Praca opublikowana w Zeszytach Naukowych Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, Rozprawy zeszyt 267, Michał Kopeć

Transkrypt

1 Praca opublikowana w Zeszytach Naukowych Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, Rozprawy zeszyt 267, Michał Kopeć Dynamika plonowania i zmian jakości runi łąki górskiej w okresie 30 lat doświadczenia nawozowego spis treści 1

2 Spis treści 1. Wstęp 2. Opis doświadczenia i metody badań 2.1. Lokalizacja doświadczenia i zabiegi pratotechniczne 2.2. Warunki klimatyczne 2.3. Metody badań 3. Wyniki i dyskusja 3.1. Dynamika plonowania runi łąkowej Wpływ warunków klimatycznych na plon runi Zmienność plonowania runi w okresie 30 lat Wpływ wapnowania na plon runi Reakcja runi na przerwy w nawożeniu 3.2. Dynamika zmian składu florystycznego runi łąkowej 3.3. Skład chemiczny runi łąkowej Zawartość makroskładników Masa pobranych makroskładników Wzajemne relacje makroskładników Zawartość wybranych metali śladowych (Cu, Zn, Mn i Cd) 3.4. Właściwości fizykochemiczne gleby Zakwaszenie gleby Zawartość kationów wymiennych w glebie 4. Podsumowanie wyników i wnioski Podziękowanie Literatura Summary 2

3 1. Wstęp spis treści W dzisiejszych czasach coraz większego znaczenia nabiera kwestia zachowawczości rolnictwa. Wynika to z szeroko rozumianych zmian, jakie zaszły w ostatnich kilku dziesięcioleciach w rolnictwie i ekologii. Zachowawczość rolnictwa rozumiana jest jako jego zdolność do zaspokajania potrzeb ludzi żyjących współcześnie bez narażania na ryzyko potrzeb następnych pokoleń [Fotyma i Filipiak 1996]. O ile termin rolnictwo zachowawcze staje się dość powszechnie akceptowany, o tyle sama koncepcja ciągle pozostaje skomplikowaną i kontrowersyjną [Faber 1994]. Mówiąc o rolnictwie zachowawczym, bierze się pod uwagę takie jego aspekty, jak utrzymywanie zasobów naturalnych i ochrona środowiska w nieograniczonym czasie, traktowanie zdrowia i bezpieczeństwa ludzi jako wartości nadrzędnej, produkowanie potrzebnej ilości żywności w sposób opłacalny. W Unii Europejskiej wydano przepisy prawne dotyczące metod produkcji rolniczej zgodnej z zasadami ochrony środowiska i zachowania krajobrazu [Directive 2078/92/EEC 1992]. Zaleca się zredukowanie zużycia nawozów, wprowadzanie ekologicznych oraz utrzymywanie bardziej ekstensywnych metod produkcji, przekształcanie gruntów ornych w ekstensywne użytki zielone i stosowanie praktyk gospodarskich pozwalających na zachowanie zasobów naturalnych. W przygotowaniu jest projekt Międzynarodowej Konwencji o Ochronie Gleb [Dębicki i Gliński 1999]. W dokumencie tym podkreśla się potrzebę ochrony gleb i ich zrównoważonego użytkowania, tj. takiego wykorzystywania gleb, które zapewnia równowagę między procesami powstawania gleb a ich degradacją oraz gwarantuje zachowanie ich podstawowych funkcji. Zaleca się wdrażanie Kodeksu Dobrej Praktyki Rolniczej [Fotyma i in. 1996]. Istnieje pogląd [Faber 1994], że wobec złożonego charakteru rolnictwa powinno się badać wszystkie jego formy i aspekty od rolnictwa nieracjonalnie intensywnego po rolnictwo ekologiczne. Pomiar plonów roślin (ich trendów i zmienności), bilans biogenów, trwałość pokrywy glebowej, jakość gleby i wody są elementami pozwalającymi zrozumieć środowisko. Skrajnym poglądem powstałym w ostatnich latach jest diametralne przejście od intensyfikacji gospodarki na użytkach zielonych do jej ekstensyfikacji [Kostuch 1997]. Z punktu widzenia ekologizacji rolnictwa w łańcuchu pokarmowym niezmiernie ważne jest utrzymanie różnorodności biocenoz. Odpowiednie stosowanie zabiegów pratotechnicznych powinno umożliwić zachowanie potencjału plonotwórczego. Jednocześnie trzeba przestrzegać zasady, że zamiast dążyć do osiągania wysokich i uproszczonych florystycznie plonów należy 3

4 - nawet licząc się ze zmniejszeniem wydajności biomasy - wzbogacać skład botaniczny runi, gdyż to przyczynia się do poprawy jej wartości pokarmowej i odżywczej. W tym celu powinno się ekstensyfikować nawożenie użytków zielonych, wprowadzając jednocześnie zmiany częstotliwości koszenia i wypas runi [Karkoszka i Kostuch 1970, Gajda 1994, Krajčovič i Cunderlik 1997]. Nawożenie organiczne i wypas górskich użytków zielonych z powodu ich dużej odległości od gospodarstw, spadku terenu, rozłogu pól i innych przyczyn jest często niewykonalne, dlatego doświadczenia nad nawożeniem górskich użytków zielonych prowadzi się głównie w oparciu o nawozy mineralne. Pogląd całkowitego wstrzymania nawożenia lub znacznego jego ograniczenia jest jednak bardzo kontrowersyjny, gdyż skutki takiego działania są trudne do przewidzenia. Gorlach [1982] uważa, że w takiej sytuacji w krótkim czasie doszłoby do zmniejszenia zasobności gleby w składniki pokarmowe. Należy więc mówić nie o zaprzestaniu czy ograniczeniu stosowania nawozów, ale o konieczności doskonalenia technologii nawożenia, tak aby wzrastała się efektywność tego zabiegu, a zarazem były prawie zupełnie wykluczone jego ujemne następstwa, jak pogorszenie jakości plonów i skażenie środowiska. Poznanie procesów produkcji rolnej, szczególnie w makroskali, wymaga monitorowania w czasie i przestrzeni zmian zachodzących na różnych poziomach organizacji systemów rolniczych i ekologicznych. Ze względu na zmiany w czasie żyzności gleby oraz pozostające w ścisłej z nią zależności plonowanie i skład jakościowy uprawianych roślin, przydatnym narzędziem badawczym są wieloletnie statyczne doświadczenia polowe. Większość statycznych doświadczeń nawozowych dotyczy gruntów ornych i roślin uprawianych w zmianowaniu. Do najdłużej prowadzonych należą doświadczenia w Rothamsted - Wielka Brytania, od 1844, Askow Dania, od 1894, Lauchstadt Niemcy, od 1902, Moskwie - Rosja, od 1912, Skierniewicach Polska, od Doświadczenia wieloletnie dają pełny obraz efektywności nawożenia w całej rotacji, gdyż uwzględniają nie tylko nawożenie pod konkretną roślinę, ale również składniki nie wykorzystane w poprzednich latach. Długoletnie stosowanie różnych systemów nawożenia lub różnych dawek składników pokarmowych może wpływać nie tylko na wielkość plonów uprawianych roślin i ich skład chemiczny, ale również na zmiany właściwości fizycznych i chemicznych środowiska glebowego. Trwałe zbiorowiska łąkowe są strukturami o wiele bardziej złożonymi niż jednogatunkowe uprawy polowe lub mieszanki traw w uprawach przemiennych. Zmiany zachodzące na łące trwałej, obejmujące długotrwałe dynamiczne sukcesje, prowadzą w konsekwencji do przemian w środowisku biotycznym i abiotycznym, których właściwości określają tempo tych zmian i ich granice [Arnold i in. 1976, Mannetje i 4

