Redaktor Naczelny Executive Editor Mariusz Fotyma Secretary Kazimierz Kęsik

Transkrypt

1 Nr 38/2010

2 Redaktor Naczelny Executive Editor Mariusz Fotyma Secretary Kazimierz Kęsik Rada Konsultacyjna Advisory Board Tadeusz Filipek, Lublin, Poland Witold Grzebisz, Poznań, Poland Janusz Igras, Puławy, Poland Stanisław Kalembasa, Siedlce, Poland Jakab Loch, Debrecen, Hungary Jan Łabętowicz, Warszawa, Poland Ewald Schnug, Braunschweig, Germany Monografia Azot mineralny w glebach Polski pod redakcją Mariusza Fotymy Opracowanie wyników badań, przedstawionych w tej monografii zostało wykonane w ramach realizacji programu wieloletniego IUNG-PIB Kształtowanie środowiska rolniczego Polski oraz zrównoważony rozwój produkcji rolniczej, w zadaniach 1.7. i 1.8. Copyright by Polish Fertilizer Society CIEC ISSN Adres Redakcji Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia IUNG-PIB Czartoryskich 8, Puławy fot.@iung.pulawy.pl Druk: IUNG-PIB Puławy, zam. 60, nakład 200 egz. B-5

3 Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization Nr 38/2010 Spis treści Od Redaktora monografii Fotyma M., Kęsik K., Pietruch Cz. Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód glebowo-gruntowych Jadczyszyn T., Pietruch Cz., Lipiński W. Resortowy monitoring zawartości azotu mineralnego w glebach Polski w latach Lipiński W. Zasoby azotu mineralnego w glebach gruntów ornych w strefach wrażliwych na zanieczyszczenie azotanami (OSN) Contents 1. Fotyma M., Kęsik K., Pietruch Cz. Mineral nitrogen in soils of Poland as an indicator of plants nutrient requirements and soil water cleanness Jadczyszyn T., Pietruch Cz., Lipiński W. Soil monitoring in Poland for the content of mineral nitrogen in the years Lipiński W. The content of mineral nitrogen in arable soils of nitrate vulnerable zones (NVZ)

4 4 Od redaktora Od redaktora W monografii przedstawiono wyniki 13-letnich badań nad zawartością azotu mineralnego (NO 3 -N i NH 4 -N) w glebach gruntów ornych Polski. W latach badania prowadzono w ramach zadania zleconego przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, a od 2005 r. w ramach wieloletniego programu Kształtowanie środowiska rolniczego Polski oraz zrównoważony rozwój produkcji rolniczej, zleconego IUNG-PIB przez Ministerstwo. Celem badań było rozpoznanie wiosennych i jesiennych zasobów azotu mineralnego w profilu 0-90 cm gleb Polski i wykorzystanie testu N min w doradztwie nawozowym i ochronie wód glebowogruntowych przed zanieczyszczeniem azotanami. Pobieranie próbek gleby i analizy zawartości azotu wykonywane były przez okręgowe stacje chemiczno-rolnicze, a prowadzenie bazy danych i opracowywanie syntez wyników stanowiło zadanie IUNG-PIB. Pierwszy rozdział monografii obejmuje obszerną syntezę badań, zwanych potocznie monitoringiem gleb, przeprowadzonych w latach w około 5000 punktów pobierania próbek gleby. Efektami tej syntezy była kalibracja testu N min w okresie wiosny i zaproponowanie wykorzystania go do celów doradztwa nawozowego oraz kalibracja testu azotanowego w okresie jesieni i zaproponowanie wykorzystania go do przewidywania strat azotu z gleby w okresie zimy i symulacji stężeń azotanów w płytkich wodach gruntowych (drenarskich). Wyniki te należy uznać za oryginalne w piśmiennictwie polskim i krajów Środkowej Europy. W drugim rozdziale monografii przedstawiono wyniki Resortowego Monitoringu gleb na zawartość azotu mineralnego z 3 pierwszych lat po jego ustanowieniu. Wyniki te wykorzystano do walidacji danych uzyskanych w pierwszym 10-letnim cyklu badań. Stwierdzono duże podobieństwo, a niekiedy zbieżność wyników w zakresie przeciętnych zawartości i zasobu azotu mineralnego w profilu glebowym oraz potwierdzono użyteczność zaproponowanych w pierwszym rozdziale liczb kalibracyjnych w odniesieniu do jesiennych zasobów azotu azotanowego. Trzeci rozdział monografii dotyczy zasobu azotu mineralnego w glebach rejonów szczególnie narażonych na zanieczyszczenie azotanami (OSN). Stwierdzono, że zasoby azotu mineralnego, a szczególnie azotanowego, w glebach tych rejonów są większe od przeciętnych zasobów w glebach Polski. Tym samym potwierdzono zasadność wydzielenia tych obszarów, zgodnie z Dyrektywą Azotanową. Monografia przeznaczona jest dla pracowników służb agrochemicznych i ochrony środowiska i może stanowić podstawę podejmowania decyzji na różnych szczeblach zarządzania od gospodarstw rolnych do administracji terenowej i centralnej. Prof. Mariusz Fotyma

5 AZOT MINERALNY W GLEBACH JAKO WSKAŹNIK POTRZEB NAWOZOWYCH ROŚLIN I STANU CZYSTOŚCI WÓD GLEBOWO-GRUNTOWYCH Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy w Puławach Abstrakt W pracy przedstawiono syntezę wyników 10-letnich ( ) badań monitoringowych nad zawartością azotu mineralnego w glebach gruntów ornych Polski. Badania były wykonywane na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi przez okręgowe stacje chemiczno-rolnicze, a ich synteza została powierzona autorom pracy. Monitoring prowadzono w ok stałych punktów reprezentujących gleby gruntów ornych z dwukrotnym w roku pobieraniem próbek gleby, w okresie wiosny i jesieni z 3 warstw profilu glebowego do głębokości 90 cm. W syntezie przedstawiono zawartość (mg N kg -1 ) gleby i zasób (kg N ha -1 ) azotu mineralnego i jego dwóch form: NO 3 -N i NH 4 -N w okresie wiosny i jesieni w warstwach gleby i w całym profilu glebowym. Zawartość i zasób azotu mineralnego były zróżnicowane zależnie od składu granulometrycznego gleby, głębokości w profilu, terminu pobierania próbek i rodzaju uprawianych roślin. W drugiej części syntezy przedstawiono sposób wykorzystania wyników badań do celów doradztwa nawozowego (wiosenny termin pobierania próbek) i ochrony wód glebowo-gruntowych przed nadmiernymi stężeniami azotanów. Zaproponowano metodę symulacji stężeń azotanów w roztworze glebowym i wodach drenarskich na podstawie ich zasobu w glebie i różnicy zasobu pomiędzy jesiennym i wiosennym terminem pobierania próbek gleby. Słowa kluczowe: monitoring gleb, azot mineralny, azot azotanowy, azot amonowy, test N min, doradztwo nawozowe, ochrona wód glebowych. Abstract In the paper the synthesis of 10-years ( ) monitoring program concerning mineral nitrogen in arable soils of Poland is presented. Monitoring has been

6 6 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch performed on the commission of Ministry of Agriculture and Rural Development by agrochemical laboratories and the date base and synthesis of results was entrusted to the Institute. Monitoring was performed in about 5000 representative sites with collecting the soil samples in spring and autumn from the soil profiles up to 90 cm. In the synthesis the content (mg N kg -1 soil) and amount (kg N ha -1 ) of mineral nitrogen and its forms (NO 3, NH 4 ) in the 3 soil layers and the whole soil profile is presented. The content and amount of nitrogen depends on the soil texture, depth in the soil profile and period of soil sampling. In the second part of this synthesis the usefulness of soil monitoring for fertilizer recommendations and soil water protection was discussed. The original method of simulation the concentration of nitrates in soil solution and drainage water has been proposed. Key words: soil monitoring, mineral nitrogen, nitrates, ammonia, N min soil test, fertilizer recommendations, soil water protection. 1. Wprowadzenie Badania nad testem azotu mineralnego w glebie rozpoczęto w Europie już pod koniec lat 60-tych i z początkiem lat 70-tych ubiegłego wieku, w Niemczech [Scharpf i Wehrmann 1975], Szwecji [Nommik 1966], Holandii [Borst i Mulder 1971 za Olfs 2009], a w Polsce dopiero na początku lat 90-tych [Fotyma E. 1995, 1996]. Badania prowadzono z reguły na poziomie doświadczeń polowych, a ich wyniki miały służyć do celów doradztwa nawozowego. Skrót nazwy tej metody jako N min wprowadzili, prawdopodobnie jako pierwsi, Muller i Gorlitz [1986, 1990]. Do celów doradztwa test N min musi być wykonywany w okresie wczesnej wiosny, przed wysiewem pierwszej dawki nawozów na zboża ozime i przed zasiewem roślin jarych, co stwarza duże trudności techniczne i logistyczne. Pracochłonne i technicznie trudne jest również pobieranie próbek gleby z całego profilu glebowego do głębokości 90 cm, a co najmniej do głębokości 60 cm, co od początku było zalecaną praktyką [Scharpf 1997]. Z tych względów, jak również z uwagi na trudności z przełożeniem wyników testu na zalecenie nawozowe, test ten w odniesieniu do poszczególnych pól roślin nie upowszechnił się na znaczącą skalę. Wzrost zainteresowania testem N min notuje się od początku lat 90-tych, a zwrotnym punktem było ustanowienie w 1991 r. Dyrektywy Azotanowej UE [Council Directive 1991]. Dyrektywa Azotanowa dotyczy jakości wód pitnych, ale jednocześnie pośrednio stwierdza, że głównym sprawcą zanieczyszczenia tych wód może być rolnictwo. Dyrektywa precyzuje dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie pitnej na 50 mg NO 3, co odpowiada 11,3 mg N-NO 3 w 1 dm 3 wody. Limit ten został ustanowiony na podstawie wcześniejszych zaleceń WHO (World Health Organization) pochodzących jeszcze z 1970 r. W standardach WHO dla wody pitnej wyróżniono 3 przedziały stężeń azotanów, do 50 mg NO 3 dm -3 określany jako zadawalają-

