych oraz znacznie zubaża ich życie biologiczne. Dlatego tak ważne jest regularne dostarczanie do gleby świeżej materii organicznej w postaci obornika, kompostów, słomy czy nawozów zielonych oraz regulowanie odczynu gleby przynajmniej raz na cztery lata.
Zobacz też: Nowe wapno z bakteriami. Poprawia pH i wzbogaca glebę
Co to znaczy, że gleba jest żyzna?
Żyzna gleba, to gleba nie tylko zasobna w składniki pokarmowe i próchnicę, ale zasiedlona przez różne gatunki mikroorganizmów, m.in. bakterie właściwe, promieniowce, drożdże, bakterie amonifikacyjne, bakterie rozkładające fosforany i bakterie kwasu mlekowego oraz grzyby. Uczestniczą one w przemianach materii organicznej, procesach rozkładu i ponownej syntezy, zwiększając zawartość trwałej próchnicy, czyli humusu. Poza tym udostępniają roślinom składniki pokarmowe, ograniczają rozwój patogenów glebowych i poprawiają strukturę gleby. Warunkują też obieg materii (cykliczne przechodzenie ze środowiska abiotycznego do organizmów żywych i z powrotem do środowiska abiotycznego).
Spośród mikroorganizmów glebowych najważniejsze są bakterie i grzyby, gdyż te grupy drobnoustrojów związane są z przepływem energii i obiegiem podstawowych pierwiastków w ekosystemach lądowych. Bakterie beztlenowe na przykład rozkładają celulozę i ligniny do cukrów prostych, które są z kolei utleniane przez bakterie tlenowe. Szczególnie duże znaczenie dla żyzności gleby mają bakterie wiążące wolny azot, są to bakterie współżyjące z roślinami – Rhizobium oraz wolno żyjące w glebie – Azotobacter i Clostridium. Wzbogacają one glebę w azot pobierany z powietrza. Dominują tu bakterie z rodzaju Rhizobium żyjące w symbiozie z roślinami bobowatymi, tj. łubin, groch, fasola, koniczyna i lucerna.
Grzyby odgrywają natomiast bardzo ważną rolę w procesach zwiększenia urodzajności gleby, głównie dzięki zdolności do akumulacji wody i wytarzaniu różnych kwasów organicznych oraz intensywnemu udziałowi w mineralizacji materii organicznej. Biorą także udział w rozkładzie błonnika, pektyn, związków aromatycznych, ligniny, keratyny. Wytwarzają również duże ilości antybiotyków, substancji humusowych, witamin, mikotoksyn oraz substancje czynne (gibereliny). Ma to duże znaczenie w procesach glebotwórczych i w odżywianiu roślin. Promieniowce, obok grzybów są również bardzo aktywnymi mineralizatorami próchnicy. Liczne promieniowce są zdolne do rozkładu celulozy i chityny, a większość promieniowców może żywić się związkami, które z trudnością są rozkładane przez inne bakterie.
Co ogranicza rozwój mikroorganizmów glebowych?
Obecność mikroorganizmów w glebie jest związana przeważnie z fazą stałą gleby, a ich liczba zależy od gatunku gleby. Najważniejsze dla bytowania mikroorganizmów są koloidy glebowe, gdyż charakteryzują się dużą powierzchnią sorpcyjną i gromadzą na swej powierzchni związki mineralne i substancje organiczne, stanowiąc pokarm dla mikroorganizmów. Bakterie na przykład występują przeważnie na powierzchni granul elementarnych (cząstki mineralne zlepione przez substancje humusowe i śluz), w bezpostaciowej substancji humusowej oraz w kompleksach organiczno-mineralnych gleby.
Głównym czynnikiem ograniczającym rozwój mikroorganizmów glebowych jest dostępność świeżej materii organicznej, wody oraz zakwaszenie gleby. Na glebach kwaśnych występuje spadek aktywności mikroorganizmów, które rozkładają resztki roślinne w efekcie następuje zmniejszenie ilości uwalniania składników mineralnych z resztek roślinnych i nawozów naturalnych wprowadzanych do gleby. Spadek mikroorganizmów, które utleniają azot amonowy do azotanów, prowadzi do gorszego zaopatrzenia roślin uprawnych w azot i w rezultacie zahamowanie wzrostu roślin i spadek plonu. W kwaśnym środowisku występuje także spadek mikroorganizmów wiążących azot atmosferyczny (azotobakter, większość bakterii żyjących w symbiozie z roślinami wyższymi) – gorsze zaopatrzenie roślin uprawnych w azot i w rezultacie wolniejszy wzrost roślin.