5 Paoletti 1992, Czuba i Murzyński 1993ab, Okruszko i Gotkiewicz 1993, Poulton i Johnston 1993, Grace i Oades 1994, Long-term experiments , Krajčovič 1997, Piekut 1997]. Po sześciu latach doświadczeń w dwóch siedliskach łąkowych Gorlach i Curyło [1978] stwierdzili, że brak podstaw do wyjaśnienia zmniejszania się plonów czasem trwania doświadczenia. Krótkotrwałe doświadczenia na użytkach zielonych nie pozwalają określić odpowiedniego poziomu nawożenia lub odpowiedniego stosunku składników w dawce nawozowej, co prowadzi do zaburzenia ich równowagi w środowisku. Znaczenia nabierają szczególnie wieloletnie badania i obserwacje obiektów łąkowych na glebach kwaśnych [Gajda 1996]. Spośród bardzo wielu doświadczeń nawozowych założonych na użytkach zielonych [Doboszyński 1996] tylko nieliczne prowadzono w okresie lat lub dłużej [La Lande Cremer 1976, Arnold i in. 1976, Thurston i in. 1976, McEwen i in. 1984, Czuba i Murzyński 1993a, Gorlach i Curyło 1993, Kopeć 1993, Malhi i in. 1992, Holubek i Jancovic 1993, Klęczek i in. 1993, Lihan i Jezikova 1993, Krajčovič i in. 1993, Poulton i Johnston 1993, Okruszko i Gotkiewicz 1993, Smith i in. 1996, Krajčovič 1997, Wasilewski 1999]. Charakterystyczny w początkowym okresie tych doświadczeń jest wzrost plonów i zmiana składu botanicznego runi łąkowej pod wpływem nawożenia. Duże zdolności produkcyjne roślinności łąkowej, buforujące zmiany wywołane nawożeniem, maleją wraz z czasem jego stosowania. Zmiany składu botanicznego, obieg składników pokarmowych, zmiany właściwości fizykochemicznych gleby, zmiany zawartości próchnicy, ograniczenie uprawek pielęgnacyjnych tylko do koszenia roślin mogą być czynnikami stopniowej degradacji gleby i zmniejszania potencjału plonotwórczego użytku zielonego. Uważa się, że reakcja łąki na zabiegi pratotechniczne jest skumulowanym efektem tych czynników [Arnold i in. 1976, Tilman i in. 1994, Piekut 1997]. Zmiany właściwości gleb mają większy wpływ na efektywność nawożenia mineralnego użytków zielonych, niż gruntów ornych, ponieważ skutki - pozytywne lub negatywne są bardziej trwałe. Doboszyński [1996] w syntezie prac dotyczących nawożenia użytków zielonych w latach stwierdza, że należy poszukiwać rozwiązań (mając na uwadze trwałość użytku zielonego), które pozwolą stwierdzić jak małe dawki nawozów (przy harmonijnym ich wspomaganiu innymi zabiegami) są niezbędne do uzyskania odpowiednich wyników produkcyjnych. Potwierdzają to inni badacze [Zimková 1995, Krajčovič 1997]. W świetle tych problemów znaczenia nabiera ustalenie takiego systemu gospodarowania, który realizowałby założenia rolnictwa zachowawczego. Towarzyszyć temu musi świadomość, że osiągnięcie całkowitej równowagi jest niemożliwe, wobec tego celem 5

6 się staje już samo dochodzenie do niej [Duer 1994, Piekut 1997]. Zróżnicowanie i bogactwo florystyczne trwałych użytków zielonych jest z wielu względów ich najważniejszą wartością, która w pełni zasługuje na zachowanie, chociaż niekiedy koliduje z aspektami gospodarczymi. Wydaje się, że intensyfikacja rolnictwa ma uzasadnienie wówczas, gdy pamięta się o zrównoważeniu wszystkich elementów wpływających na produkcję rolną [Krajčovič 1997, Piekut 1997]. System rolniczego gospodarowania powinien charakteryzować się zachowawczością, a podstawową jego ideą powinna być zasada pozostawienia warsztatu w nie gorszym stanie, niż ten, w jakim się go zastało [Duer 1994]. Doświadczenie w Czarnym Potoku, którego dotyczy niniejsza praca, jest jednym z niewielu kontynuowanych wieloletnich doświadczeń na użytkach zielonych. W 1995 roku włączono je do Międzynarodowego Programu Global Change and Terrestrial Ecosystems (Smith i in. 1996). Poznanie zmian zachodzących w środowisku łąki górskiej, ze względu na duży areał tych użytków zielonych w Polsce, ma znaczenie praktyczne, gdyż przy długoletnim użytkowaniu opartym wyłącznie na nawożeniu mineralnym istnieje możliwość ich utrzymania zapewniająca wydajność i jakość plonów (Czuba i Murzyński 1993b). Jednocześnie przy takim użytkowaniu łąki te stanowią element ochrony środowiska. Celem pracy jest przedstawienie zmian dotyczących reakcji runi łąkowej w 30-letnim okresie zróżnicowanego nawożenia mineralnego, a w szczególności: wyznaczenie potencjału plonowania użytku zielonego systematycznie nawożonego oraz wapnowanego z uwzględnieniem wierności i równomierności plonowania w wieloleciu, określenie zmian zawartości składników pokarmowych w runi łąkowej nawożonej w długim okresie czasu, określenie dynamiki efektywności nawożenia przy różnych dawkach stosowanego azotu, określenie dynamiki zmian cech jakościowych runi w zależności od dostarczanych z nawożeniem składników pokarmowych oraz wskazanie możliwości i uzasadnienie potrzeby zachowawczości w systemie rolniczego gospodarowania na górskich użytkach łąkowych. Stosowanie w warunkach górskich nawożenia mineralnego w dawce 90 kg azotu na hektar na tle nawożenia fosforem i potasem oraz systematyczne wapnowanie użytku łąkowego pozwala w długim okresie czasu na: podtrzymanie lub zwiększenie produkcji, zmniejszenie ryzyka produkcji, 6

7 zapobieganie (agrotechnicznie) degradacji środowiska i zasobów naturalnych. Spełnienie pozostałych wymogów zachowawczości systemu (ekonomicznych podstaw zapewnienia trwania produkcji przy społecznej akceptacji jej efektów) w niesprzyjających górskich uwarunkowaniach biologicznych wymaga działań socjoekonomicznych. O potrzebie i zasadności takich działań dla tych obszarów pisał wiele lat temu Caputa [1975], a we współczesnych pracach między innymi Zimková [1995]. 7