7 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód... 7 cy, mg NO 3 dm -3 określany jako dopuszczalny i powyżej 100 mg NO 3 dm -3 określany jako nie zalecany. W Dyrektywie Azotanowej jako dopuszczalny przyjęto najniższy poziom zawartości azotanów, co jak wynika z nowszych badań nie znajduje uzasadnienia w badaniach toksykologicznych [Addiscot 2005 str , L hirondel, L hirondel 2001]. Ten przyjęty wyraźnie na wyrost poziom zawartości azotanów w wodzie pitnej odnoszony jest, z braku innych normatywów również do wód glebowo-gruntowych będących niekiedy źródłem (studnie kopane) lub pozostających w kontakcie z wodami pitnymi. Bezpośredni pomiar stężenia azotanów w wodach gruntowych, reprezentowanych często przez wody z drenów jest kłopotliwy i wymaga dobrze wyposażonych punktów badawczych. Wyniki badań wód drenarskich przeprowadzonych w dużej, reprezentatywnej sieci punktów przedstawił ostatnio Igras [2004]. Nie kwestionując konieczności i znaczenia takich badań warto jednak zastanowić się nad przydatnością testu N min do pośredniej oceny stanu zanieczyszczenia wód gruntowych azotanami, wychodząc z ich zawartości w profilu glebowym. Znajomość zawartości azotanów w profilu glebowym w okresie jesieni uzupełniona informacją o pojemności wodnej gleb i ilości opadów w okresie zimowym może posłużyć do opracowania modeli symulujących stężenie azotanów w wodach glebowo-gruntowych [Verhagen, Bouma 1997; Enckevort i in. 2002]. 2. Metodyka i historia badań W 1997 r. na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi uruchomiono w Polsce Resortowy Monitoring Gleb RMG na zawartość azotu mineralnego. Stronę techniczną monitoringu Resort zlecił Stacjom Chemiczno-Rolniczym OSChR, a stronę merytoryczną Instytutowi Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa IUNG (obecnie IUNG-PIB) w Puławach. W latach IUNG realizował to zadanie w ramach zlecenia MRiRW, a od 2006 r. w ramach programu wieloletniego Państwowego Instytutu Badawczego IUNG-PIB. W 2006 r. zakończono pierwszy, 10-letni cykl badań monitoringowych, a w latach rozpoczęto cykl drugi jako Resortowy Monitoring Gleb i Wód Gruntowych na zawartość i stężenie azotu mineralnego w połączeniu z monitoringiem zawartości innych makroskładników. Z uwagi na pilne potrzeby zarówno rolnictwa jak i ochrony środowiska, pierwszą syntezę wyników RMG opracowano w 2004 r. [Fotyma E i in.] i obejmowała ona wyniki za lata Obecna synteza obejmuje cały okres lat i stanowi ostateczne podsumowanie pierwszego cyklu Resortowego Monitoringu Gleb. W 1997 r. wytypowano na terenie całej Polski około 5100 stałych punktów poboru próbek gleby z gruntów ornych, w niemal takiej samej liczbie gospodarstw (tylko w nielicznych gospodarstwach było po kilka punktów). Rozmieszczenie tych punktów nie było w pełni losowe, gdyż uwzględniano potencjał analityczny poszczególnych OSChR oraz konieczność uzyskania zgody właścicieli gospodarstw.

8 8 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch punkt monitoringu monitoring sites nr zlewni no of catchment Rys. 1. Rozmieszczenie punktów kontrolnych na obszarze Polski Fig. 1. Localisation of monitoring sites on the area of Poland Rozmieszczenie punktów poboru próbek przedstawiono na rys. 1, na tle podziału administracyjnego kraju i z zaznaczeniem elementów podziału hydrologicznego (zlewnie rzek II rzędu). W ogromnej większości tych punktów pobierano próbki gleby przez cały okres pierwszego cyklu RMG i tylko nieliczne z gospodarstw wypadły, na skutek przyczyn losowych, z zadeklarowanej współpracy. Próbki gleby pobierano dwukrotnie w każdym roku badań, wczesną wiosną przed wysiewem nawozów azotowych i jesienią po zbiorze roślin z profilu gleby o miąższości 90 cm, z podziałem na warstwy 0-30 cm (warstwa orna), cm (warstwa podorna) i cm (podglebie). Po pobraniu próbki gleby były zamrażane i przechowywane w tym stanie do momentu wykonania analiz. Mineralne formy azotu ekstrahowano z gleby 1% roztworem K 2 SO 4 przy stosunku gleba: roztwór jak 1:5. W ekstrakcie oznaczano zawartość jonów amonowych N-NH 4 i azotanowych N-NO 3 na kolorymetrze przepływowym firmy Skalar. Sposób pobierania próbek i przeprowadzania analiz były zgodne z polską normą [PNR 1997].

9 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód... 9 Tabela 1. Przeciętne dla województw sumy opadów w okresie listopad-marzec ( półrocze zimowe) i opadów rocznych Table 1. Average sum of rainfalls in the period November-March (winter period) and for the whole year in the voivodships Województwo * Voivodship DLN KUJ Lub LUS LOD MAL MAZ OPL PDK PDL POM SLS 931 SWT WAM WLP ZAP Polska Suma opadów w roku kalendarzowym (licznik) i w półroczu zimowym (mianownik), sum of rainfall in the year (nominator) and in winter period (denominator) in mm / / / / / / / / / / ,5 166, * pełne nazwy województw na rys. 2, full names of voivodships see fig

10 10 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Normy międzynarodowe obowiązujące od 2005 r. przewidują ekstrakcję zarówno jonów amonowych, jak i azotanowych [ISO :2005] roztworem 1 mol dm -3 KCl. Wydaje się jednak, że skład roztworu ma niewielki tylko wpływ na ilość ekstrahowanego azotu mineralnego, a szczególnie jego formy azotanowej. W obszernych badaniach przeprowadzonych na Węgrzech [Szabo i in. 2009] udowodniono wysoką korelację pomiędzy ilościami azotanów ekstrahowanych roztworami KCl i CaCl 2. W 1997 r. dokonano opisu profili gleb w punktach monitoringu określając typ i kompleks przydatności rolniczej, a w próbkach gleby oznaczono skład granulometryczny metodą Cassagrande-Pruszyński i na tej podstawie określono kategorię agronomiczną gleby. W każdym roku prowadzenia badań, przeprowadzano wywiad z rolnikiem i ustalano rodzaj uprawianej rośliny, jej przedplon oraz dawkę nawozów naturalnych i mineralnych (azotowych). Z uwagi na niepełną dostępność wyników, analizę przebiegu pogody ograniczono do sumy opadów w okresie późnej jesieni i zimy (listopad marzec), a także sumy opadów rocznych, na podstawie notowań stacji meteorologicznych IMGW I rzędu (dla województw); (tab. 1). Dane źródłowe, wraz z wynikami analiz laboratoryjnych, są zgromadzone w bazie danych w Zakładzie Agrometeorologii i Informatyki IUNG-PIB w Puławach i mogą być udostępnione wszystkim zainteresowanym po uzyskaniu zgody Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi, a także po pokryciu kosztów ich pozyskania z bazy. 3. Wyniki badań i dyskusja 3.1. Zawartość (content) form azotu mineralnego w warstwach gleby zależnie od jej kategorii agronomicznej Zawartość form azotu mineralnego wyrażano w mg N danej formy, N min azot całkowity, N-NO 3 azot azotanowy i N-NH 4 azot amonowy w 1 kg gleby. Zawartość wszystkich form azotu była uzależniona od terminu pobierania próbek gleby (wiosna, jesień), od składu granulometrycznego gleby i od warstwy gleby, z której pobierano próbki. Kategoria agronomiczna dotyczy tej warstwy gleby, z której pobierane były próbki. Warstwa 0-30 cm gleby W wierzchniej 30 cm warstwie gleby (poziom orno-próchniczny) dynamika azotu jest największa. Składają się na to procesy mikrobiologiczne (amonifikacja, nitryfikacja), pobieranie jonów amonowych i azotanowych przez rośliny, wymywanie mineralnych form azotu, dopływ azotu w formie nawozów i z opadem atmosferycznym. W badaniach monitoringowych w tej warstwie największa była reprezentacja gleb lekkich, następnie gleb bardzo lekkich i w kolejności gleb średnich i ciężkich.