Wpływ z kolei samych roślin uprawnych na mikroorganizmy glebowe może być zarówno korzystny, stymulujący albo wręcz szkodliwy – toksyczny w zależności od charakteru chemicznego substancji wydzielanych do ryzosfery przez system korzeniowy roślin. Wraz ze wzrostem na przykład udziału zbóż w zmianowaniu wzrasta w glebach ilość resztek pożniwnych zainfekowanych przez grzyby powodujące choroby korzeni i podstawy pędów zbóż i w związku z tym nasilają się choroby podsuszkowe, a plony zbóż obniżają się, np. w stosunku do plonów tych roślin w prawidłowym zmianowaniu (norfolskim). Im więcej drobnoustrojów chorobotwórczych w glebie, tym plony roślin uzyskuje się oczywiście niższe.
Z kolei mikroorganizmy symbiotyczne, głównie bakterie wiążące azot w symbiozie z roślinami motylkowatymi są pożyteczne dla roślin. Przy braku tych bakterii w glebach, rośliny bobowate (dawniej motylkowate) gorzej plonują, zwłaszcza przy braku nawożenia azotowego. Na przykład w naszych glebach nie występują na ogół bakterie symbiotyczne soi, dlatego zalecane jest i bardzo efektywne, przedsiewne szczepienie nasion tej rośliny szczepionką zawierającą symbionty soi. Z kolei bakterie symbiotyczne koniczyny powszechnie wstępują w glebach Polski i stosowanie szczepionek tymi bakteriami nie powoduje już przyrostów plonów koniczyny. Warto pamiętać, że zawsze większe plony roślin uprawnych to też większa masa świeżej materii organicznej pozostająca w glebie w postaci resztek pożniwnych (korzeni i części nadziemnych), które są podstawowym źródłem składników odżywczych dla mikroorganizmów. Z tych resztek dzięki działalności mikroorganizmów uwalniane są składniki mineralne pobierane przez rośliny następcze i tworzona jest próchnica.
Dlaczego regularne stosowanie nawozów naturalnych i organicznych jest ważne?
Regularne stosowanie nawozów naturalnych i organicznych jest bardzo ważne, gdyż stymuluje namnażanie się mikroorganizmów. Od ich liczebności i wydzielanych przez mikroorganizmy enzymów zależą przecież procesy rozkładu i mineralizacji materii organicznej. Transformacja materii organicznej jest ściśle powiązana z aktywnością mikrobiologiczną gleb. Przyjmuje się, że sucha masa mikroorganizmów w glebach użytkowanych rolniczo wynosi od 110 do 1940 kg/ha. Znaczna część mikroorganizmów jest aktywna jedynie w określonych warunkach fizykochemicznych gleby.
Warto nadmienić, że prawidłowe nawożenie to nie tylko zapobieganie spadkowi żyzności gleb, ale i możliwość uzyskiwania wysokich i dobrej jakości plonów roślin oraz możliwość zwiększenia zawartości próchnicy w glebie. Ilość dostającej się do gleb uprawnych materii organicznej zależy przecież nie tylko od ilości i częstotliwości stosowanych nawozów naturalnych czy organicznych, ale także od zmianowania roślin i wielkości dawek nawozów mineralnych, zwłaszcza azotu mineralnego. Również wilgotność gleby ma duże znaczenie dla rozwoju mikroorganizmów, bo z zawartością wody nierozerwalnie związana jest aktywność mikroorganizmów glebowych, uzależniona dodatkowo od takich właściwości gleby jak: odczyn, skład granulometryczny, zawartość próchnicy oraz od warunków klimatycznych, m.in. opadów, temperatury i pory roku.
Najlepsze dla żyzności gleby płodozmiany z bobowatymi
Skutki oddziaływania wyżej wymienionych czynników na właściwości gleby i plonowanie roślin można ocenić precyzyjnie tylko w oparciu o wyniki wieloletnich doświadczeń polowych. Wieloletnie statyczne doświadczenia nawozowe, płodozmianowe, monokulturowe są cenne dla praktyki rolniczej ze względu na możliwość śledzenia zmian różnych właściwości gleb.