8 2. Opis doświadczenia i metody badań spis treści 2.1. Lokalizacja doświadczenia i zabiegi pratotechniczne Miejsce, w którym prowadzono doświadczenie znajduje się w Czarnym Potoku koło Krynicy (20 o 8" E; 49 o 4" N), znajduje się na wysokości około 720 m n.p.m., u podnóża Jaworzyny Krynickiej w południowo-wschodnim masywie Beskidu Sądeckiego, na stoku o nachyleniu 7 o i ekspozycji NNE. Doświadczenie założono w 1968 roku na naturalnej łące górskiej typu bliźniczki - psiej trawki (Nardus stricta L.) i kostrzewy czerwonej (Festuca rubra L.) ze znacznym udziałem roślin dwuliściennych. Na podstawie trzech odkrywek profilowych zaliczono glebę z obszaru doświadczenia do gleb brunatnych kwaśnych, wytworzonych z piaskowca magurskiego o składzie granulometrycznym gliny lekkiej (frakcja 1-0,1 mm 40%, 0,1-0,02 mm 37%, > 0,02 mm 23%) i charakterystycznych trzech poziomach genetycznych: darniowym - AhA (0-20 cm), brunatnienia - ABbr (21-46 cm) i skały macierzystej BbrC (47-75 cm). Właściwości gleby przed założeniem doświadczenia zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Wybrane właściwości gleby przed założeniem doświadczenia w Czarnym Potoku Table 1. Selected properties of soil before the establishment of the experiment in Czarny Potok Warstwa ph H2O ph KCl H exch. H h H w. Layer [cmol (+) kg -1 gleby / soil] P 2 O 5 K 2 O Jony wymienne / Exchangeable ions [mg kg -1 gleby / soil] [mg kg -1 gleby / soil] Ca Mg Na K 0-10 cm 5,20 4,38 4,42 0,46 11,0 135, ,0 20,0 69, cm 5,58 4,48 4,04 0,65 6,0 28, ,0 18,0 61,0 Doświadczenie założono metodą losowanych bloków w pięciu powtórzeniach. Powierzchnia poletek do nawożenia wynosiła 42 m 2 (6 m x 7 m). Doświadczenie obejmuje 8 obiektów nawozowych (tab. 2), w których stosowano jednostronne nawożenie azotem lub fosforem (90 kg N lub 90 kg P 2 O 5 ha -1 ), a na tle (90 kg P 2 O 5 ha -1 i 150 kg K 2 O ha -1 ) azot w dwóch formach (saletra amonowa i mocznik) i dwóch dawkach (90 i 180 kg N ha -1 ). 8

9 W pierwszym roku doświadczenia zastosowano 70 kg K 2 O ha -1, ale ze względu na to, że taka dawka nie zapewniała odpowiedniego poziomu potasu w runi od drugiego roku stosowano 150 kg K 2 O ha -1 (sól potasową). W latach nawozy fosforowe (w dawce 90 kg P 2 O 5 ha -1 ) i potasowe wysiewano jesienią. Od roku 1981 nawozy te wysiewano na wiosnę, przy czym potas (1/2 dawki) uzupełniany był latem po I pokosie. Tabela 2. Schemat nawożenia w statycznym doświadczeniu w Czarnym Potoku Table 2. Scheme of fertilisation in the static experiment in Czarny Potok Obiekty nawozowe Fertiliser objects Roczna dawka składnika w serii 0 Ca i + Ca Annual nutrient rate in 0 Ca and + Ca series [kg ha -1 ] P 2 O 5 K 2 O N Forma azotu Nitrogen form A B 90 kg N s.a. / a.n saletra amonowa ammonium nitrate C 180 kg N s.a. / a.n saletra amonowa ammonium nitrate D 90 kg N m. / u mocznik urea E 180 kg N m. / u mocznik urea F N saletra amonowa ammonium nitrate G P H s.a. / a.n. - saletra amonowa / ammonium nitrate m. / u. - mocznik / urea 0 Ca - seria bez wapnowania / unlimend series + Ca - seria wapnowane / limed series Do nawożenia potasem używano soli potasowych dostępnych na rynku. W latach stosowano nawóz o zawartości 40% K 2 O, w latach 1973 i 1976 o zawartości 60% K 2 O, od 1977 do 1992 roku o zawartości 57% K 2 O, a od 1995 roku o zawartości 50% K 2 O. Nawozy te miały różną zawartość sodu. Dla nawozów o zawartości 40, 50, 57 i 60% K 2 O wynosiła ona odpowiednio 10,44, 2,03, 1,50 i 0,96% Na [Curyło 1991b]. W latach stosowano supertomasynę, a od roku 1976 superfosfat potrójny. W całym okresie doświadczenia nawozy azotowe wysiewano w dwóch terminach na wiosnę w fazie ruszenia wegetacji - 2/3 dawki rocznej, i w kilka dni po zbiorze I pokosu - 1/3 dawki. W 1994 roku zastosowano jednorazowo, jako nawożenie regeneracyjne, 10 kg Cu i 8 kg Mg ha -1. 9

10 W latach 1974 i 1975 badano następcze działanie nawozów, ograniczając zabiegi na polu doświadczalnym do koszenia i zebrania plonów siana. W 1975 roku z powodu bardzo małego odrostu zrezygnowano ze zbioru II pokosu. Od jesieni 1985 roku doświadczenie, przy takim samym poziomie nawożenia, prowadzone jest w dwóch seriach: bez wapnowania i wapnowanej. W tym roku połowa każdego poletka (21 m 2 ) została zwapnowana wapnem posodowym zawierającym 80,16% CaCO 3, według wartości odpowiadającej połowie kwasowości hydrolitycznej w glebie każdego obiektu nawozowego. W latach wprowadzono druga przerwę w nawożeniu mineralnym i zmieniono system użytkowania. Po określeniu wielkości plonów (1 m 2 ) I i II pokosu na pole doświadczalne przez 4 dni dwa razy dziennie po godzinie wyprowadzano około 150 owiec. W 1995 powtórzono zabieg wapnowania. Zastosowano nawóz węglanowy w dawce równoważnej całej wartości kwasowości hydrolitycznej w glebie każdego obiektu nawozowego. Na rycinie 1 przedstawiono najważniejsze modyfikacje doświadczenia w czasie jego trwania. Ryc. 1. Schemat modyfikacji w 30-letnim okresie doświadczenia Fig. 1. Scheme of modyfications during 30-years of experiment 1985 wapnowanie liming 1995 wapnowanie liming + Ca II przerwa w nawożeniu, użytkowanie pastwiskowe 1968 I przerwa w nawożeniu 1 st fertilisation break Ca 2 nd fertilisation break, pasture utilization

11 2.2. Warunki klimatyczne spis treści Okres wegetacyjny na obszarze prowadzenia doświadczenia trwa od kwietnia do września ( dni). Misztal [1996] w syntezie agroklimatycznej nieodległego regionu Jaworek (Pieniny) podał okres wegetacji obejmujący 202 dni, a okres aktywnego rozwoju roślin na 142 dni. W latach średnia roczna suma opadów (ryc. 2) (stacja meteorologiczna Krynica) dla obszaru, na którym zlokalizowano doświadczenie, wynosiła 820,1 mm, a średnia suma opadów z okresu sześciu miesięcy (IV-IX), który można przyjąć za okres wegetacji była równa 538 mm. Wielkość opadów w ciągu roku oraz w miesiącach IV- IX dla regionu nie podległa dużym wahaniom (odpowiednio współczynnik zmienności (%V) wynosił = 17,7 i 20,8). Ilość opadów w okresie od kwietnia do września stanowiła około 2/3 rocznej sumy opadów (średnia dla lat wynosiła 66,9% przy bardzo niskim współczynniku zmienności równym 10,8%). W poszczególnych miesiącach tego okresu zmienność opadów była znacznie większa (41,4-59,5%), zwłaszcza w odniesieniu do miesięcy letnich (50,0-59,5%). Za równie ważny czynnik limitujący plonowanie górskich użytków zielonych uznaje się temperaturę powietrza [Kopeć 1993]. Chłód w miesiącach wiosennych i późno występujące przymrozki w zasadniczy sposób hamują przyrost zielonej masy. Średnia miesięczna temperatura kwietnia na obszarze doświadczenia w 8 latach w okresie trzydziestolecia była niższa od 5 o C. Średnia roczna temperatura wynosiła 5,7 o C, a średnia temperatura okresu wegetacji 11,7 o C (ryc. 3). Zmienność średniej temperatury miesięcznej w omawianym okresie była niewielka; jedynie w przypadku kwietnia przekraczała 20%, a w przypadku maja i września wynosiła około 10%. 11

12 Ryc. 2. Rozkład opadów (mm) w miesiącach IV _ IX (Y 1 ) oraz roczna suma opadów i okresu IV _ IX (Y 2 ) Fig. 2. Distribution of rainfall (mm) in months April _ September (IV _ IX) (Y 1 ) and rainfall of the whole year (I _ XII) and of the period IV _ IX (Y 2 ) 1000 Y Y IX VIII VII VI V IV IV-IX I-XII IV V VI VII VIII IX I-XII IV-IX 12

