Jak rolnik może zwiększyć efektywność azotu w uprawach ?

Dopóki cena nawozów azotowych nie przerażała i była akceptowana, wielu rolników nawet się nie zastanawiało nad maksymalnym wykorzystaniem tego składnika. Obecna sytuacja skłania do myślenia i do poszukiwania rozwiązań.

Jak ograniczyć emisję amoniaku?

Dziś kilka przykładów na to, że można podnieść efektywność azotu, można zminimalizować jego straty, można sterować przemianami form nawozowych i że znaczą część azotu można wyprodukować na polu. A co konkretnie można i należy robić? Przy stosowaniu nawozów naturalnych, organicznych i mineralnych zawierających azot trzeba graniczyć do minimum straty gazowe azotu (głównie amoniaku) oraz z tytułu wypłukiwania (przede wszystkim forma saletrzana).

Zaczniemy od możliwości redukcji strat z nawozów mineralnych, bo to one biją rekordy cenowe, a największe straty są przy stosowaniu nawozów na bazie mocznika. Wiemy wszyscy, że tradycyjnego mocznika już nie ma a jedynie ten wysokoskoncentrowany nawóz występuje w wersji z inhibitorami ureazy. Nakaz stosowania inhibitorów UE wprowadziła w związku z koniecznością redukcji emisji amoniaku.

UE rekomenduje zresztą rolnikom, aby nawozy na bazie mocznika zastępować nawozami na bazie azotanu amonu oraz w miarę możliwości zastępować nawozy mineralne nawozami naturalnymi i generalnie stosować nawożenie azotem pod potrzeby roślin, w okresach ich krytycznego zapotrzebowania i najlepiej wgłębnie rzędowo.

• Obornik jest doskonałym nawozem bogatym nie tylko w azot. Jego wartości przez straty azotu w postaci amoniaku nie można zmarnować. Za rozrzutnikiem obornika powinien od razu ruszać pług

Największe straty wynikają z mocznika

Straty azotu w formie amoniaku z mineralnych nawozów azotowych mogą zawierać się w szerokim przedziale w zależności od warunków glebowo-klimatycznych, techniki aplikacji, rodzaju zastosowanego nawozu i pH gleby. Straty z nawozów azotowych takich jak: fosforan amonu, siarczan amonu, mocznik i roztwory mocznika szacuje się w zależności od warunków na 5–40%, przy czym te największe dotyczą właśnie mocznika, równie obecnie produkowanego z inhibitorami ureazy. Oczywiście inhibitory redukują straty spowalniając hydrolizę nawozu, ale dalej uwalnianie amoniaku ma miejsce. Natomiast straty z saletry amonowej są mniejsze – to od 0,5 do maksymalnie 5% całkowitej ilości stosowanego w tej formie azotu.

Forma amidowa azotu zawarta w moczniku w wyniku oddziaływań enzymu ureazy pochodzenia mikrobiologicznego, a także ureazy pozaustrojowej, związanej z glebą, ulega dynamicznemu procesowi hydrolizy, w wyniku czego powstaje nietrwały węglan amonu. Związek ten bardzo szybko ulega rozkładowi do NH3 i dwutlenku węgla. Jeśli rozkład mocznika następuje na powierzchni gleby te gazy trafiają do atmosfery.

To oczywiście uproszczony schemat prowadzący do strat gazowych azotu z mocznika, których poziom zależy głównie od właściwości gleby (struktury, zawartości substancji organicznej, zawartości wody, pH), dawki nawozu, warunków klimatycznych (temperatury, prędkości wiatru, opadów) oraz obecności roślin. Na początku podaliśmy, że te straty azotu z mocznika dochodzą do 40%, ale w skrajnych przypadkach zwłaszcza przy wysokich temperaturach te straty mogą być większe, bowiem potencjał uwalniania się amoniaku podwaja się przy zwiększeniu temperatury o każde 5 st. C. Przy takich faktach nie ma się co zastanawiać – trzeba redukować emisję amoniaku, bo można i warto.

Co dają inhibitory ureazy?

W celu zmniejszenia emisji amoniaku z mocznika zaleca się jak najszybsze wymieszanie go z glebą.