11 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód W kolejnych tabelach (tabele 2-5) przedstawiono podstawowe charakterystyki statystyczne zawartości trzech analizowanych form azotu. Z uwagi na odbiegające od normalnych rozkłady zawartości azotu, jako podstawową miarę średnią przyjmowano medianę, a jako miarę rozproszenia rozkład procentylowy wyników z podziałem na 5 klas (pentyle). Jako miarę średnią podano również średnią arytmetyczną, a jako miarę rozproszenia odchylenie standardowe. Miarami tymi nie posługiwano się, a zamieszczono je dla pośredniej charakterystyki stopnia oddalenia od rozkładu normalnego zawartości azotu w próbkach gleby oraz jako informację dla czytelników przywykłych do tych miar statystycznych. Tabela 2. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby 0-30 cm Table 2. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) content in the soil layer 0-30 cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 7,47 8,64 9,56 10,2 10,0 11,5 12,2 12,7 Mediana mg N kg -1 6,35 7,55 8,40 9,00 8,65 10,0 10,6 11,0 Odch. standardowe 4,54 4,83 5,30 5,45 6,18 6,65 6,97 7,29 Pentyl do 20% 4,0 4,90 5,30 5,80 5,10 6,10 6,30 6,50 Pentyl do 40% 5,50 6,60 7,30 7,80 7,40 8,60 9,00 9,40 Pentyl do 60% 7,20 8,50 9,50 10,2 9,90 11,5 12,3 12,7 Pentyl do 80% 10,0 11,7 13,2 14,1 14,0 16,1 17,4 18,2 Pentyl do 99% 24,3 25,4 26,6 26,9 31,6 32,6 33,2 33,6

12 12 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 3. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby 0-30 cm Table 3. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) content in the soil layer 0-30 cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 4,24 5,53 6,59 7,53 6,89 8,35 9,02 9,64 Mediana mg N kg -1 3,30 4,40 5,50 6,50 5,60 7,10 7,80 8,30 Odch. standardowe 3,56 4,12 4,52 4,80 5,08 5,56 5,80 6,06 Pentyl do 20% 1,60 2,30 2,90 3,60 2,70 3,60 4,00 4,30 Pentyl do 40% 2,60 3,70 4,60 5,50 4,60 5,80 6,40 6,90 Pentyl do 60% 4,00 5,30 6,50 7,60 6,90 8,50 9,30 10,0 Pentyl do 80% 6,20 8,10 9,60 11,0 10,4 12,5 13,6 14,7 Pentyl do 99% 18,7 20,4 21,7 22,1 24,1 24,9 25,2 25,6 W wierzchniej 30 cm warstwie gleby zawartość azotu azotanowego NO 3 -N i sumy azotu mineralnego N min znacznie wzrasta w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i niezależnie od kategorii agronomicznej gleby jest znacznie większa w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. W przedziale do 14,1 mg N min kg -1 gleby w okresie wiosny i do 18,2 mg N min kg -1 gleby w okresie jesieni mieściło się 80% wszystkich analizowanych próbek gleby. Zupełnie inaczej zachowuje się zawartość azotu amonowego, która zmniejsza się, wprawdzie nieznacznie, w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i jest wyraźnie mniejsza w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. W konsekwencji tych dwóch, przeciwstawnych prawidłowości względny udział azotu amonowego w ogólnej puli azotu mineralnego znacznie maleje w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i jest znacznie mniejszy w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. Wynika to z przebiegu procesu nitryfikacji azotu amonowego, który przebiega bardziej wydajnie w glebach zwięźlejszych i nasila się w okresie wegetacji roślin. Różnice w zawartości azotu azotanowego jesienią i wiosną wynikają również częściowo z procesu wymywania tej labilnej formy azotu mineralnego w okresie późnej jesieni i zimy, a częściowo z przebiegu procesu nitryfikacji i denitryfikacji.

13 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 4. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu amonowego (NH 4 -N) w warstwie gleby 0-30 cm Table 4. Statistical characteristics of the ammonium nitrogen (NH 4 -N) content in the soil layer 0-30 cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 3,12 2,98 2,74 2,36 2,83 2,67 2,57 2,24 Mediana mg N kg -1 2,70 2,50 2,20 1,80 2,40 2,20 2,00 1,60 Odch. standardowe 2,11 2,20 2,19 2,24 1,97 2,04 2,18 2,20 Pentyl do 20% 1,50 1,20 0,90 0,50 1,20 1,00 0,80 0,50 Pentyl do 40% 3,10 2,10 1,80 1,30 2,00 1,80 1,60 1,20 Pentyl do 60% 4,50 3,00 2,70 2,30 2,90 2,70 2,50 2,10 Pentyl do 80% 4,50 4,40 4,10 3,60 4,10 4,00 3,90 3,50 Pentyl do 99% 10,5 10,4 10,3 10,6 9,9 9,80 10,4 10,3 Tabela 5. Charakterystyki statystyczne udziału procentowego zawartości azotu amonowego NH 4 -N w azocie mineralnym N min w warstwie gleby 0-30 cm Table 5. Statistical characteristics of the share of ammonium nitrogen (NH 4 -N) in mineral nitrogen N min in the soil layer 0-30 cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia % 45,7 37,6 31,3 25,3 32,9 27,0 24,2 20,4 Mediana % 46,0 36,0 27,5 19,7 29,8 23,3 19,8 14,8 Odch. standardowe 21,9 22,4 21,2 21,7 20,1 19,1 18,7 19,1 Pentyl do 20% 25,4 16,0 11,8 6,04 14,9 10,0 7,89 4,32 Pentyl do 40% 37,7 29,4 22,0 14,9 24,8 18,6 15,5 10,9 Pentyl do 60% 50,2 42,6 33,9 25,4 35,4 28,5 25,0 19,3 Pentyl do 80% 65,8 58,3 50,0 42,0 50,0 42,6 38,9 33,3 Pentyl do 99% 90,7 88,7 86,8 89,8 84,9 81,1 81,7 83,3

14 14 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Warstwa cm gleby W tej warstwie określanej jako warstwa podorna procesy biologiczne przebiegają mniej intensywnie i na dynamikę azotu duży wpływ ma warstwa orna, z której następuje przemieszczanie mineralnych form składnika. W badaniach monitoringowych w tej warstwie największa była nadal reprezentacja gleb lekkich, a następnie gleb bardzo lekkich. W porównaniu z warstwą orną zwiększa się jednak udział gleb średnich i ciężkich (tabele 6-9). Tabela 6. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby cm Table 6. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) content in the soil layer cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 4,79 6,56 7,21 8,16 5,81 6,64 7,35 7,77 Mediana mg N kg -1 3,80 5,45 6,10 7,10 4,65 5,35 6,10 6,60 Odch. standardowe 3,70 4,58 4,69 4,96 4,42 4,90 5,05 5,20 Pentyl do 20% 2,00 2,90 3,40 4,00 2,40 2,70 3,20 3,40 Pentyl do 40% 3,10 4,50 5,10 6,00 3,80 4,30 5,00 5,40 Pentyl do 60% 4,50 6,40 7,10 8,20 5,50 6,40 7,20 7,80 Pentyl do 80% 6,80 9,70 10,4 11,8 8,50 9,90 10,8 11,7 Pentyl do 99% 19,1 21,8 22,6 23,3 22,2 23,2 23,7 23,6

15 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 7. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby cm Table 7. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) content in the soil layer cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 2,95 4,69 5,21 6,22 4,07 5,02 5,49 6,13 Mediana mg N kg -1 2,00 3,50 4,00 5,20 2,90 3,70 4,10 4,90 Odch. standardowe 2,99 3,99 4,15 4,41 3,83 4,37 4,53 4,75 Pentyl do 20% 0,80 1,50 1,80 2,30 1,20 1,60 1,80 2,10 Pentyl do 40% 1,50 2,80 3,20 4,20 2,20 2,90 3,30 3,80 Pentyl do 60% 2,50 4,40 5,00 6,40 3,70 4,60 5,20 6,10 Pentyl do 80% 4,50 7,20 8,10 9,60 6,20 7,80 8,50 9,70 Pentyl do 99% 15,0 18,3 18,8 19,2 19,2 20,2 20,6 21,0

16 16 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 8. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu amonowego (NH 4 -N) w warstwie gleby cm Table 8. Statistical characteristics of the ammonium nitrogen (NH 4 -N) content in the soil layer cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 1,71 1,67 1,80 1,59 1,64 1,51 1,70 1,45 Mediana mg N kg -1 1,40 1,40 1,50 1,30 1,40 1,20 1,40 1,10 Odch. standardowe 1,26 1,30 1,30 1,31 1,21 1,19 1,26 1,27 Pentyl do 20% 0,70 0,60 0,70 0,40 0,70 0,50 0,70 0,40 Pentyl do 40% 1,20 1,10 1,30 1,00 1,10 1,00 1,20 0,90 Pentyl do 60% 1,70 1,70 1,90 1,70 1,60 1,50 1,70 1,40 Pentyl do 80% 2,40 2,50 2,70 2,50 2,40 2,30 2,50 2,30 Pentyl do 99% 6,30 6,40 6,40 6,20 6,00 5,70 6,0 6,0 Tabela 9. Charakterystyki statystyczne udziału procentowego zawartości azotu amonowego NH 4 -N w azocie mineralnym N min w warstwie gleby cm Table 9. Statistical characteristics of the share of ammonium nitrogen (NH 4 -N) in mineral nitrogen N min in the soil layer cm Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia % 42,9 32,0 30,8 24,6 35,4 28,8 29,2 24,0 Mediana % 42,2 28,6 26,7 19,3 32,2 25,0 25,0 18,5 Odch. standardowe 22,8 21,8 20,6 20,5 22,0 20,7 20,8 20,8 Pentyl do 20% 20,9 11,6 11,9 6,25 15,1 10,0 10,5 5,55 Pentyl do 40% 35,5 22,5 21,5 14,7 26,4 19,7 20,0 13,9 Pentyl do 60% 50,0 34,9 33,3 25,0 38,5 30,5 30,5 24,0 Pentyl do 80% 64,3 51,2 49,1 41,0 54,5 43,3 46,6 40,0 Pentyl do 99% 91 87,8 84,7 86,4 92,3 86,7 88,2 87,3