13 Ryc. 3. Rozkład temperatury ( o C) w miesiącach IV _ IX (Y 1 ) oraz średnia temperatura roczna i okresu IV _ IX (Y 2 ) Fig. 3. Distribution of temperatures ( o C) in months April _ September IV _ IX (Y 1 ) and the average temperature of the whole year (I _ XII) and of the period IV _ IX (Y 2 ) Y 1 Y IX 11,2 11,0 9,2 9,2 11,4 12,0 11,6 13,4 10,8 8,8 11,1 11,5 10,1 11,6 13,9 11,8 11,6 10,6 10,1 12,0 11,2 11,8 9,0 11,3 9,7 10,6 14,0 11,0 7,9 11,5 VIII 13,5 13,8 14,4 17,0 16,4 15,3 16,1 15,2 11,8 14,0 13,0 13,9 14,4 14,0 15,6 14,4 14,0 15,5 15,0 12,5 14,4 14,8 15,2 14,9 18,5 14,8 16,7 14,8 14,5 16,4 VII 13,8 15,4 14,8 16,3 18,7 16,2 13,6 16,0 15,5 14,4 13,4 13,2 14,5 15,9 15,7 16,3 13,4 14,8 14,4 16,6 16,8 15,3 15,3 16,7 16,5 14,5 18,0 15,4 12,8 14,4 VI 14,3 13,4 14,0 14,4 17,0 14,3 11,0 13,6 12,8 13,9 12,3 15,9 13,2 15,4 14,3 13,7 12,3 11,7 13,9 14,7 13,4 12,5 14,3 13,7 15,0 13,6 14,0 13,8 13,0 14,1 V 10,2 13,4 9,2 13,6 13,4 12,2 8,8 11,8 10,1 10,8 9,1 11,2 7,6 11,7 11,8 13,0 11,2 12,2 12,4 10,0 11,9 10,9 11,4 7,8 10,2 13,3 11,1 11,3 12,8 12,3 IV 6,8 4,0 5,4 7,2 8,2 6,0 4,8 5,5 5,6 4,6 5,8 4,5 3,3 4,6 3,4 8,2 5,8 6,0 8,1 5,6 5,5 8,6 6,1 4,3 5,6 5,9 6,7 5,8 5,6 5,9 IV-IX 11,6 11,8 11,2 12,9 14,2 12,7 11,0 12,6 11,1 11,1 10,8 11,7 10,5 12,2 12,5 12,5 11,3 11,8 12,3 11,9 12,2 12,3 11,9 11,5 12,6 12,1 13,4 12,0 11,1 12,4 I-XII 5,2 5,1 5,3 6,5 8,3 6,3 5,7 6,5 4,3 6,1 5,6 5,7 4,6 6,0 6,1 6,3 5,8 4,8 5,4 4,7 5,7 6,7 6,8 5,3 6,1 5,8 7,2 5,8 3,6 4,6 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 IV V VI VII VIII IX I-XII IV-IX 13

14 2.3. Metody badań spis treści Plony zielonej masy runi łąkowej określano dwukrotnie w ciągu roku. Na przełomie czerwca i lipca (15 VI - 10 VII) obywał się zbiór I pokosu, a II pokos odbywał się głównie we wrześniu (24 VIII - 5 X). Z każdego poletka pobierano i ważono próbkę, która po wysuszeniu służyła do oznaczenia suchej masy. W próbce, po mineralizacji na sucho, oznaczano zawartość fosforu metodą wanadowo-molibdenową (kolorymetrycznie), azotu metodą destylacyjną Kjeldahla oraz azotu białkowego metodą Barnsteina, zawartość potasu, sodu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej oraz magnezu (magnez oznaczano początkowo kolorymetrycznie z użyciem żółcieni tytanowej) i metali ciężkich metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Z badanych metali ciężkich w pracy przedstawiono zawartości miedzi, cynku, manganu oraz kadmu, pierwiastków, które mają duże znaczenie w odniesieniu do fosforu i wapnia. Skład florystyczny runi oceniano przed I pokosu metodą szacunkową Klappa. Każdego roku jesienią po zbiorze drugiego pokosu pobierano do analiz próbki gleby z dwóch warstw: 0-10 i cm. W glebie oznaczano ph w H 2 O i KCl, kwasowość hydrolityczną metodą Kappena, kwasowość wymienną i glin wymienny metodą Sokołowa, przyswajalne formy fosforu i potasu metodą Egnera w modyfikacji Riehma oraz wymienne formy wapnia, magnezu, potasu i sodu po ekstrakcji octanem amonu (ph = 7,0). W pracy przedstawiono średnie wartości dotyczące właściwości gleb z 3 ostatnich lat doświadczenia - od 28. do 30. roku jego trwania. Zmiany metodyczne dokonywane w czasie 30 lat użytkowania łąki górskiej narzucają interpretację wyników odnoszących się do systemu gospodarowania na użytku zielonym ze szczególnym uwzględnieniem nawożenia mineralnego. Zmiana dawki potasu i terminu nawożenia, stosowanie wapnowania, przerwy w nawożeniu czy wprowadzanie owiec na pole doświadczalne - to czynniki zaciemniające obraz oddziaływania zróżnicowanego nawożenia mineralnego na ruń łąkową. Zamieszczona w niniejszej pracy interpretacja wyników będzie się odnosić do statycznego pola doświadczalnego w Czarnym Potoku, na którym od roku 1968 prowadzi się wieloletnie badania nad zróżnicowanym nawożeniem N górskiej łąki na tle takich samych zabiegów pratotechnicznych. Opracowanie obejmuje okres 30 lat ( ) systematycznych badań plonu runi i jej składu chemicznego prowadzonych w Katedrze Chemii Rolnej Akademii Rolniczej w Krakowie pod kierunkiem prof. dr hab. Kazimierza Mazura, autora doświadczenia [Mazur i Mazur 1972]. W pierwszych latach nadrzędnym celem doświadczenia było wyjaśnienie w warunkach górskich efektywności nawożenia 14

15 azotem w różnych dawkach i formach na tle nawożenia. Zrezygnowano wówczas z obiektu nawożonego potasem, z powodu przewidywanej małej efektywności tego składnika, a rozbudowano doświadczenie o obiekty z jednostronnym nawożeniem fosforem i azotem, które w tym czasie powszechnie stosowano w warunkach górskich. Kontynuowanie doświadczenia miało na celu obserwowanie zmian zachodzących w czasie tak w runi, jak i w środowisku glebowym. Dla ułatwienia syntezy wyników wyznaczono dwa przedziały czasowe: pierwszy, obejmujący okres od założenia doświadczenia do roku 1985 (pierwszego wapnowania) i drugi, obejmujący lata Autor niniejszej pracy bierze udział w badaniach prowadzonych w Czarnym Potoku od 1985 roku. Do opracowania wykorzystano bazę danych utworzoną w arkuszu kalkulacyjnym Excel 7.0 oraz program Statistica. Ze względu na potwierdzony fakt podobnej reakcji plonów runi, składu botanicznego i wartości pokarmowej runi na formy nawozów azotowych [Filipek 1979, Mazur i Mazur 1975, Mikołajczak i Nowak 1996], w pracy dokonano uogólnień interpretując także wyniki dla dawki azotu jako średnie z obiektów, w których stosowano taką samą dawkę w formie saletry amonowej lub mocznika na tle nawożenia fosforem i potasem. Zastosowane w pracy symbole mają następujące znaczenie: 0 Ca - seria bez wapnowania, + Ca - seria z wapnowaniem, 90 kg N + - dawka 90 kg N ha -1 (średnia obu form azotu) na tle nawożenia fosforem i potasem, 180 kg N + - dawka 180 kg N ha -1 (średnia obu form azotu) na tle nawożenia fosforem i potasem. 15