To najprostsze do wykonania i efektywne działanie, bowiem przykrycie mocznika glebą natychmiast po zastosowaniu daje obniżenie emisji amoniaku o ok. 50–80%. Bardziej skomplikowaną operacją jest iniekcja mocznika do gleby, najlepiej w czasie siewu roślin, ale uwaga – tak aby wprowadzony nawóz był możliwie jak najdalej od nasion, bo hamuje ich kiełkowanie. Z badań wynika, że taki sposób aplikacji może ograniczyć emisję amoniaku z mocznika nawet o 90%.

Dla poziomu emisji i strat kluczowa jest szybkość przemiany mocznika (hydrolizy), a ta zależy od temperatury. Przy temp. 30 st. C hydroliza mocznika (starej wersji bez inhibitora) zachodzi w ciągu 2 dni, w temp. 20 st. C – w 7 dni, ale już w temp. 10 st. C hydroliza mocznika zachodzi w 21 dni, a przy niższej temperaturze trwa jeszcze dłużej. Mocznik z inhibitorem wydłuża dostępność azotu dla roślin z 6–8 tygodni (zwykły mocznik) do 8–12 tygodni (mocznik z inhibitorem). Nawet niewielki dodatek inhibitora do moczniku redukuje emisję amoniaku o 70% (w przypadku RSM o 40%).

Wydawać by się mogło, że to gorszy wynik niż szybkie przemieszanie nawozu z glebą. Pamiętajmy, że to dwie różne możliwości ograniczenia strat, bo stosujemy mocznik z inhibitorem i wprowadzimy go do gleby iniekcyjnie – ograniczymy straty do minimum. Takie dane podają oczywiście producenci nawozów. Są też na rynku wersje mocznika otoczkowanego polimerami (ogranicza to emisję amoniaku o 30%).

Nie zapominajmy o podstawowych zasadach stosowania nawozów azotowych, to jest w ilościach pod potrzeby roślin z uwzględnieniem azotu ze wszystkich źródeł i w podzielonych dawkach, w okresach krytycznego zapotrzebowania roślin.

W jaki sposób uratować potencjał nawozów naturalnych?

Skupiliśmy się na moczniku, ale warto podać ważne fakty dotyczące strat azotu z nawozów naturalnych. W ich przypadku w czasie składowania, przechowywania i aplikacji straty mogą być bardzo duże. Każdy kilogram azotu jest dziś z oczywistych przyczyn szczególnie cenny. Ceny nawozów oszalały i warto w gospodarstwach zajmujących się chowem i hodowlą zwierząt jak najlepiej wykorzystać ten własny azot z gnojówki, gnojowicy i obornika.

W czasie magazynowania nawozów naturalnych (zależnie od technologii) straty azotu oceniane są na 2 do nawet 30%. Po przechowaniu przychodzi czas na aplikację, a na tym etapie straty są znacznie większe. Wpływa na to wiele czynników i rzecz jasna mówimy o stratach azotu w formie amoniaku a nie całego azotu zawartego w nawozach naturalnych. Najczęściej popełnianym przez rolników błędem jest zbyt duża zwłoka z przyoraniem (wymieszaniem z glebą) nawozów po aplikacji. Najlepiej zrobić to natychmiast (90% redukcji emisji), maksymalnie do 4 godzin po aplikacji (45–65% redukcji emisji amoniaku).

To ważne, ale zyskać można jeszcze więcej przez stosowanie do gnojowicy inhibitorów nitryfikacji, które mają za zadanie ustabilizować formę amonową azotu. Generalnie nitryfikacja jest procesem rolniczo korzystnym. Odbywa się na początku przy udziale bakterii nitryfikacyjnych, gdzie jony amonowe przechodzą w azotyny, a potem przez kolejne bakterie, które utleniają azotyny do azotanów. Niestety, azotany tworzone są w tym procesie zbyt szybko i w ilościach, których rośliny nie mogą wykorzystać. Dlatego są wymywane albo uwalniają się do atmosfery w formie podtlenku azotu. Proces nitryfikacji zachodzi oczywiście w warunkach tlenowych i znacznie go przyspiesza temperatura. Np. w temperaturze 5 st. C nitryfikacja azotu z zaaplikowanej na pole gnojowicy trwa 6 tygodni, ale kiedy temperatura wynosi 20 st. C nitryfikacja trwa tylko tydzień. To oznacza straty azotu.