17 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Zawartość obydwu form azotu i oczywiście sumy azotu mineralnego była znacznie mniejsza w warstwie podornej, niż w warstwie ornej. Zawartość azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego wzrastała w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich w stopniu nieco większym w porównaniu z warstwą orną gleby. W przedziale zawartości do 11,8 mg N min kg -1 gleby w okresie wiosny i do 11,7 mg N min kg -1 gleby w okresie jesieni mieściło się 80% wszystkich analizowanych próbek gleby. W warstwie ornej zawartość azotu azotanowego w glebach bardzo lekkich wynosiła ok. 50% w okresie wiosny i ok. 67% w okresie jesieni, w stosunku do zawartości tej formy w glebach ciężkich. Odpowiednie wartości w warstwie podornej wynosiły natomiast ok. 38 i ok. 59%. Mniejsze w stosunku do warstwy ornej były natomiast różnice w zawartości azotu azotanowego w okresie wiosny i jesieni. Zawartości tej formy azotu w warstwie ornej w okresie wiosny stanowiły odpowiednio 59%, 62%, 70% i 78% w glebach bardzo lekkich, lekkich, średnich i ciężkich, w stosunku do okresu jesieni. W warstwie podornej względne zawartości azotanów w okresie wiosny stanowiły natomiast 69%, 94% i 97% odpowiednio w glebach bardzo lekkich, lekkich i średnich i były nawet większe (106%) w glebach ciężkich, w porównaniu do okresu jesieni. Zawartość azotu amonowego była praktycznie jednakowa, niezależnie do składu granulometrycznego i terminu pobierania próbek gleby. Procentowy udział azotu amonowego w ogólnej zawartości azotu mineralnego, podobnie jak w warstwie ornej ulegał obniżeniu w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i był większy w okresie wiosny, niż w okresie jesieni. Warstwa cm gleby W warstwie tej określanej potocznie jako podglebie przebieg procesów przemian azotu jest odmienny w porównaniu z warstwami orną i podorną. Aktywność biologiczna w podglebiu jest znacznie mniejsza i mniejszy jest również wpływ korzeni roślin oraz ilości dopływającego z nawozami i z opadem atmosferycznym azotu. O ilości azotu mineralnego w tej warstwie gleby decydują głównie procesy wmywania (z warstw wierzchnich) i wymywania (poza umowny profil glebowy) azotu mineralnego, a szczególnie azotanów. Odmienny jest również skład granulometryczny podglebia. W badaniach monitoringowych w warstwie gleby cm liczniej reprezentowane były gleby średnie i ciężkie, niż gleby bardzo lekkie i lekkie. Ogólnie można stwierdzić, że w kierunku od warstwy ornej do podglebia nieco wzrasta udział gleb bardzo lekkich, bardzo znacznie maleje udział gleb lekkich i dosyć znacznie wrasta udział gleb średnich i ciężkich. Ponad połowa gleb w punktach monitoringowych podścielona jest utworami o mocniejszym składzie granulometrycznym, ale licznie reprezentowane są również gleby bardzo lekkie i lekkie całkowite.

18 18 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 10. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby cm Table 10. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) content in the soil layer cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 4,49 6,22 5,89 6,45 4,31 5,32 5,17 5,41 Mediana mg N kg -1 3,40 5,10 4,80 5,40 3,30 4,20 4,00 4,30 Odch. standardowe 3,60 4,28 4,18 4,29 3,51 4,05 3,98 4,08 Pentyl do 20% 1,80 2,70 2,50 2,90 1,60 2,10 2,00 2,10 Pentyl do 40% 2,80 4,20 4,00 4,50 2,70 3,50 3,30 3,50 Pentyl do 60% 4,20 6,20 5,70 6,40 4,0 5,00 4,90 5,20 Pentyl do 80% 6,70 9,30 8,70 9,70 6,30 8,00 7,80 8,20 Pentyl do 99% 17,6 19,8 19,6 20,0 17,2 18,9 18,5 18,7 Tabela 11. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby cm Table 11. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) content in the soil layer cm Okres wiosny, Okres jesieni, spring period autumn period Charakterystyka, characteristics kategoria agronomiczna gleby, soil texture very kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 3,02 4,53 4,30 4,84 2,84 3,67 3,58 3,85 Mediana mg N kg -1 1,90 3,40 3,20 3,80 2,00 2,70 2,50 2,80 Odch. standardowe 3,12 3,83 3,71 3,87 2,76 3,22 3,24 3,35 Pentyl do 20% 0,80 1,30 1,30 1,60 0,80 1,10 1,00 1,10 Pentyl do 40% 1,40 2,60 2,40 3,00 1,50 2,00 1,90 2,10 Pentyl do 60% 2,60 4,30 4,10 4,80 2,50 3,40 3,30 3,60 Pentyl do 80% 4,70 7,20 6,80 7,70 4,40 5,80 5,70 6,30 Pentyl do 99% 14,9 16,9 16,7 17,0 13,3 14,5 14,4 14,5

19 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 12. Charakterystyki statystyczne zawartości azotu amonowego (NH 4 -N) w warstwie gleby cm Table 12. Statistical characteristics of the ammonium nitrogen (NH 4 -N) content in the soil layer cm Okres wiosny, Okres jesieni, spring period autumn period kategoria agronomiczna gleby, kategoria agronomiczna gleby, Charakterystyka soil texture soil texture characteristics very very Liczba próbek Średnia mg N kg -1 1,29 1,46 1,36 1,38 1,30 1,38 1,36 1,27 Mediana mg N kg -1 1,10 1,30 1,10 1,20 1,00 1,10 1,10 1,00 Odch. standardowe 0,94 1,03 0,97 1,01 1,05 1,11 1,08 1,03 Pentyl do 20% 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,40 0,5 0,40 Pentyl do 40% 0,90 1,00 0,90 0,90 0,80 0,90 0,90 0,80 Pentyl do 60% 1,30 1,60 1,40 1,50 1,30 1,40 1,30 1,30 Pentyl do 80% 2,00 2,30 2,10 2,20 2,00 2,10 2,10 2,00 Pentyl do 99% 4,40 4,50 4,40 4,40 5,10 5,20 5,10 4,80 Tabela 13. Charakterystyki statystyczne udziału procentowego zawartości azotu amonowego NH 4 N w azocie mineralnym N min w warstwie gleby cm Table 13. Statistical characteristics of the share of ammonium nitrogen (NH 4 -N) in mineral nitrogen N min in the soil layer cm Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Liczba próbek , Średnia % 38,0 30,8 30,7 28,2 37,5 32,8 33,6 31,2 Mediana % 36,0 26,6 26,3 23,5 34,5 29,0 30,0 26,7 Odch. standardowe 23,7 22,3 21,6 21,4 23,6 23,4 22,7 23,0 Pentyl do 20% 14,3 10,1 10,9 8,86 15,2 10,8 12,5 9,64 Pentyl do 40% 28,6 20,9 20,7 17,9 28,2 22,5 23,8 20,6 Pentyl do 60% 43,7 33,3 32,6 29,6 41,7 35,7 36,4 33,3 Pentyl do 80% 60,0 50,0 50,0 46,4 58,8 52,9 53,6 50,0 Pentyl do 99% 92,3 90,0 88,1 88,6 91,7 93,7 92,8 92,3

20 20 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Zawartość azotu azotanowego i azotu mineralnego w podglebiu kształtuje się odmiennie, niż w warstwie ornej i podornej (tab ). Zawartość ta jest przede wszystkim mniejsza niż w wierzchnich warstwach gleby, a ponadto, z wyjątkiem gleb bardzo lekkich, w małym stopniu zależy do składu granulometrycznego gleby i znowu z wyjątkiem gleb bardzo lekkich jest większa w okresie wiosny niż w okresie jesieni. Jest to wynikiem przeciwstawnych procesów wmywania do tej warstwy i wymywania z niej jonów azotanowych do nie analizowanych warstw głębszych. Zagadnienie to omówiono obszerniej w części pracy poświęconej zasobowi azotu mineralnego w glebach. Zawartość azotu amonowego w podglebiu była bardzo niewielka i praktycznie niezależna od składu granulometrycznego tej warstwy gleby i od okresu pobierania próbek. Względny udział azotu amonowego w sumie azotu mineralnego maleje w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i jest mniejszy w okresie jesieni niż wiosny, ale prawidłowości te są znacznie słabiej zaznaczone w porównaniu z warstwą podorną, a szczególnie warstwą orną gleby. Tabela 14. Przeciętne (mediany) zawartości form azotu mineralnego w warstwach gleby w mg N kg -1 gleby Table 14. Median of the nitrogen forms content in soil layers in mg N kg -1 soil Forma, warstwa Okres wiosny, spring period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very Okres jesieni, autumn period kategoria agronomiczna gleby, soil texture very N min ,80 5,45 6,10 7,10 4,65 5,35 6,10 6, ,35 7,55 8,40 9,00 8,65 10,0 10,6 11, ,40 5,10 4,80 5,40 3,30 4,20 4,00 4, ,30 4,40 5,50 6,50 5,60 7,10 7,80 8,30 NO 3 -N ,00 3,50 4,00 5,20 2,90 3,70 4,10 4, ,90 3,40 3,20 3,80 2,00 2,70 2,50 2, ,70 2,50 2,20 1,80 2,40 2,20 2,00 1,60 NH 4 -N ,40 1,40 1,50 1,30 1,40 1,20 1,40 1, ,10 1,30 1,10 1,20 1,00 1,10 1,10 1,00 % NH 4 -N w N min ,0 36,0 27,5 19,7 29,8 23,3 19,8 14, ,2 28,6 26,7 19,3 32,2 25,0 25,0 18, ,0 26,6 26,3 23,5 34,5 29,0 30,0 26,7 Dane źródłowe zamieszczone w tabelach 2 13 przedstawiono w syntetycznej formie, ograniczonej do przeciętnych (median) zawartości form azotu w tabeli 14 i na rys. 2. Tabela i rysunek jeszcze lepiej obrazują fakt odmiennego zachowania obydwu analizowanych form azotu w glebach, zależnie od warstwy gleby i terminu

21 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód pobierania próbek. Zawartość azotu azotanowego rośnie w kierunku od gleb bardzo lekkich do ciężkich i maleje w kierunku od warstwy ornej do podglebia. Zawartość tej formy azotu w warstwie ornej i podglebiu jest ponadto większa w okresie jesieni niż wiosny. Zawartość azotu amonowego maleje w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i jest względnie stała, niezależnie od terminu pobierania próbek gleby. Podobieństwo obydwu form polega natomiast na tym, że ich zawartość maleje w kierunku od warstwy ornej gleby do podglebia. Rys. 2. Przeciętne (mediany) zawartości form azotu mineralnego w warstwach gleby w mg N kg -1 gleby, w okresie wiosny i jesieni Fig. 2. Medians of the content of mineral nitrogen in the soil layers mg N kg -1 soil, in the spring and autumn periods