16 3. Wyniki i dyskusja spis treści 3.1. Dynamika plonowania runi łąkowej Wpływ warunków klimatycznych na plon runi W rejonie Jaworzyny Krynickiej średnia roczna suma opadów z wielolecia nie była duża, co sugeruje, że był to jeden z czynników limitujący produktywność łąki górskiej [Piekut 1997, Wasilewski 1999]. Potrzeby wodne dobrze plonującej łąki, wyznaczone w warunkach doświadczeń górskich w Jaworkach, wynoszą od kwietnia do września 550 mm [Kopeć 1993]. Wynika stąd, że w Czarnym Potoku, gdzie zlokalizowano doświadczenie, średnie roczne opady w tym okresie (umownie przyjętym za okres wegetacji) nie pokrywają maksymalnego zapotrzebowania roślin na wodę. W ciągu 30 lat zanotowano 16 lat ze średnimi opadami w miesiącach IV-IX mniejszymi od 550 mm. W omawianym okresie badań skrajne warunki klimatyczne (ryc. 2 i 3) warunkowały plony suchej masy runi (ryc. 4). W roku 1972 (piąty rok doświadczenia) średnia temperatura w okresie IV-IX była wyższa od średniej z wielolecia ( ) o 2,6 o C i najwyższa w okresie 30 lat badań. Efekt skrócenia w tym roku stadium wegetacyjnego roślin I pokosu i mniejszego plonu na skutek wysokiej temperatury powietrza był widoczny tylko w obiektach bez nawożenia i z jednostronnym nawożeniem mineralnym. W górskich doświadczeniach Kasperczyka [1985] większe plony runi łąkowej również otrzymywano z reguły w latach charakteryzujących się wyższymi temperaturami powietrza w okresie wegetacji, przy czym różnice przy pełnym nawożeniu mineralnym (N) pomiędzy latami były mniej wyraźne. Podobne wyniki uzyskali inni badacze [Long-term experiments , Piekut 1997, Wasilewski 1999]. 16

17 Ryc. 4. Dynamika plonów suchej masy runi łąkowej (z pominięciem lat przerw w nawożeniu i roku wznowienia nawożenia) Fig. 4. Dynamics of dry matter yields of the meadow sward (without years of fertilisation breaks and the year of fertilisation resumption) dt. ha * y=19,366-3,279x+0,798x 2-0,044x 3 +7,146e-4x 4 ; R 2 =0, rok / year dt. ha N y=36,671-0,129x+0,191x 2-0,015x 3 +2,99e-4x 4 ; R 2 =0, rok / year 17

18 dt. ha P y=18,731+7,516x-0,838x 2 +0,034x 3-4,588e-4x 4 ; R 2 =0, dt. ha rok / year y=1,596+19,585x-2,44x 2 +0,11x 3-0,002x 4 ; R 2 =0, rok / year dt. ha kg N + y=52,855+3,501x-0,073x 2-0,014x 3 +4,46e-4x 4 ; R 2 =0, rok / year 18

19 dt. ha kg N + y=77,997-3,884x+1,537x 2-0,109x 3 +0,002x 4 ; R 2 =0, rok / year * patrz tabela 2 / see Table 2 Wyraźnie mniejsze plonowanie runi w 1975 roku (ósmy rok doświadczenia) po I pokosie można tłumaczyć niewielkimi opadami w sierpniu i wrześniu co zbiegło się z wyższymi od średniej z wielolecia temperaturami w okresie VII-IX. Rozkład opadów nie sprzyjał również rozwojowi runi po I pokosie w 1996 roku. Duże opady wystąpiły w maju, ale następne dwa miesiące tego roku można uważać za suche w porównaniu ze średnią z okresu 30 lat. Równomierny rozkład opadów w czerwcu 1981 r. (czternasty rok doświadczenia), który charakteryzował się najniższymi opadami okresu VI-IX w 30-leciu, oraz najwyższe w 30-leciu opady w roku 1985 (osiemnasty rok doświadczenia) mogą tłumaczyć wyraźnie większe plony runi I pokosu. W roku 1989 (dwudziesty drugi rok doświadczenia) we wszystkich obiektach plony I pokosu były mniejsze od plonów II pokosu. Uzasadnienia tego faktu można upatrywać w najniższych w okresie 30 lat opadach w czerwcu tego roku. Warunki klimatyczne na obszarze doświadczenia charakteryzowała mała zmienność w ciągu roku i w okresie wegetacji. Współczynnik zmienności średniej temperatury miesiąca kwietnia wskazuje jednak na możliwość opóźnienia początku wegetacji na wiosnę. Wielu autorów [Caputa 1975, Kasperczyk 1985, Kostuch i Kopeć 1991, Kopeć 1993] przypisuje warunkom klimatycznym wiosną panującym w górach duży wpływ na efektywność nawożenia azotowego. Znaczny udział plonu I pokosu w plonie rocznym wynika z największej wydajności fotosyntezy warunkowanej dość wysokimi temperaturami w ciągu 19

20 dnia oraz niskimi temperaturami występującymi nocą. Słabsze w latach chłodniejszych plonowanie łąk nawożonych wyłącznie fosforem i potasem Kasperczyk [1985] łączy z wpływem niskich temperatur w okresie wiosny na rozwój roślin motylkowatych, które w tak nawożonej runi mają znaczny udział. Misztal i Kopeć [1996] określili wpływ sumy dobowych temperatur powietrza na efektywność wiosennego nawożenia azotem. Uwzględnienie sumy dobowych temperatur powietrza dla obszaru Małych Pienin w zależności od ekspozycji i stoczystości zboczy na poziomie od 100 do 200 o C pozwoliło na określenie racjonalnej dawki azotu, zapewniającej uzyskanie zadowalających przyrostów plonów i dużą efektywność wykorzystania tego składnika. W doświadczeniu w Czarnym Potoku nie stwierdzono istotnych współzależności średniej miesięcznej temperatury ani sumy miesięcznej opadów a plonami poszczególnych pokosów dla okresu 30 lat, tak w regresji prostej, jak i wielokrotnej. Przebieg warunków pogodowych miał wpływ na plon w krótszym okresie czasu ( ) [Kopeć i Mazur 1995]. Wynika stąd, że konsekwencją wpływu długotrwałego nawożenia mineralnego są takie zmiany składu botanicznego runi oraz właściwości fizykochemicznych gleby, które silniej oddziałują na plonowanie runi niż warunki klimatyczne. Niewątpliwie susza lub optymalny rozkład opadów i temperatury, koncentracja CO 2 [Jones i Carter 1992] warunkują istotnie wielkość plonów, ale w wieloleciu takie skrajne sytuacje zdarzają się sporadycznie, a znaczenia nabiera fluktuacja plonowania wynikająca z aktywności runi. Trudności ze znalezieniem zależności między warunkami meteorologicznymi a plonem na podstawie wyników ze 150 letniego okresu badań potwierdzili Tilman i in. (1994), Okruszko i Gotkiewicz w 28 letnim doświadczeniu [1993] oraz Jeżikova i Lihan (1997) w 35 letnim doświadczeniu. Krajčovič [1989] tłumaczy to przystosowaniem się roślinności, działaniem mechanizmów homeostatycznych, wiekiem poszczególnych populacji roślin i fazowym oddziaływaniem na poszczególne ekotypy oraz gatunki dominujące. Bezpośredni wpływ opadów na plon runi wydaje się mniej ważny niż efekty pośrednie wynikające z współzawodnictwa gatunków i fluktuacji potencjału produkcyjnego runi łąkowej. 20