Tych strat można uniknąć spowalniając nitryfikację i stabilizując w glebie formę amonową azotu, która jest wykorzystywana przez rośliny i w odróżnieniu od formy azotanowej, jest sorbowana przez glebę. Są bowiem na rynku produkty (np. Vizura) zawierające inhibitory nitryfikacji. Ich zadaniem jest stabilizowanie formy amonowej azotu. Inhibitor hamuje aktywność bakterii nitryfikacyjnych – hamuje, ale nie blokuje tego procesu całkowicie. Z badań wynika, że nitryfikacja zastosowanej gnojowicy z dodatkiem inhibitora nitryfikacji w warunkach 5 st. C trwa 10–14 tygodni (o 4 do 8 tygodni dłużej niż bez inhibitora), a przy temperaturze 20 st. C trwa 4–6 tygodni (o 3–5 tygodnie dłużej niż bez inhibitora).

Jak zabezpieczyć azot zawarty w gnojowicy?

Skuteczną metodą zmniejszającą straty azotu z aplikowanej gnojowicy jest jej zakwaszanie kwasem siarkowym. Dla zdecydowanej większości polskich rolników jest to nadal ciekawostka, mimo że taką technologię ograniczania strat azotu z gnojowicy uciekającego z niej w postaci amoniaku w Danii stosuje się od bardzo dawna. Wiem, że tą technologią interesuje się wielu polskich rolników, a jej efektywność badały polskie instytuty, m.in. IUNG – PIB w Puławach. O co w tym wszystkim chodzi?

W dużym skrócie o zahamowanie emisji amoniaku z gnojowicy przez związanie azotu amonowego w formę mineralną – w siarczan amonu. Taki proces zachodzi w niższym pH niż naturalny dla gnojowicy. Gnojowica bydlęca ma pH ponad 7, a gnojowica świńska jest jeszcze bardziej alkaliczna, nawet ponad 8 pH. Wysokie pH gnojowicy to główny powód tego, że amoniak bardzo szybko ulatnia się w czasie przechowywania, a zwłaszcza podczas jej aplikacji na polu. W skrajnych przypadkach, przy rozlewie gnojowicy wozami asenizacyjnymi z płytą rozbryzgową straty amoniaku mogą przekraczać 50%, a na gruntach ornych przy ciepłej pogodzie nawet 90%. Tutaj należy się oczywiście wyjaśnienie. Azot w gnojowicy występuje w różnych formach i analizujemy tutaj tylko azot w formie amoniaku.

W doświadczeniach wykonywanych w Polsce badano, jaki jest optymalny poziom pH gnojowicy, przy którym ulatnianie się amoniaku jest minimalne. Zakwaszano ją do poziomu pH 5,5, ale z praktycznego punktu widzenia najlepiej jest obniżyć pH do ok. 6,0. Niestety, na oko nie da się określić dokładnych proporcji stosowania kwasu siarkowego, bo każda gnojowica (to zależy od wieku zwierząt, rodzaju stosowanych pasz i zbiorników do przechowywania) ma inne pH i zawartość suchej masy.

Z informacji publikowanych przez IUNG – PIB Puławy wynika, że na zakwaszenie 1 tony gnojowicy o przeciętnych parametrach do pH w granicach 6,0 trzeba zastosować 4–5 kg stężonego kwasu siarkowego (96% H2SO4). W gnojowicy zakwaszonej do tego poziomu straty z tytułu ulatniania się amoniaku są minimalne. Amoniak (NH3) przy niższym pH, ale też przy obecności jonów siarki, tworzy jony amonowe (powstaje siarczan amonu, jak w nawozach mineralnych). Zakwaszenie gnojowicy powoduje w efekcie zmniejszenie emisji amoniaku o 40%, a jego związanie w jony amonowe znacznie podnosi wartość nawozową tego naturalnego nawozu. Dodatkowo mamy w tym nawozie siarkę, bardzo potrzebną i korzystną dla nawozowej efektywności azotu.