22 22 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Jak wynika z syntezy badań monitoringowych prowadzonych w Czechach, w latach [Cermak, Kubik 2009] przeciętna (mediana) zawartość azotu mineralnego N min wynosiła 9,68 mg N kg -1 gleby w warstwie ornej i 6,43 mg N kg -1 gleby w podglebiu. Odpowiednie zawartości azotu azotanowego wynosiły 6,33 mg NO 3 -N kg -1 gleby i 4,71 mg NO 3 -N kg -1 gleby, a zawartości azotu amonowego 1,71 mg NH 4 -N kg -1 gleby i 1,42 mg NH 4 -N kg -1 gleby. Azot amonowy stanowił zatem około 20% ogólnej ilości azotu mineralnego. W badaniach tych nie uwzględniano składu granulometrycznego gleby, ale znajdowane przeciętne zwartości azotu mineralnego i azotanowego były bardzo zbliżone do stwierdzanych w glebach Polski. Udział azotu amonowego w azocie mineralnym był jednak wyraźnie większy w glebach naszego kraju co może wynikać z przewagi gleb bardzo lekkich i lekkich oraz znacznego zakwaszenia gleb w Polsce. W monitorowanych glebach Węgier [Loch i in. 2009] (arytmetyczna) zawartość azotu azotanowego wynosiła ok. 6 mg NO 3 -N kg -1 w wierzchniej warstwie gleby i ok. 2,74 mg NO 3 -N kg -1 w warstwie podornej. Są to zawartości mniejsze od znajdowanych, nawet w ciężkich glebach Polski Zasób (amount) azotu mineralnego w warstwach gleby zależnie od jej kategorii agronomicznej Pod pojęciem zasobu azotu autorzy rozumieli ilość azotu mineralnego w glebie wyrażoną w kg N danej formy składnika w określonej warstwie gleby na powierzchni 1 ha. Zasób azotu wyliczano jako iloczyn zawartości składnika i ciężaru objętościowego gleby. Ciężar objętościowy zależy od składu granulometrycznego gleby i jako standardowe przyjmowano jego wartości: 1,533 kg dm -3 dla gleb bardzo lekkich, 1,500 kg dm -3 dla gleb lekkich, 1,416 kg dm -3 dla gleb średnich i 1,300 kg dm -3 dla gleb ciężkich (por. tab. 56). Zasób obliczano tylko dla sumy azotu mineralnego (NO 3 -N + NH 4 -N) i azotu azotanowego (NO 3 -N). Nie podawano oddzielnie zasobu azotu amonowego, gdyż jak wynika z poprzedniego podrozdziału pozostaje on w określonej proporcji do sumy azotu mineralnego. Zasoby azotu wyliczano dla każdej z analizowanych warstw gleby, przyjmując jej skład granulometryczny, a także dla profili glebowych o miąższości 60 cm i 90 cm. Wyliczeń dla profili dokonywano w dwóch wariantach, przyjmując, że cały profil (0-60 cm lub 0-90 cm) ma taki skład granulometryczny jak jego warstwa orna (0-30 cm) lub tworząc rzeczywiste profile o zróżnicowanym w poszczególnych warstwach składzie granulometrycznym. Pierwsze podejście jest uzasadnione potrzebami służb agrochemicznych (stacje chemiczno-rolnicze), które zaliczają glebę do danej kategorii agronomicznej na podstawie analizy próbek pobranych tylko z warstwy ornej, a drugie może mieć znaczenie dla potrzeb gleboznawstwa.

23 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód... Warstwa 0-30 cm gleby 23 Zasób azotu mineralnego w tej warstwie gleby, w okresie wiosny ma duże znaczenie dla pokrycia potrzeb pokarmowych roślin we wczesnych fazach wzrostu i rozwoju, gdy zasięg systemu korzeniowego jest jeszcze bardzo ograniczony (tab. 15). Tabela 15. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby 0-30 cm w kg N ha -1 Table 15. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil layer 0-30 cm in kg N ha -1 Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 33,9 38,3 40,4 40,3 45,8 51,5 52,2 51,0 Mediana kg N ha -1 29,0 33,3 34,8 35,1 39,1 44,5 45,0 43,7 Odch. standardowe 19,9 20,7 22,2 22,2 27,9 29,7 30,4 30,7 Pentyl do 20% 18,8 22,0 22,5 22,6 23,5 27,4 26,8 25,7 Pentyl do 40% 25,3 29,7 30,6 30,4 34,0 38,7 38,6 37,0 Pentyl do 60% 33,1 37,8 40,3 40,2 45,1 51,7 52,7 50,3 Pentyl do 80% 45,5 52,2 55,6 55,8 63,9 72,4 74,8 72,9 Pentyl do 99%

24 24 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 16. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby 0-30 cm w kg N ha -1 Table 16. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil layer 0-30 cm in kg N ha -1 Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 18,9 24,0 27,1 29,1 32,4 39,0 40,2 40,9 Mediana kg N ha -1 14,7 19,8 22,9 25,3 26,2 32,4 33,5 33,5 Odch. standardowe 14,9 16,9 17,7 18,3 24,8 27,6 27,5 28,3 Pentyl do 20% 7,36 10,3 12,3 14,0 12,4 16,3 17,0 17,2 Pentyl do 40% 11,9 16,2 19,1 21,4 21,1 26,5 27,6 28,1 Pentyl do 60% 17,9 23,8 27,2 29,6 31,7 38,7 40,8 40,6 Pentyl do 80% 28,0 35,5 39,9 42,5 48,7 58,0 59,9 62,0 Pentyl do 99% 74,0 79,2 82,4 83, W ornej warstwie gleby zasób azotu azotanowego i w mniejszym stopniu sumy azotu mineralnego dosyć znacznie wzrasta w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich. Mniejszy relatywnie przyrost zasobu azotu mineralnego, niż azotu azotanowego, wynika z tego, że w glebach lżejszych znajdują się większe ilości azotu amonowego. Przeciętne (mediana) zasoby azotu azotanowego i mineralnego nie są jednak duże i nawet w glebach ciężkich nie przekraczają odpowiednio 25 kg NO 3 -N ha -1 i 35 kg N min ha -1. W okresie jesieni zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego są większe niż w okresie wiosny, ale wykazują mniejszą zależność od składu granulometrycznego gleby. Warstwa cm gleby Zasób azotu mineralnego w tej warstwie gleby ma duże znaczenie w okresie późnej wiosny, gdy korzenie większości roślin uprawnych przerastają zarówno poziom orno-próchniczny, jak i warstwę podorną.

25 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 17. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby cm w kg N ha -1 Table 17. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil layer cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 21,8 29,2 30,5 32,2 26,6 29,9 31,6 31,3 Mediana kg N ha -1 17,0 23,8 25,5 27,7 20,7 23,8 25,5 25,3 Odch. standardowe 16,5 19,9 19,6 20,0 20,0 22,0 22,2 22,0 Pentyl do 20% 9,20 13,0 14,4 15,6 11,0 12,1 13,6 13,6 Pentyl do 40% 14,2 19,8 21,7 23,4 17,5 19,3 21,2 21,1 Pentyl do 60% 20,7 28,3 30,2 32,4 25,3 28,8 30,6 30,8 Pentyl do 80% 31,3 43,2 44,2 46,8 39,1 44,5 46,7 46,4 Pentyl do 99% 85,5 94,5 94,3 94, Tabela 18. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby cm w kg N ha -1 Table 18. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil layer cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 13,5 20,8 22,2 24,9 18,4 22,3 23,5 24,6 Mediana kg N ha -1 9,2 15,7 17,0 20,7 13,3 16,6 17,8 19,1 Odch. standardowe 13,5 17,4 17,7 18,2 16,9 19,1 19,5 19,8 Pentyl do 20% 3,68 6,75 7,65 9,36 5,52 7,2 7,65 8,19 Pentyl do 40% 6,90 12,1 13,6 16,8 10,1 13,0 14,0 15,2 Pentyl do 60% 11,5 19,8 21,2 25,0 16,5 20,7 22,1 24,2 Pentyl do 80% 20,7 32,4 34,4 38,2 28,5 34,6 36,5 38,6 Pentyl do 99% 66,7 79,2 80,3 81,9 82,3 87,7 88,8 90,1

26 26 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w warstwie podornej są nieco mniejsze, niż w poziomie orno próchnicznym. Dotyczy to w szczególności gleb bardzo lekkich i lekkich. Zasób azotu azotanowego i mineralnego, zarówno w okresie wiosny jak i jesieni wzrasta w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich. Zasób azotu azotanowego, z wyjątkiem gleb ciężkich, jest większy w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. Zasób sumy azotu mineralnego jest większy jesienią tylko w glebach bardzo lekkich, a w glebach lekkich i średnich w obydwu okresach pobierania próbek gleby kształtuje się na podobnym poziomie. W glebach ciężkich zasób azotu mineralnego w okresie jesieni jest wyraźnie mniejszy, a azotu azotanowego nieznacznie mniejszy w okresie jesieni w porównaniu do okresu wiosny. Warstwa cm gleby Zasób azotu mineralnego w podglebiu ma większe znaczenie środowiskowe, niż agrotechniczne gdyż rośliny ziarnowe (zboża, rzepak) przeważające w uprawie mają ograniczoną zdolność pobierania składnika z tej głębokości. Warstwa cm stanowi natomiast przejście od gleby w stanie nie nasycenia do gleby nasyconej wodą, a nawet do wody gruntowej. Poprzez tę warstwę następuje przesiąk wody opadowej niosącej rozpuszczone związki azotu do wód glebowych i gruntowych. Tabela 19. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w warstwie gleby cm w kg N ha -1 Table 19. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil layer cm in kg N ha -1 Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 20,5 27,9 25,2 25,8 19,5 23,5 21,9 21,4 Mediana kg N ha -1 15,6 22,9 20,4 21,1 15,2 18,9 17,0 16,8 Odch. standardowe 16,3 19,0 18,0 17,8 15,5 17,5 16,8 16,6 Pentyl do 20% 8,28 12,1 10,6 11,3 7,36 9,45 8,50 8,19 Pentyl do 40% 12,9 18,9 17,0 17,5 12,4 15,3 14,0 13,6 Pentyl do 60% 19,3 27,9 24,2 25,2 18,4 22,5 20,8 20,3 Pentyl do 80% 30,3 41,8 37,4 38,2 28,9 35,5 33,1 42,4