21 Zmienność plonowania runi łąkowej w okresie 30 lat spis treści Nawożenie wywarło istotny wpływ na wielkość plonów (tab. 3 i 4), przy czym nie wykazano różnic między obiektami nawożonymi saletrą amonową i mocznikiem dla obu dawek azotu na tle. Największe roczne plony, w latach przekraczające średnio 8 ton suchej masy na jeden hektar, osiągnięto przy nawożeniu dawką 180 kg N +. Przez kilka kolejnych lat zbierano plony większe od 10 t s.m. ha -1 (ryc. 4). Współczynnik zmienności plonów w tym okresie dla tej dawki był znacznie większy niż dla dawki dwukrotnie mniejszej. Plon osiągany w obiekcie z dawką 90 kg N + kształtował się około 6 t s.m. ha -1. Bardzo dużej zmienności w tym czasie, przy małej wartości, podlegał plon w obiekcie bez nawożenia. W obiekcie tym średnia z wielolecia wielkość plonu suchej masy (2,58 t s.m. ha -1 ) była wyższa od podawanych w literaturze dla podobnych zbiorowisk [Karkoszka i Kostuch 1970, Mikołajczak 1996], co wynika z mobilizowania przyrostu biomasy przez systematyczne użytkowanie kośne. W przypadku nawożenia N średnie wartości plonu były mniejsze w latach niż w okresie od 1968 do 1985 roku. W latach , w porównaniu do okresu wcześniejszego, plon runi w obiektach z nawożeniem fosforem i potasem oraz jednostronnym azotem lub fosforem (tab. 3) był większy, przy czym w przypadku obiektów z fosforem nieznacznie malał współczynnik zmienności. Średnie plony w analizowanych okresach dla I i II pokosu mają proporcjonalny układ wartości do plonów rocznych, ale współczynniki zmienności plonów II pokosu były w każdym przypadku znacznie wyższe. Uzasadnieniem tego faktu są skrajnie niskie plony w okresie zaniechania nawożenia. Ze względu na dużą zmienność plonów w poszczególnych latach trudny jest dobrać funkcję opisującą plonowanie runi łąkowej jako efekt nawożenia w długim okresie czasu. Najlepiej przebieg plonowania (ryc. 4) oddają przedstawione równania regresji w formie wielomianów IV stopnia, ponieważ funkcja ta pozwala w analizowanym okresie na wyodrębnienie kilku punktów ekstremalnych. W obliczeniach pominięto lata przerwy w nawożeniu i pierwszy rok po wznowieniu nawożenia. Największą dokładność dopasowanej funkcji za okres 30 lat osiągnięto w przypadku runi nawożonej N oraz bez nawożenia. Równania te opisują więcej niż 50% przypadków. 21

22 Tabela 3. Średnioroczne plony suchej masy runi łąkowej z I i II pokosu i ich suma oraz współczynniki zmienności (%V) w wybranych okresach Table 3. Average annual yields of meadow sward dry matter from the 1 st and 2 nd cut, their sum and the coefficients of variation (%V) in selected periods Obiekty nawozowe* Fertiliser t ha -1 %V t ha -1 %V t ha -1 %V t ha -1 %V t ha -1 %V objects 0 Ca 0 Ca + Ca 0 Ca + Ca I pokos / 1 st cut 2,29 32,6 2,68 28,8 2,97 26,9 2,45 31,4 2,56 32,2 90 kg N s.a. / a.n. + 3,94 26,9 3,55 26,2 3,57 24,1 3,79 26,8 3,79 26,1 180 kg N s.a. / a.n. + 5,22 36,2 3,65 26,0 3,76 23,7 4,59 38,0 4,64 36,8 90 kg N m. / u. + 3,80 24,5 3,55 22,3 3,68 27,5 3,70 23,6 3,75 25,3 180 kg N m. / u. + 4,97 37,7 3,47 22,8 3,63 26,8 4,37 38,7 4,44 38,2 N 2,16 26,4 2,77 25,9 2,90 22,6 2,40 28,8 2,45 28,5 P 1,96 38,3 2,27 26,2 2,61 26,6 2,09 33,5 2,22 35,4 0 1,59 52,7 1,80 34,8 1,84 30,6 1,68 45,2 1,69 43,8 II pokos / 2 nd cut 1,56 52,1 1,51 49,6 1,66 43,6 1,54 50,3 1,60 47,9 90 kg N s.a. / a.n. + 2,17 34,0 1,81 48,6 1,72 43,0 2,02 39,6 1,99 38,1 180 kg N s.a. / a.n. + 3,39 39,2 1,99 46,1 2,15 44,6 2,83 47,9 2,89 45,9 90 kg N m. / u. + 2,15 35,6 1,68 49,5 1,81 46,0 1,96 41,4 2,01 39,6 180 kg N m. / u. + 3,19 43,2 1,90 46,8 2,04 47,4 2,68 50,6 2,73 49,1 N 1,68 39,0 1,60 45,2 1,69 48,2 1,65 40,8 1,69 42,1 P 1,42 42,1 1,32 53,0 1,43 59,2 1,38 45,7 1,42 48,7 0 1,01 60,6 0,89 45,0 0,87 42,7 0,96 55,3 0,95 55,0 Suma I i II pokosu / Sum of 1 st and 2 nd cut 3,85 32,7 4,20 24,0 4,58 24,4 3,99 29,1 4,14 29,9 90 kg N s.a. / a.n. + 6,11 26,1 5,37 26,5 5,34 21,5 5,81 26,6 5,80 25,2 180 kg N s.a. / a.n. + 8,61 34,2 5,65 26,6 5,90 23,9 7,42 38,4 7,53 36,8 90 kg N m. / u. + 5,95 24,4 5,22 24,2 5,49 25,0 5,66 24,8 5,76 24,6 180 kg N m. / u. + 8,17 37,1 5,36 24,1 5,68 25,2 7,05 40,1 7,17 38,7 N 3,84 25,9 4,36 25,8 4,59 20,4 4,05 26,2 4,14 24,8 P 3,39 30,3 3,60 26,0 4,02 26,9 3,47 28,2 3,64 29,6 0 2,60 50,4 2,56 28,4 2,73 20,9 2,58 42,5 2,65 40,1 * jak w tabeli 2 see Table 2 22

23 Tabela 4. Grupy jednorodne wg testu RIR Tukeya dla średniej rocznej sumy plonów runi łąkowej I i II pokosu z wybranych okresów Table 4. Homogeneous groups according to the RIR Tukey test for the average annual sum of yields of the meadow sward of the 1 st and 2 nd cut from selected periods Ca obiekty* nawozowe fertilizer objects grupy jednorodne homogeneous groups Ca obiekty nawozowe fertilizer objects grupy jednorodne homogeneous groups Ca obiekty nawozowe fertilizer objects grupy jednorodne homogeneous groups Ca obiekty nawozowe fertilizer objects grupy jednorodne homogeneous groups Ca obiekty nawozowe fertilizer objects grupy jednorodne homogeneous groups C a C a C a C a C a E a E a E a E a E a B b B a B ab B b B b D b D a D ab D b D b A c F ab F ab F c F c F c A ab A ab A c A c G c G bc G bc G cd G cd H c H bc H c H d H d p < 0,05 * jak w tabeli 2 / see Table 2 Reakcja plonu na niezrównoważone nawożenie mineralne była trudna do przewidzenia. Dokładność doboru funkcji opisującej plony zwiększa wyznaczenie ich w krótszych okresach czasu (ryc. 5). W okresie 16 lat między przerwami w nawożeniu ( ) wyznaczone wielomiany IV stopnia opisujące plony (ryc. 5) opisywały 72% przypadków w obiekcie nawożonym 90 kg N + i 86% przypadków przy dwukrotnie większej dawce azotu. Z wyznaczonych funkcji wynika, że reakcja w plonie na większą dawkę azotu na tle była silniejsza. Ruń w obu obiektach N (zróżnicowanych dawką azotu) po osiągnięciu przez nią maksimum plonowania w latach (12-15 lat od rozpoczęcia doświadczenia) systematycznie obniżała swój potencjał plonotwórczy, przy czym tempo degradacji runi nawożonej 180 kg N + było znacznie większe. W okresie 10 lat od maksymalnego plonowania nastąpiło zrównanie wielkości plonów w obiektach 90 kg N i 180 kg N na tle. 23