Technologia, której barierą wprowadzenia w Polsce jest cena

Krajem, w którym rolnicy w praktyce i masowo wykorzystują technologię zakwaszania gnojowicy stężonym kwasem siarkowym, jak wspomniałem jest Dania. Technologia została tam wprowadzona z powodu nadmiaru nawozu naturalnego i aspektów środowiskowych. Istnieją instalacje do zakwaszania gnojowicy w gospodarstwie, ale zdecydowana większość rolników w Danii zakwasza gnojowicę na chwilę przed jej aplikacją. Stężony kwas siarkowy jest aplikowany do gnojowicy z przewoźnego, zawieszanego z przodu ciągnika dozownika kwasu o nazwie SyreN lub SyreN+. Wg szacunków obecnie już ponad 20% gnojowicy w Danii zakwasza się kwasem siarkowym, a wg prognoz do 2030 r. będzie to 70%.

Barierą dla wprowadzenia tej technologii w Polsce jest cena. Trzeba mieć naprawdę dużo gnojowicy i pól, aby ją zastosować. Mimo pomysłowości polskich rolników przestrzegam przed eksperymentami z siarką na własną rękę. Stężony kwas siarkowy jest niebezpieczny. Przy stosowaniu tej technologii kwas powinien być dostarczony przez wyspecjalizowaną firmę, wyspecjalizowanym sprzętem. Do zbiornika magazynującego gnojowicę też musi go aplikować odpowiednio przeszkolony pracownik.

Zakwaszanie gnojowicy zmniejsza znacznie emisję amoniaku, a stosowane w zbiornikach do magazynowania zmniejsza także emisję metanu (aż o 80%) i przykrych odorów. W polskich badaniach wykazano, że plon kukurydzy nawożonej tą samą dawką gnojowicy zakwaszonej jest o 10–15% wyższy w stosunku do użycia gnojowicy niezakwaszonej. To z pewnością efekt uratowania części azotu, ale też lepszej wartości nawozowej i obecności siarki, które podnosi efektywność azotu. Zakwaszanie gnojowicy stabilizuje zawartą w niej formę amonową.

• Pamiętajmy, że znaczne ilości azotu może nam dać uprawa roślin bobowatych, mieszanek z bobowatymi, międzyplonów i wsiewek z ich udziałem. Nie każdy jednak wie, że azot atmosferyczny mogą wiązać dla roślin także wolnożyjące bakterie glebowe (głównie Azotoba cter) i są na rynku produkty mikrobiologiczne mobilizujące środowisko glebowe do wiązania azotu atmosferycznego

Schładzanie, separacja i rozwadnianie

Ulatnianie amoniaku w czasie magazynowania gnojowicy ogranicza tworzący się na wierzchu kożuch. Są też na rynku różne preparaty zalecane do dodawania do gnojowicy w celu ograniczenia ulatniania się amoniaku. Taki efekt w okresie przechowywania można uzyskać przez obniżenie temperatury gnojowicy i spowolnienie procesów w niej zachodzących. Wymaga to jednak specjalnej technologii testowanej np. w Finlandii, gdzie pod rusztami zakłada się instalację na zasadzie „pompy wodnej” odbierającej ciepło z gnojowicy. Zdecydowanie najlepiej ulatnianie się amoniaku z gnojowicy ogranicza zmniejszenie w niej zawartości suchej masy przez separację oraz obniżenie pH tego nawozu.

Tempo ulatniania się amoniaku zależy od zawartości suchej masy w gnojowicy. Z badań wynika, że w przypadku, gdy zawartość suchej masy wynosi 6%, zakres utleniania amoniaku z gnojowicy jest o ok. 20% wyższy niż z gnojowicy z 2% zawartością suchej masy. Ta wiedza jest wykorzystywana w wielu gospodarstwach i to na dwa sposoby. Najprostszy to oczywiście rozwodnienie gnojowicy przed aplikacją. Drugi to separacja gnojowicy, gdzie po oddzieleniu frakcji stałej zawartość suchej masy w gnojowicy jest niewielka – ok. 1%.

Obok obniżenia suchej masy oraz zakwaszenia gnojowicy na ulatnianie amoniaku wpływa mocno sposób i warunki jej aplikacji. Straty są tym większe, im wilgotność powietrza w czasie aplikacji jest niższa i im wyższa jest temperatura powietrza.