W Polsce najstarszym prowadzonym do dziś doświadczeniem, kontynuowanym nawet w czasie trwania II wojny światowej, jest nawozowo-płodozmianowe doświadczenie założone w 1923 roku w Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach, należące do Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Podobne doświadczenie zostało założone w 1979 roku w Grabowie, w celu zbadania wpływu stosowania obornika i azotu mineralnego na produktywność roślin. W tymże doświadczeniu polowym w Stacji Doświadczalnej IUNG – PIB w Grabowie badano m.in. wpływ doboru różnych gatunków roślin.
Przedstawione w tabeli 1. wyniki wyraźnie potwierdzają, że wzrost zawartości węgla organicznego w glebie nastąpił nie tylko w wyniku nawożenia obornikiem, ale także pod wpływem odpowiedniego doboru roślin w zmianowaniu (włączenia do płodozmianu koniczyny – rośliny bobowatej) i nawożenia mineralnego. W płodozmianie A zawartość węgla organicznego wynosiła 0,67%, a w zmianowaniu B, z rośliną bobowatą – 0,76%. Większa była w tym zmianowaniu też biomasa mikroorganizmów. W obiekcie z dawką obornika 40 t/ha oraz nawożeniem azotem mineralnym w dawce 120 kg/ha wyniosła 249 µgC/g gleby. W zmianowaniu bez uprawy rośliny bobowatej, biomasa mikroorganizmów była niższa i oscylowała wokół 177 µgC/g gleby. Czynniki te wpływały również na liczebność mikroorganizmów oraz ich aktywność w glebie. Liczebność bakterii i grzybów były najniższe w nienawożonej obornikiem glebie pod zmianowaniem A.
Natomiast w takim samym obiekcie (gleba nienawożona) w zmianowaniu B (z rośliną bobowatą), bogatszym w resztki roślinne z traw i przyoraną jako międzyplon zieloną masą gorczycy, zarówno populacje drobnoustrojów, jak i ich aktywność (enzymy) były znacznie wyższe. Wyniki te potwierdzają jak ważne dla mikroorganizmów glebowych, a także dla innych organizmów żyjących w glebach, są zarówno ilość, jak i jakość resztek roślinnych. Wyniki prezentowane w tabeli 1 potwierdziły prawidłowość, że im więcej próchnicy w glebie, tym więcej mikroorganizmów. Największe liczebności oraz biomasa bakterii i grzybów, a zwłaszcza enzymów z grupy dehydrogenaz i fosfataz stwierdzano na ogół w glebie nawożonej obornikiem i azotem mineralnym w zmianowaniu B. Warto też zwrócić uwagę na fakt, że nawet największa dawka N mineralnego stosowana w tzw. gorszym pod względem doboru gatunku roślin zmianowaniu A, nie spowodowała spadku wartości badanych parametrów aktywności mikrobiologicznej gleby poniżej wartości tych wskaźników stwierdzanych w glebie nienawożonej.
Wapnowanie przywraca glebie życie
Wapń regulując odczyn gleby odgrywa kluczową rolę w tworzeniu próchnicy. W wyniku odkwaszenia gleby poprawia się odżywianie mineralne roślin, kondycja i zdrowotność roślin, a w konsekwencji rosną plony i poprawia się ich jakość. Poprawia się także struktura i właściwości gleby. Gleby mają lepszą strukturę granulometryczną, większą pojemność wodną, większą sorpcję wymienną, są łatwiejsze w uprawie, mniej zlewne dzięki powstającym gruzełkom, zatrzymują więcej wody i stają się żyzne, a to przekłada się na większe plony i zdrowie roślin uprawnych. Systematyczne stosowanie małych, profilaktycznych dawek nawozów wapniowych lub wapniowo-magnezowych jest również najlepszym sposobem zwiększania ilości wapnia w glebie i utrzymania żyzności gleby. Wpływ wapnowania na aktywność życia biologicznego gleby przedstawiono w tabeli 2.
Po wapnowaniu zakwaszonej gleby, nie tylko zwiększa się zawartość wapnia w glebie, ale przywracane jest życie biologiczne gleby: bakterii, mikro- i mezofauny. Wapnowanie gleby stymuluje rozwój mikroorganizmów glebowych, które szybciej przetwarzają resztki pożniwne oraz świeżo wprowadzaną materię organiczną z nawozami, która z kolei szybciej przekształca się w próchnicę.
Dr hab. Dorota Pikuła
IUNG – PIB Puławy