24 Ryc. 5. Dynamika plonów suchej masy runi łąkowej w okresie pomiędzy przerwami w nawożeniu Fig. 5. Dynamics of dry matter yields of meadow sward in the period between fertilisation breaks 150 y ( ) = -689,7+171,1x-13,6x 2 +0,46x 3-0,006x 4 ; R 2 = 0,72 y ( ) = ,0x-32,4x 2 +1,12x 3-0,014x 4 ; R 2 = 0,88 [dt. ha -1 ] kg N kg N + * rok / year Wytłumaczeniem gwałtownego zmniejszenia się plonowania przy dawce 180 kg N + może być stosunek biomasy części nadziemnej użytku zielonego do wielkości biomasy korzeni i rozłogów. Ilość wody i składników pokarmowych zgromadzonych w warstwie korzeniowej warunkuje przetrwanie roślin w niekorzystnych warunkach i sprzyja rozprzestrzenianiu się gatunków. Plon części nadziemnej na łąkach nie nawożonych jest mniejszy niż plon na łąkach intensywnie nawożonych, jednocześnie wraz ze zwiększaniem nawożenia następuje spłycanie systemu korzeniowego [Piekut 1997]. Może to tłumaczyć zmniejszanie się plonów przy dawce 180 kg N +, gdyż w przypadku monokultury Holcus mollis mogło dojść do bardzo silnego, jednostronnego wyczerpania składników pokarmowych z płytkiego poziomu gleby penetrowanego przez korzenie tego gatunku [Kasperczyk i Wiśniowska-Kielian 1995]. Gęstość gleby wraz z intensywnością nawożenia azotem zwiększa się [McEwen i in. 1984, Klobušický i in. 1999, Zaleski i Kopeć 1999], co przy niedostatku wody w grądowym zbiorowisku może dodatkowo utrudniać pobranie wapnia, a przy dodatnim bilansie wzmagać pobranie N i prowadzić do zaburzenia gospodarki 24

25 pokarmowej [Piekut 1997]. Migracja składników nawozowych w głąb profilu glebowego w takich warunkach jest również ułatwiona. W warunkach spłycenia systemu korzeniowego, zmniejszenia się zawartości węgla organicznego [Niemyska-Łukaszuk i in. 1999] wzrasta wpływ toksycznych pierwiastków śladowych, w tym glinu, na plonowanie. Reakcja runi łąkowej na poziom nawożenia jest podobna w wielu doświadczeniach, jednak jej dynamika zależy w największym stopniu od żyzności stanowiska [Karkoszka i Kostuch 1970, Gorlach i Curyło 1990, Malhi i in. 1992, Kopeć 1993, Kochanowska i Nowak 1993, Velich i Mrkvicka 1993, Wasilewski 1995, Ježikowá i Lihán 1997]. Od troficzności stanowiska zależeć będą również dawki składników pokarmowych, w tym w szczególności azotu. Na przykład w 27 letnim doświadczeniu kośno-pastwiskowym w Grodźcu Śląskim na glebie ciężkiej (przy fluktuacji plonów po 2 letnim ustabilizowaniu się runi) brak było obniżania się wielkości plonów nawet przy dawkach 300 i 500 kg N ha -1 [Klęczek i in. 1993]. Z innych długotrwałych doświadczeń nawozowych na użytkach zielonych wynika, że dawka azotu na hektar nie może być wysoka. W doświadczeniu Czuby i Murzyńskiego [1993a,b,c], prowadzonym na Dolnym Śląsku na madzie z dużym udziałem (59%) piasku systematycznie stosowana dawka 120 kg N ha -1 nie spowodowała w okresie 20 lat zmniejszenia plonów suchej masy, podczas gdy w tym okresie zmniejszały się plony w obiektach nawożonych większymi dawkami azotu. Na łące położonej na glebie torfowej [Kochanowska i Nowak 1993] dawka 120 kg N ha -1 była również najbardziej efektywna, a niekorzystne zmiany w składzie botanicznym przebiegały przy tym nawożeniu najwolniej. W warunkach Gorców dawka azotu powyżej 150 kg N ha -1 była nieuzasadniona ekonomicznie [Filipek 1979]. Firek [1991] prezentując wyniki badań z 13 lat na dwóch łąk typu kostrzewy czerwonej z mietlicą pospolitą oraz wiechliny łąkowej z kostrzewą łąkową stwierdził, że ze względu na plony suchej masy najbardziej optymalną dawką azotu było 200 kg N ha -1. Na podstawie średnich plonów z kilkuletnich okresów można zauważyć jednak tendencję do zmniejszania się plonowania od 9-10 roku trwania doświadczenia, szczególnie przy większych dawkach azotu. Wydaje się, że najmniejsza fluktuacja plonowania wystąpiła na tle w obiekcie nawożonym 100 kg N ha -1. Firek [1991] uważa, że w ciągu całego okresu trwania doświadczenia dynamika plonowania łąk była na ogół podobna, a występujące różnice wynikały przede wszystkim z układu warunków klimatycznych w poszczególnych latach. Aspektów dotyczącej wielkości dawki nawozu jest wiele, ale tylko racjonalne nawożenie azotem stwarza możliwość utrzymania przez wiele lat wysokiej produkcyjności łąk [Novoselova, Frame 1992, Łękawska 1993, Mikołajczak 1996]. Największe plony uzyskuje się zawsze stosując pełne nawożenie N, z tym że z upływem lat w tak 25