Rolniku, zwróć uwagę na formę aplikowanego azotu i preferencje roślin

Możliwości ograniczania strat azotu, podnoszenia jego efektywności, czy produkcji na polu (i to nie tylko przez bakterie brodawkowe) jest wiele. Uprawa bobowatych, międzyplonów z bobowatymi, mieszanek zbożowo-strączkowych, stosowanie wsiewek bobowatych w rzepaku ozimym, współrzędowa uprawa kukurydzy z fasolą tyczną – to wszystko służy pozyskaniu azotu na polu, o czym pisaliśmy i będziemy pisać. Na zakończenie przypomnę, że w nawożeniu azotem warto i trzeba wykorzystywać wiedzę o właściwościach jonów azotu.

Forma saletrzana (azotanowa) jest najszybciej przyswajana, ale forma amonowa w roślinie nie musi ulegać redukcji i nie wymaga dodatkowego nakładu energii roślin. Forma saletrzana gorzej jest pobierana w warunkach chłodnej wiosny, niż forma amonowa, której to nie przeszkadza. Azot amonowy jest typowo przedsiewną formą azotu, dobrze zatrzymywaną (sorbowaną) w glebie. Ogólnie jest wolniej pobierana przez rośliny, dobrze działa również w niskich temperaturach. Przy temperaturze gleby poniżej 10–12 st. C forma amonowa pobierana jest w większych ilościach niż forma saletrzana. Wskazane jest wymieszanie formy amonowej z glebą. Azot amonowy sprzyja rozwojowi systemu korzeniowego, lepszemu krzewieniu, sprzyja pobieraniu fosforu, siarki, boru, czyli pierwiastków stymulujących prawidłowe krzewienie, fotosyntezę, odporność roślin itd. Jej stosowanie ogranicza akumulację azotanów w roślinach.

Azot saletrzany w nawożeniu jest formą typowo pogłówną, a największą wadą jej jest, że ulega wymywaniu (nie jest sorbowana). Straty formy saletrzanej są tym większe, im dłużej nawóz czeka na pobranie przez korzenie roślin. Do większych strat azotu w tej formie dochodzi na glebach ciężkich i wilgotnych (denitryfikacja) i na glebach najlżejszych, z których jest wymywany przez opady atmosferyczne. Azot azotanowy lepiej działa w wyższych temperaturach (w niskich działa bardzo wolno) i nie wymaga mieszania z glebą. Zaleca się stosować go w czasie intensywnego wzrostu roślin (saletra sodowa, magnezowa, potasowa i wapniowa). Stosowanie formy saletrzanej wpływa korzystnie na pobieranie przez rośliny potasu, magnezu i wapnia. Wpływa jednak na gromadzenie azotanów w roślinach, szczególnie w tych o krótkim okresie wegetacji, uprawianych w niższych temperaturach, podczas krótkiego dnia (wczesna wiosna, jesień) oraz zbieranych we wczesnych fazach ich rozwoju (np. pokosy traw). Azotany powodują większe uwodnienie roślin, co obniża ich mrozoodporność, dlatego nie wolno stosować ich jesienią, a także pogarszają właściwości przechowalnicze płodów rolnych.

Dodatnio na nawożenie formą amonową reagują ziemniaki i kukurydza oraz rośliny tolerujące niskie pH gleby, gdyż kationy amonowe są fizjologicznie kwaśne i zakwaszają glebę w trakcie pobierania. Na nawożenie formą saletrzaną bardzo dobrze reagują buraki cukrowe.

• Za każdy 1% udziału roślin bobowatych na TUZ, niezależnie od sposobu ich użytkowania (kośnego lub pastwiskowego) i warunków glebowych, można zmniejszyć nawożenie azotem o 2,5 kg N/ha

Marek Kalinowski

Oprac. Natalia Marciniak-Musiał na podstawie artykułu Marka Kalinowskiego pt. Ograniczyć straty i podkręcić efektywność azotu, który ukazał się w Tygodniku Poradniku Rolniczym 45/2021 na str. 16. Jeśli chcesz czytać więcej podobnych artykułów, już dziś wykup dostęp do wszystkich treści na TPR: Zamów prenumeratę.

Zdjęcia: Marek Kalinowski