Jak zmniejszyć zimowe straty składników pokarmowych z gleby?

Pod koniec zimy zaczniemy zastanawiać się nad ryzykiem strat składników pokarmowych z gleby. Duża ich część zostanie zatrzymana w sposób naturalny. Jednak nie wszystkie. Od czego to zależy i czy można zmniejszyć straty?

Składniki pokarmowe w glebie, czy to podane w nawozach jesienią lub pod poprzednią uprawę, a nie wykorzystane przez nią, czy związane w materii organicznej, np. resztek pożniwnych lub biomasie mikroflory, czy uwolnione z naturalnych zasobów gleby (i powietrza) podzielone są na dwie kategorie: ujemnie naładowane aniony i dodatnie kationy. Ładunek elektryczny wpływa na właściwości przyciągania składników w formie jonów (w takiej muszą być, aby zostały pobrane przez rośliny). Jak może pamiętamy z chemii (i z życia) – przeciwieństwa się przyciągają: plusy ciągną do minusów, a minusy do plusów. Ponieważ najdrobniejsze cząstki gleby, czyli tzw. koloidy glebowe oraz próchnica mają na swojej zewnętrznej powierzchni ładunek ujemny, to przyciągają to co dodatnie – czyli kationy.

Dodatnie kationy

Do kationów należą głównie te składniki, które są jonami metali z pierwszej i drugiej grupy (kolumny) układu okresowego pierwiastków (uff... znowu ta chemia), czyli np. wapnia (Ca²⁺), magnezu (Mg²⁺), potasu (K⁺), sodu (Na⁺) oraz kation amonowy (NH₄⁺). Są ot jony o tzw. charakterze zasadowym (w połączeniu z grupą OH^- tworzą wodorotlenki). I to kationy są zatrzymywane na minerałach ilastych i próchnicy.

Ujemne aniony

Aniony, a konkretnie jony o charakterze kwasowym mają ładunek ujemny i nie są przyciągane przez minerały ilaste czy próchnicę. Do nich należą m.in. aniony: azotanowy (NO₃^-), ortofosforanowy (H₂PO₄^-), siarczanowy (SO₃^2-), siarczkowy (S^2-). Minusy nie są przyciągane przez ujemne minerały ilaste. Dlatego kationy (oprócz fosforanowego) są łatwo wypłukiwane z gleby np. na skutek wnikania wody w głąb gruntu, a stamtąd dostają się do wód podziemnych, a dalej do jezior i rzek, gdzie odpowiadają za zwiększenie żyzności wód i ich tzw. eutrofizację, co jest zjawiskiem niekorzystnym dla środowiska.

Zdolności gleby do zatrzymania składników pokarmowych to tzw. sorpcja, a miejsce, w których są one zatrzymywane to kompleks sorpcyjny gleby. To właśnie w skład tego kompleksu wchodzą wspomniane wyżej minerały ilaste oraz próchnica. Jednak nie tylko kompleks sorpcyjny zatrzymuje składniki pokarmowe. Jest kilka mechanizmów sorpcji:

chemiczna – do niej należy omówione wyżej łączenie jonów z koloidami za pomocą wiązań jonowych;
fizyczna – pod względem mechanizmu podobna do chemicznej, jednak opiera się ona na wiązaniach fizycznych, zwykle słabszych od chemicznych, np. za pomocą oddziaływania międzycząsteczkowego – sił van der Waalsa i siłami tymi także mogą być zatrzymywane jony w kompleksie sorpcyjnym;
fizykochemiczna (wymienna) – polega na oddziaływaniu sił chemicznych, które powodują zmianę rozkładu sił fizycznych, następnie w wyniku zmian fizyki zmienia się chemia – jest to ważny rodzaj sorpcji, ponieważ pozwala na zatrzymywanie i uwalnianie składników pokarmowych, np. w wyniku zmian pH gleby;
mechaniczna – jony zatrzymywane są w sposób mechaniczny, np. przez lód tworzący się w glebie czy przez warstwę nierozłożonych resztek pożniwnych;
biologiczna – składniki pokarmowe zatrzymywane są w biomasie organizmów glebowych (mikro i makroorganizmów, w tym w korzeniach roślin uprawnych i chwastów, a następnie po ich obumarciu w martwej materii organicznej (w tym w resztach pożniwnych i zielonych nawozach), skąd są uwalniane w procesie mineralizacji.

W okresie zimowym większego znaczenia dla zatrzymania anionów i kationów nabierają sorpcje mechaniczna i biologiczna. Pozwalają one na zapobieganie stratom także anionów. Czy te dwa rodzaje sorpcji można jakoś wzmacniać?

Nie mamy większego wpływu na długość utrzymania zmarzniętej gleby, czyli sorpcji mechanicznej. Możliwe jest natomiast w pewnym, choć niewielkim stopniu zwiększenie głębokości wnikania mrozu w głąb gleby (patrz artykuł pt. Mróz glebie nie straszny, a często nawet jest wskazany. Jak wspomóc przenikanie chłodu w głąb gleby?).

Możliwe jest jeszcze zwiększenie sorpcji mechanicznej dzięki zmianie struktury gleby na gruzełkową. Do tego jednak konieczne jest regulowanie pH oraz zwiększanie ilości materii organicznej w glebie (uprawy uproszczone, siew roślin na zielony nawóz itp.).

Skarb w materii organicznej

Zwiększenie sorpcji biologicznej to także techniki związane z budowaniem większej ilości materii organicznej w glebie. Zaczynamy zatem od regulacji pH (do poziomu co najmniej 6,6, ale nie więcej niż 7,2). Następnie wprowadzamy biomasę resztek pożniwnych, zielonych nawozów, nawozów naturalnych i organicznych i w końcu przechodzimy na system uprawy uproszczonej lub zerowej.

Po co te kationy?

Zatrzymanie kationów w kompleksie sorpcyjnym, zwłaszcza na zasadzie sorpcji wymiennej, ma duże znaczenie dla odżywiania roślin w trakcie wegetacji, gdy korzenie docierają do głębszych warstw gleby. Pozwala o na konkretne oszczędności. Jednak, aby sobie na nie pozwolić, konieczna jest wiedza o ich obecności i poziomie. Informacji o tym dostarczy badanie próbek gleby na zawartość kationów wymiennych. Jak interpretować te wyniki? Porozmawiamy o tym podczas styczniowego seminarium uprawowego. Kwestie tę przybliży dr hab. Bartłomiej Glina, prof. UP w Poznaniu.