27 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Pentyl do 99% 79,1 87,7 85,4 84,2 75,4 80,5 78,6 77,2 Tabela 20. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w warstwie gleby cm w kg N ha -1 Table 20. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen N min (NO 3 -N ) amount in the soil layer cm in kg N ha -1 Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek , Średnia kg N ha -1 13,7 20,0 18,2 19,2 12,9 16,4 15,3 15,5 Mediana kg N ha -1 8,74 15,3 13,6 14,8 9,20 11,7 10,6 10,9 Odch. standardowe 13,9 16,5 15,7 15,7 12,3 14,2 14,0 14,0 Pentyl do 20% 3,68 5,85 5,52 6,24 3,68 4,95 4,25 4,29 Pentyl do 40% 6,44 11,7 10,2 11,7 6,90 9,0 8,07 8,58 Pentyl do 60% 11,9 19,3 17,4 18,7 11,5 15,3 14,0 14,4 Pentyl do 80% 21,1 32,4 28,9 30,4 19,8 26,1 24,2 25,3 Pentyl do 99% 65,8 72,4 70,5 71,4 58,4 63,4 62,4 62,8 Zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w podglebiu były mniejsze niż w warstwie podornej i znacznie mniejsze niż w warstwie ornej gleby. Najmniejsze ilości zarówno azotu azotanowego, jak i sumy azotu mineralnego, znajdowały się w glebach bardzo lekkich, natomiast w pozostałych kategoriach agronomicznych gleby zawartości te były podobne. Tylko w glebach bardzo lekkich zasoby azotu azotanowego i mineralnego były nieznacznie większe w okresie jesieni w porównaniu z okresem wiosny. W pozostałych kategoriach agronomicznych gleb wykrywano mniej azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego jesienią, niż wiosną. Zasób i rozkład zasobu form azotu mineralnego w podglebiu jest zatem zasadniczo odmienny od stwierdzanego w warstwach ornej i podornej gleby. Wiąże się to z odmiennym przebiegiem procesów mikrobiologicznych i procesów pionowego przemieszczania, zwłaszcza azotu azotanowego w profilu glebowym.

28 28 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch 3.3. Zasób azotu w profilu glebowym z uwzględnieniem kategorii agronomicznej ornej warstwy gleby Zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego przedstawiono w profilu gleby o miąższości 60 cm (warstwa 0-60 cm) i miąższości 90 cm (warstwa 0-90 cm). Zaliczenia gleb do odpowiedniej kategorii agronomicznej dokonano tylko na podstawie jej składu granulometrycznego w warstwie 0-30 cm. Klasyfikacja taka jest stosowana w badaniach zawartości i zasobu azotu przeprowadzanych przez stacje chemiczno-rolnicze, głównie do celów doradztwa nawozowego i przestrzegania środowiskowych aspektów gospodarki nawozowej (potencjalne wymywanie składnika z gleby). Profil gleby 0-60 cm Tabela 21. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w profilu gleby 0-60 cm w kg N ha -1 Table 21. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil profile 0-60 cm in kg N ha -1 Charakterystyka characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 56,8 68,0 74,4 76,7 73,7 83,0 86,0 86,0 Mediana kg N ha -1 47,8 58,5 64,8 67,1 62,1 71,1 74,3 73,3 Odch. standardowe 35,1 38,0 40,4 40,9 45,9 49,1 50,2 51,0 Pentyl do 20% 30,3 37,8 41,6 42,9 38,2 43,7 44,7 44,1 Pentyl do 40% 41,4 51,3 56,6 59,0 53,8 61,4 64,1 63,2 Pentyl do 60% 55,2 67,0 73,9 76,8 71,7 81,9 86,5 85,6 Pentyl do 80% 77,7 93, Pentyl do 99%

29 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 22. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w profilu gleby 0-60 cm w kg N ha -1 Table 22. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil profile 0-60 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Liczba próbek Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Średnia kg N ha -1 33,2 45,6 52,9 57,7 52,3 62,9 66,5 69,2 Mediana kg N ha -1 25,3 36,6 44,3 49,5 41,4 51,3 54,8 56,9 Odch. standardowe 27,2 33,1 35,4 36,8 41,4 45,2 46,7 48,0 Pentyl do 20% 12,4 18,9 23,8 26,3 20,2 27,0 28,0 29,6 Pentyl do 40% 20,2 30,2 36,9 41,7 34,0 42,4 45,3 47,6 Pentyl do 60% 30,8 44,1 52,2 58,9 50,1 61,5 65,3 68,2 Pentyl do 80% 49,2 67,7 77,5 84,3 76,1 92,2 98,2 104 Pentyl do 99% Zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w profilu 0-60 cm znacznie wzrastają w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich i były wyraźnie większe w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. Stwierdza się przy tym współdziałanie obydwu czynników, to znaczy składu granulometrycznego i terminu pobierania próbek gleby na zasób form azotu. Różnica w zawartości sumy azotu mineralnego, a szczególnie azotu azotanowego pomiędzy okresem jesieni i wiosny jest największa w glebach bardzo lekkich i lekkich i maleje w kierunku gleb średnich i ciężkich. Odpowiednie różnice zasobu azotu azotanowego wynosiły 14,2 kg, 14,7 kg, 10,5 kg i 7,4 kg NO 3 -N ha -1 w glebach bardzo lekkich, lekkich, średnich i ciężkich. Przeciętne (mediana) zasoby azotu mineralnego w profilu gleby 0-60 cm są znaczne i mieszczą się w granicach kg N min ha -1 wiosną i kg N min ha -1 jesienią, zależnie od kategorii agronomicznej wierzchniej 30 cm warstwy gleby. Są to już ilości zaledwie 2-3 krotnie mniejsze od potrzeb pokarmowych większości uprawianych roślin.

30 30 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Profil gleby 0-90 cm Tabela 23. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (NO 3 -N + NH 4 -N) w profilu gleby 0-90 cm w kg N ha -1 Table 23. Statistical characteristics of the mineral nitrogen N min (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil profile 0-90 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer very Liczba próbek Średnia 78,2 95, , kg N ha -1 Mediana 65,3 81,4 90,9 94,8 79,3 89,7 95,4 96,3 kg N ha -1 Odch. standardowe 49,6 55,3 57,6 59,2 59,8 63,7 65,5 65,9 Pentyl do 20% 40,8 51,3 57,7 59,7 48,8 55,1 57,7 57,3 Pentyl do 40% 56,6 70,7 79,4 82,3 69,0 77,5 82,4 82,7 Pentyl do 60% 75,8 93, , Pentyl do 80% Pentyl do 99% Przeciętne (mediana) zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w całym (0-90 cm) profilu glebowym są znaczne i wynoszą odpowiednio kg NO 3 -N ha -1 i kg NO 3 -N ha -1 w okresie wiosny i jesieni azotu azotanowego oraz kg N min ha -1 i kg N min ha -1 w okresie wiosny i jesieni sumy azotu mineralnego. Zasoby azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego znacznie wzrastają w kierunku od gleb bardzo lekkich do ciężkich i są większe w okresie jesieni niż w okresie wiosny. Przeciętna (mediana) różnica zasobu pomiędzy jesienią i wiosną maleje w miarę wzrostu ciężkości gleby i wynosi odpowiednio 17,1 kg, 11,4 kg, 5,8 kg i 3,1 kg azotu azotanowego oraz 14,0 kg, 8,3 kg, 4,5 kg i 1,5 kg azotu mineralnego w glebach bardzo lekkich, lekkich, średnich i ciężkich. Różnica w zawartości azotu pomiędzy terminami pobierania próbek jest, zatem znacznie większa dla azotu azotanowego, niż dla sumy azotu mineralnego. Należy podkreślić, że podane

31 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód różnice zasobu azotu liczono w układzie jesień-wiosna tego samego roku, a więc nie mogą być one odnoszone do strat azotu w okresie zimowym. Do zagadnienia tego powrócono w dalszych rozdziałach opracowania. Tabela 24. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w profilu gleby 0-90 cm w kg N ha -1 Table 24. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil profile 0-90 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer b. very Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna gleby w warstwie ornej, soil category in the plow layer b. very Liczba próbek Średnia kg N ha -1 46,8 64,5 74,1 80,2 65,7 78,1 83,2 87,2 Mediana kg N ha -1 35,3 52,5 62,2 69,4 52,4 63,9 68,0 72,5 Odch. standardowe 39,1 46,8 49,6 51,1 50,9 55,5 57,7 59,2 Pentyl do 20% 17,0 26,5 33,1 36,7 26,2 33,3 35,5 37,4 Pentyl do 40% 28,4 42,7 51,9 57,7 43,2 52,8 56,5 60,1 Pentyl do 60% 43,7 62,9 73,9 82,0 63,0 76,2 81,8 87,3 Pentyl do 80% 69,4 96, , Pentyl do 99% Zasób azotu w profilu glebowym z uwzględnieniem kategorii agronomicznej poszczególnych warstw gleby W podrozdziale 3.3. zaliczano gleby w punktach pobierania próbek do takiej kategorii agronomicznej, jaka wynikała z analizy składu granulometrycznego warstwy 0-30 cm. Według takiej klasyfikacji, stosowanej przez stacje chemiczno-rolnicze, zakłada się zatem, że mamy do czynienia z glebami całkowitymi o składzie takim jak skład poziomu orno-próchnicznego. Założenie to nie odpowiada oczywiście stanowi faktycznemu, gdyż znaczną część gleb w naszym kraju stanowią gleby niecałkowite o zróżnicowanym w profilu składzie granulometrycznym. W tym podrozdziale dokonano klasyfikacji gleb według składu granulometrycznego poszczególnych warstw, dokonując jednak pewnych uogólnień. Podobnie jak w poprzednim podrozdziale wyróżniono profile gleby odpowiednio o miąższości 0-60 cm i 0-90 cm.