26 nawożonych obiektach obserwuje się systematyczne zmniejszanie się plonowania [McEwen i in. 1984, Curyło 1991a, Kopeć 1993]. Reakcję runi na nawożenie prześledził Krajčovič [1989, 1997] na łące w Suchým Vrchu (680 m n.p.m.) w rejonie Bańskiej Bystrzycy (Słowacja). W doświadczeniu tym plony w obiektach nienawożonych były zmienne, ale wykazywały systematyczny wzrost w okresie 10 lat, co koresponduje z wynikami w Czarnym Potoku. Pod wpływem nawożenia Krajčovič [1989, 1997] nie stwierdzał w pierwszym roku znacznego wzrostu plonów. Efekt plonotwórczy występował w 2 roku, co autor tłumaczy wzrostem aktywności biologicznej gleby i szybszą mineralizacją masy organicznej w glebie. Charakterystyczne było zmniejszenie plonowania w trzecim i czwartym roku w wyniku wyczerpania się zasobów mineralnych gleby. W kolejnych latach amplituda wielkości plonów była mniejsza, chociaż zaznaczył się efekt w 5-6 roku większego wpływu immobilizacji składników pokarmowych. Wielkość plonów ulega zmianom sezonowym, których amplituda wynosi 1-3 lata. Uzasadnieniem krótkookresowych zmian plonów może być okres wymiany korzeni roślin, który na łące trwałej odbywa się w 3-4 letnich okresach [Klobušický i in. 1999]. Wydaje się, że dynamika wymiany korzeni czy mineralizacji ma również wpływ na zmiany przyswajalności pierwiastków w okresach kilkuletnich. Plony na łące torfowej [Okruszko i Gotkiewicz 1993] wykazywały dużą zmienność i cykliczny charakter. Autorzy tego 28- letniego doświadczenia uważają, że stabilizacja plonów zależy od rozwoju darni, na którą wpływ ma możliwość pobierania wody i składników pokarmowych. O wielkości plonów, a wydaje się, że również o ich zmianach w czasie decyduje nie tylko nawożenie, ale także naturalny potencjał produkcyjny siedlisk [Karkoszka i Kostuch 1970, Krajčovič 1989, Kopeć 1989, Okruszko i Gotkiewicz 1993, Velich i Mrkvicka 1993]. Generalnie siedliska ubogie będzie charakteryzowało, w wyniku wzrostu zasobności gleby wywołanego nawożeniem, poprawa składu botanicznego, systematyczny trwający około 10 lat wzrost potencjału plonotwórczego, a następnie przy braku uzupełniania wyczerpywanych składników jego obniżanie (Czarny Potok, [Gorlach i Curyło 1993, Smoroń i Kopeć 1996]). W przypadku żyznych siedlisk maksymalny potencjał plonotwórczy, przy wyłącznym nawożeniu N, kształtuje się w ciągu kilku lat, a następnie należy oczekiwać zmniejszania się plonów, którego tempo będzie zależało od intensywności nawożenia [Gorlach i Curyło 1993, Smoroń i Kopeć 1996, Krajčovič 1997, Wasilewski 1999]. Uzupełnieniem racjonalnego gospodarowania na użytkach zielonych w każdych warunkach obok ich pielęgnowania (podsiew, melioracje, zwalczanie chwastów) powinna być różnorodność profilaktycznego nawożenia uzupełniającego (nawozy mniej skoncentrowane, nawozy organiczne, 26

27 mikroelementy). Dopiero kompleksowe traktowanie zabiegów na użytkach zielonych daje spodziewany efekt w plonie. W przypadku bardzo ubogich zbiorowisk, na przykład typu bliźniczki psiej trawki, niezbędne jest przygotowanie korzystnych dla rozwoju roślin warunków glebowych, przez wcześniejsze nawożenie mineralne, a następnie wykonanie ewentualnego podsiewu [Filipek 1979, Baryła i Sawicki 1996]. W 35-letnim doświadczeniu w Słowacji (Velká Lúka) plony na żyznej aluwialnej glebie nawożonej azotem na tle miały niższe współczynniki zmienności i były istotnie większe od plonów uzyskanych w obiektach bez nawożenia [Jeżikova i Lihan 1997]. Jednak przyczyn zmienności plonowania upatruje się w tym doświadczeniu głównie w składzie botanicznym runi i warunkach klimatycznych. Efekt plonotwórczy azotu zaciera się w latach sprzyjających rozwojowi roślin motylkowatych. Brak zmniejszenia plonowania przy większych dawkach azotu należy tłumaczyć stosowanym w tym doświadczeniu podsiewem Dactylis glomerata L. Jankowska Huflejt i Niczyporuk [1996] w trakcie dziesięciu lat badań na łące położonej na Nizinie Mazowieckiej stwierdzili wpływ rodzaju nawożenia, jego dawki oraz warunków klimatycznych na plonowanie. Zróżnicowanie plonów było związane z ilością opadów. Produktywność łąki w warunkach różnego uwilgotnienia siedliska (20-letni okres badań) w zależności od nawożenia azotem przedstawiła Łękawska [1993], dochodząc do wniosku, że potrzeby nawozowe łąk torfowych pod względem azotu w warunkach siedlisk mokrych i wilgotnych wynosiły kg, w warunkach posusznych natomiast tylko do 60 kg N ha -1. Potwierdził to Piekut [1997] w badaniach lizymetrycznych. Istnieje pogląd, że zmiana systemu użytkowania z kośnego na kośno-pastwiskowy jest zabiegiem ograniczającym degradację łąki. Prowadzone przez Wasilewskiego [1995] przez 28 lat badania na czarnej ziemi zdegradowanej wytworzonej z piasku gliniastego wykazały, że w miarę upływu lat występowało zmniejszanie się plonowania pastwiska niezależnie od poziomu nawożenia azotem. Z powodu pogarszania się efektywności nawożenia azotem i przyśpieszonego procesu degradacji runi oraz darni za najkorzystniejszą dawkę azotu na tle autor ten uznał 240 kg N ha -1. Wyznaczona funkcja regresji liniowej dla tego obiektu wskazuje jednak na obniżanie się plonu suchej masy o 0,12 t ha -1 rocznie. Czynnikiem limitującym produktywność użytków zielonych w górach jest, obok nawożenia i rodzaju zbiorowiska, wysokość nad poziomem morza i skrócenie okresu wegetacji [Caputa 1975, Kopeć 1993]. W warunkach Jaworek wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. o każde 100 m następowało w doświadczeniu zmniejszenie plonów o około 10%. Pomimo różnic w terminach zbioru udział biomasy I pokosu w rocznej sumie plonów (tab. 5) zbieranych w ciągu roku był względnie stały i nie ulegał większym zmianom podczas 27

28 trwania doświadczenia. Z reguły w I pokosie zbierano ponad 1,5-krotnie więcej masy roślinnej niż w II pokosie (tab. 3). W obiektach nawożonych 180 kg N + w porównaniu do obiektów nawożonych 90 kg N + miał miejsce nieznacznie mniejszy udział I pokosu w plonie rocznym. Najbardziej zbliżona wielkość plonów I i II pokosu była w obiektach z jednostronnym nawożeniem azotem lub fosforem (przy wyczerpaniu składników pokarmowych i uproszczonym składzie botanicznym). Tabela 5. Udział (%) plonów runi I pokosu w rocznym plonie i współczynniki zmienności (%V) w wybranych okresach Table 5. Contribution (%) of the yields of sward from the 1 st cut to the annual yield and the coefficients of variation (%V) in selected periods Obiekty nawozowe* Fertiliser % %V % %V % %V % %V % %V objects 0 Ca 0 Ca + Ca 0 Ca + Ca 0 63,7 22,3 65,8 19,6 66,5 19,0 64,5 20,9 64,8 20,8 N 57,9 24,0 64,5 17,0 64,8 21,9 60,5 21,5 60,6 23,4 P 58,9 25,3 63,8 21,7 65,4 22,2 60,9 23,8 61,5 24,2 61,0 23,5 63,6 23,5 63,6 20,0 62,1 23,2 62,1 21,8 90 kg N+ 65,3 16,8 69,5 20,4 66,5 19,5 65,9 18,0 65,8 17,7 180 kg N+ 62,4 18,2 64,8 21,1 63,5 20,0 63,3 19,2 62,9 18,6 * jak w tabeli 2 / see Table 2 Wpływ nawożenia na rozkład plonów potwierdzają współczynniki korelacji prostej (r) dla zależności wielkości plonów II od wielkości plonów I pokosu. Współczynniki te (z okresu 30 lat, seria bez wapnowania) są istotne tylko dla obiektu z nawożeniem 90 kg N + (r = 0,41) i z nawożeniem 180 kg N + (r = 0,70). Oznacza to, że nawożenie N, w tym szczególnie azotowe, wpływa na wyrównanie potencjału plonotwórczego runi między pokosami. W dużej mierze jest to wynikiem ukształtowanego składu botanicznego, ale również przyśpieszania rozwoju wegetacji dzięki nawożeniu, które w skrajnych warunkach klimatycznych stwarza lepiej rozwiniętym roślinom możliwość przetrwania niesprzyjającego rozwojowi okresu, np. suszy. Uwaga ta ma znaczenie praktyczne, gdyż wskazuje, że przez nawożenie ogranicza się niepewność gospodarowania na użytku zielonym o czym donosił między innymi Krajčovič [1997]. 28