32 32 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Profil gleby 0-60 cm W tym profilu wyróżniono 4 kategorie agronomiczne gleb, zgodnie z klasyfikacją podaną w tabeli 25. Tabela 25. Klasyfikacja gleb według składu granulometrycznego w warstwach 0-30 cm i cm Table 25. Soil classification according to the texture in the soil layers 0-30 cm and cm Określenie i symbol gleb, soil category and code Lekkie całkowite, homogenous Lekkie nie całkowite, heterogenous Ciężkie całkowite, homogenous Ciężkie nie całkowite, heterogenous LL LC CC CL Kategoria agronomiczna w warstwie, soil category on the layer 0-30cm Bardzo lekkie i lekkie, very and Bardzo lekkie i lekkie, very and Średnie i ciężkie, and Średnie i ciężkie, and Kategoria agronomiczna w warstwie, soil category in the layer cm Bardzo lekkie i lekkie, very and Średnie i ciężkie, and Średnie i ciężkie, and Bardzo lekkie i lekkie, very and W kolejnych tabelach i na rysunku 3 podano charakterystyki statystyczne zawartości azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w wyróżnionych, z uwzględnieniem profilu 0-60 cm, kategoriach gleb. W profilu 0-60 cm najliczniej reprezentowane były gleby lekkie całkowite LL, do których zaliczono 55% ogólnej liczby profili, a następnie gleby ciężkie całkowite CC, do których zaliczono 32% profili. Reprezentacja gleb nie całkowitych była niewielka i gleby lekkie zalegające od 30 cm na glebach średnich i ciężkich LC stanowiły 9%, a gleby ciężkie zalęgające od 30 cm na glebach bardzo lekkich i lekkich CL zaledwie 4% ogólnej liczby profili. Dokonując porównania z klasyfikacją dokonaną dla tego profilu na podstawie składu granulometrycznego tylko warstwy ornej stwierdza się bardzo duże podobieństwo obydwu klasyfikacji. Według klasyfikacji na podstawie tylko warstwy ornej gleby bardzo lekkie i lekkie stanowiły 65% ogólnej liczby profili, a gleby średnie i ciężkie 35% profili. Klasyfikacja według rzeczywistego składu granulometrycznego również warstwy cm gleby pozwoliła, zatem na wyróżnienie zaledwie 13% gleb nie całkowitych (LC i CL).

33 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 26. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego (NO 3 -N + N-NH 4 ) w profilu gleby 0-60 cm w kg N ha -1 Table 26. Statistical characteristics of the mineral nitrogen (NO 3 -N + NH 4 -N) amount in the soil profile 0-60 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Okres jesieni, winter period Kategoria agronomiczna w profilu, soil category in the profile 0-60 cm Kategoria agronomiczna gleby w profilu, soil category in the profile 0-60 cm LL LC CC CL LL LC CC CL Liczba próbek Średnia kg N ha -1 60,3 66,6 77,4 76,8 79,0 85,0 86,9 91,8 Mediana kg N ha -1 53,3 56,8 66,3 67,4 67,0 71,9 73,7 78,4 Odch. standardowe 31,9 36,0 44,2 41,6 48,1 50,0 53,1 52,8 Pentyl do 20% 33,5 38,8 42,5 42,4 49,0 45,6 44,0 49,7 Pentyl do 40% 46,4 50,7 58,2 58,2 58,0 62,2 43,5 69,0 Pentyl do 60% 60,7 64,9 75,7 77,4 77,4 83,4 86,2 91,5 Pentyl do 80% 84,6 90, Pentyl do 99% Tabela 27. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w profilu gleby 0-60 cm w kg N ha -1 Table 27. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil profile 0-60 cm in kg N ha -1 Okres wiosny, spring period Okres jesieni, winter period Charakterystyka, characteristics Kategoria agronomiczna w profilu, soil category in the profile 0-60 cm Kategoria agronomiczna gleby w profilu, soil category in the profile 0-60cm LL LC CC CL LL LC CC CL Liczba próbek Średnia kg N ha -1 39,6 44,4 56,8 53,6 57,3 63,0 67,6 70,1 Mediana kg N ha -1 31,5 35,7 47,2 44,6 46,8 51,5 55,4 58,2 Odch. standardowe 30,1 31,7 38,8 37,5 41,5 45,0 47,3 49,0 Pentyl do 20% 15,3 19,0 25,1 22,9 23,7 26,4 28,5 29,9 Pentyl do 40% 25,6 29,2 39,8 36,6 38,6 42,5 46,2 48,3 Pentyl do 60% 38,6 42,9 56,1 53,4 56, ,9 69,4 Pentyl do 80% 59,8 66,2 82,4 79,4 84,6 93, Pentyl do 99%

34 34 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Jak wynika z tabel 26 i 27, zasób sumy azotu mineralnego i przede wszystkim azotu azotanowego jest znacznie większy w glebach ciężkich całkowitych CC, w porównaniu do gleb lekkich całkowitych LL. Przeciętna (mediana) różnica na korzyść gleb CC wynosi 15,7 kg NO 3 -N ha -1 w okresie wiosny i 8,6 kg NO 3 -N ha -1 w okresie jesieni. Znacznie mniejsze są różnice w zawartości azotu pomiędzy glebami lekkimi całkowitymi LL i lekkimi niecałkowitymi LC, na korzyść tych ostatnich oraz pomiędzy glebami ciężkimi całkowitymi CC i ciężkimi niecałkowitymi CL. Interpretując te ostatnie różnice należy jednak uwzględnić stosunkowo małą liczebność punktów pobierania próbek zlokalizowanych na glebach niecałkowitych. Rys. 3. Zasób NO 3 -N i N min w profilach gleb 0-60cm w kg N ha -1 (wartości mediany) Fig. 3. Medians of the nitrate NO 3 -N and mineral N min amounts in the soil profiles 0-60 cm

35 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód... Profil gleby 0-90 cm 35 W profilu tym analizowano 3 warstwy gleby i liczba możliwych kombinacji profili jest znaczna, co oczywiście wpływa na zmniejszenie liczebności próbek i mniejszą reprezentatywność danych. Z tego względu zdecydowano o wyróżnieniu tylko 6 układów profilowych (tabela 28). Tabela 28. Klasyfikacja gleb według składu granulometrycznego w warstwach 0-30 cm, cm i cm Table 28. Soil classification according to the texture in the soil layers 0-30 cm, cm and cm Określenie i symbol gleb, soil category and code Kategoria agronomiczna, soil texture, 0-30 cm Kategoria agronomiczna, soil texture, cm Kategoria agronomiczna, soil texture, cm Lekkie całkowite, homogenous LLL bardzo lekkie i lekkie, very and bardzo lekkie i lekkie, very and bardzo lekkie i lekkie, very and Lekkie nie całkowite, heterogenous LLC(1) bardzo lekkie i lekkie, very and bardzo lekkie i lekkie, very and średnie i ciężkie, and Lekkie nie całkowite, heterogenous LCC(2) bardzo lekkie i lekkie, very and średnie i ciężkie, and średnie i ciężkie, and Ciężkie całkowite, homogenous CCC średnie i ciężkie, and średnie i ciężkie, and średnie i ciężkie, and Ciężkie nie całkowite, heterogenous CCL(1) średnie i ciężkie, and bardzo lekkie i lekkie, very and bardzo lekkie i lekkie, very and Ciężkie nie całkowite, heterogenous CLL(2) średnie i ciężkie, and średnie i ciężkie, and bardzo lekkie i lekkie, very and W tabelach 29 i 30 i na rysunku 4 podano charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego w wyróżnionych układach pełnych profili glebowych (do 90 cm).

36 36 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 29. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu mineralnego N min (N-NO 3 + N-NH 4 ) w profilu gleby 0-90 cm w kg N ha -1 Table 29. Statistical characteristics of the mineral nitrogen (NO 3 -N+N-NH 4 ) amount in the soil profile 0-90 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna w profilu 0-90 cm, soil category in the profile 0-90 cm Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna w profilu 0-90 cm, soil category in the profile 0-90 cm LLL LLC LCC CCC CCL CLL LLL LLC LCC CCC CCL CLL Liczba próbek Średnia kg N ha -1 86,2 89,1 92, , Mediana kg N ha -1 73,1 77,9 79,3 91, ,2 83,7 87,0 90,6 94, Odch. stan. 51,4 49,0 50,3 60,8 68,0 57,7 58,4 62,1 63,2 67,1 72,9 73,5 Pentyl do 20% 44,1 50,3 52,5 57,8 65,8 60,0 50,8 55,0 57,0 56,2 64,0 66,4 Pentyl do 40% 62,5 68,2 70,4 80,3 90,0 81,8 72,2 75,9 78,4 81,4 89,2 93,5 Pentyl do 60% 84,6 89,2 90, , Pentyl do 80% Pentyl do 99%

37 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 30. Charakterystyki statystyczne zasobu azotu azotanowego (NO 3 -N) w profilu gleby 0-90 cm w kg N ha -1 Table 30. Statistical characteristics of the nitrate nitrogen (NO 3 -N) amount in the soil profile 0-90 cm in kg N ha -1 Charakterystyka, characteristics Okres wiosny, spring period Kategoria agronomiczna w profilu 0-90cm, soil category in the profile 0-90 cm Okres jesieni, autumn period Kategoria agronomiczna w profilu 0-90 cm, soil category in the profile 0-90 cm LLL LLC LCC CCC CCL CLL LLL LLC LCC CCC CCL CLL Liczba próbek Średnia 54,9 59,2 63,0 78,9 89,4 75,4 69,5 77,0 78,8 85,8 95,4 92,4 kg N ha -1 Mediana 42,3 49,8 51,0 65,8 73,1 63,1 56,9 62,9 64,0 69,4 77,8 77,4 kg N ha -1 Odch. stan. 43,0 40,7 44,3 54,4 62,7 52,2 50,3 54,3 56,3 61,3 67,2 63,0 Pentyl do 20% 20,2 26,0 26,6 34,7 39,0 32,7 28,5 33,6 33,0 35,9 40,5 39,8 Pentyl do 40% 34,0 41,6 41,8 54,7 60,3 51,1 46,8 52,3 52,4 57,3 65,9 64,7 Pentyl do 60% 52,6 58,6 61,5 77,9 85,9 75,9 68,1 74,0 77,5 84,1 92,3 91,4 Pentyl do 80% 84,1 85,3 94, Pentyl do 99% W profilu 0-90 cm najliczniej reprezentowane były gleby lekkie całkowite LLL, stanowiące około 40% ogólnej licz-

38 38 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch by próbek i następnie gleby ciężkie całkowite CCC, stanowiące około 30% ogólnej liczby próbek. Znaczący, 16% udział stanowiły gleby lekkie podścielone od 60 cm utworami mocniejszymi LLC i gleby lekkie podścielone od 30 cm utworami mocniejszymi LCC (łącznie 8%). Gleby ciężkie niecałkowite CLL i CCL stanowiły łącznie około 6% ogólnej liczby profili glebowych. Należy podkreślić, że klasyfikując profil 0-90 cm tylko według składu granulometrycznego poziomu orno-próchnicznego gleby bardzo lekkie i lekkie (według tej klasyfikacji całkowite ) stanowiły 65% próbek, a gleby średnie i ciężkie (według tej klasyfikacji całkowite ) pozostałe 35% próbek. Klasyfikacja dokonana z uwzględnieniem tylko warstwo 0-30 cm gleby zawyża, zatem znacznie udział gleb bardzo lekkich i lekkich całkowitych kosztem gleb niecałkowitych. Różnice w klasyfikacji profili nie mają natomiast zasadniczego wpływu na ogólne prawidłowości dotyczące zasobów form azotu w profilu glebowym. Jak wynika z tabeli 29 zasób sumy azotu mineralnego, a szczególnie azotu azotanowego znacznie wzrasta w kierunku od gleb lekkich całkowitych LLL do gleb ciężkich całkowitych CCC i jest większy w okresie jesieni, niż w okresie wiosny. Przeciętny (mediana) zasób azotu azotanowego w okresie wiosny jest w glebach CCC o 23,5 kg, a w okresie jesieni o 12,5 kg NO 3 -N ha -1 większy, niż w glebach LLL. Różnica pomiędzy zasobem azotu jesienią i wiosną jest natomiast znacznie mniejsza w glebach ciężkich CCC i wynosi 3,6 kg NO 3 -N ha -1 niż w glebach lekkich całkowitych, w których wynosi 14,6 kg NO 3 -N ha -1. Podobne prawidłowości dotyczyły profilu 0-90 cm gleby według klasyfikacji dokonanej na podstawie składu granulometrycznego tylko warstwy ornej. Zasoby azotu w profilach gleb niecałkowitych, jak również różnice tych zasobów pomiędzy okresem jesieni i wiosny mieściły się w obrębie zasobów i różnic stwierdzanych dla skrajnych profili LLL i CCC. Podścielenie gleb lekkich glebami ciężkimi zwiększało wielkość zasobu azotu azotanowego i sumy azotu mineralnego oraz zmniejszało różnice pomiędzy zasobem azotu w okresie jesieni i wiosny. Podścielenie gleb ciężkich utworami lekkimi nie miało natomiast istotnego i jednokierunkowego wpływu na zasoby tych form azotu i różnice ich wielkości pomiędzy jesienią i wiosną. Jak już podano wyżej, liczebność profili gleb ciężkich niecałkowitych była jednak bardzo mała. W podsumowaniu można stwierdzić, że klasyfikacja profili glebowych w warstwie 0-90 cm z uwzględnieniem składu granulometrycznego kolejnych 30 cm warstw gleby nie zmienia zasadniczych prawidłowości dotyczących zawartości azotu mineralnego w stosunku do uproszczonej klasyfikacji z uwzględnieniem składu granulometrycznego tylko warstwy ornej. Uproszczona klasyfikacja gleb według 4 kategorii agronomicznych, przyjęta przez stacje chemiczno-rolnicze wydaje się zatem wystarczająca w rozważaniach nad rolą produkcyjną i środowiskową azotu mineralnego w glebach. Klasyfikacją taką posługiwano się w kolejnych rozdziałach tego opracowania.

39 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Rys. 4. Zasób NO 3 -N i N min w profilach gleb 0-90cm w kg N ha -1 (wartości mediany) Fig. 4. Medians of the nitrate NO 3 -N and mineral N min amounts in the soil profiles 0-90 cm 3.5. Wpływ rodzaju upraw na zasób azotu mineralnego Zasób azotu wiosną po różnych przedplonach W punktach monitoringowych notowano gatunek rośliny przedplonowej i gatunek rośliny uprawianej w roku pobierania próbek gleby. Zasób azotu mineralnego w okresie wiosny mógł zależeć od rodzaju uprawianego w poprzednim roku przedplonu zaś zasób azotu w okresie jesieni od rodzaju uprawianej w danym roku rośliny (tab. 31, 33).

40 40 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 31. Przeciętny (mediana) zasób azotu w warstwach profilu glebowego w okresie wiosny zależnie od rodzaju roślin przedplonowych kg N ha -1 Table 31. Medians of the mineral and nitrate nitrogen amounts in spring period, depending on preceding crop in kg N ha -1 Grupa roślin, group of crops 1. zboża intensywne, intensive cereals 2. zboża ekstensywne, extensive cereals 3. oleiste, oil crops 4. strączkowe, mieszanki pulses and mixtures 5. burak, kukurydza, sugar beet, maize Liczba próbek Warstwa 0-30 cm Warstwa 0-60 cm Warstwa 0-90 cm N min N-NO 3 N min N-NO 3 N min N-NO ziemniak, potato zielonki, fodder crops 8. motylkowe, mieszanki legumes,mixtures trawy, grasses warzywa, vegetables 11. użytki zielone, greenlands 12. ugory, odłogi, set aside lands, fallows 13. użytki trwałe, plantations 14. inne, lasy itp., others , Polska Do wyodrębnienia grup przedplonów pozostawiających w glebie podobne za-

41 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód soby azotu mineralnego zastosowano analizę skupień. Analiza przeprowadzona metodą Warda pozwoliła na wyodrębnienie 3 skupień przedplonów (tab. 32, rys. 5). Tabela 32. Zasoby azotu mineralnego w glebach w okresie wiosny w skupieniach przedplonów kg N ha -1 Table 32. Amounts of mineral and nitrate nitrogen in the clusters of preceding crops in kg N ha -1 Skupienie, cluster Przedplony w skupieniu *, preceding crop in the cluster I 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, 13 warstwa gleby 0-30 cm warstwa gleby 0-60 cm warstwa gleby 0-90 cm N min NO 3 -N N min NO 3 -N N min NO 3 -N 35,7 22,7 63,8 42,2 87,1 59,5 II 2, 7, 9 31,3 17,7 50,0 28,0 65,7 37,3 III 12, 14 23,5 9,75 39,5 16,0 51,5 22,0 * objaśnienia w tabeli 31, explanations in table 31 Rys. 5. Zasoby azotu mineralnego (kg N ha -1 ) w glebach w okresie wiosny dla skupień przedplonów, w kg N ha -1 Fig. 5. Amounts of mineral and nitrate nitrogen in the clusters of preceding crops (in spring period), in kg N ha -1 Najmniejsze zasoby azotu mineralnego w glebie w okresie wiosny znajdowa-

42 42 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch no po ugorach i odłogach oraz bardzo nielicznych plantacjach drzewiastych i krzaczastych (skupienie III). Średnie zasoby azotu mineralnego pozostawiały zboża ekstensywne, różne rośliny uprawiane na zieloną masę i trawy w uprawie polowej (skupienie II). Stosunkowo mała ilość azotu znajdowana wiosną po uprawianych w poprzednim roku zbożach ekstensywnych (żyto, owies, mieszanki) mogła wynikać z ich lokowania na słabszych glebach. Stosunkowo mała ilość azotu pozostawiana przez rośliny uprawiane na zieloną masę (również poplonowe) oraz trawy w uprawie polowej wynika prawdopodobnie z ich roli okrywowej. W grupie 9 roślin pozostawiających najwięcej azotu mineralnego wyróżniały się warzywa: burak i kukurydza, ziemniak oraz rośliny oleiste (skupienie I). Trzy pierwsze z wymienionych roślin i grup roślin uprawiane były z reguły na oborniku. Zróżnicowanie zasobów azotu po różnych przedplonach mogło również wynikać z wielkości dawek nawozów azotowych stosowanych pod uprawiane rośliny. Rodzaj uprawianej rośliny i wielkość stosowanych dawek nawozów azotowych są jednak wzajemnie uwikłane i wydzielenie samego wpływu nawożenia mineralnego na zasoby azotu mineralnego w glebie okazało się niemożliwe. Zasób azotu jesienią po sprzęcie różnych grup roślin Rośliny uprawiane w roku pobierania próbek mogą wpływać na zasób azotu w okresie jesieni, po ich sprzęcie (tab. 33). Rys. 6. Zasoby azotu mineralnego w glebach w kg N ha -1 w okresie jesieni w skupieniach roślin uprawianych w roku pobierania próbek gleby Fig. 6. Amounts of mineral and nitrate nitrogen in the clusters of crops grown in the year of soil sampling (in autumn period), in kg N ha -1

43 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 33. Przeciętny (mediana) zasób azotu w warstwach profilu glebowego w okresie jesieni zależnie od rodzaju roślin uprawianych w roku pobierania próbek kg N ha -1 Table 33. Medians of the mineral and nitrate nitrogen amounts in autumn period, depending on crop grown in the year of soils sampling in kg N ha -1 Grupa roślin * Liczba próbek Warstwa 0-30 cm Warstwa 0-60 cm Warstwa 0-90 cm N min NO 3 -N N min NO 3 -N N min NO 3 -N zboża intensywne zboża ekstensywne oleiste strączkowe, miesz. burak, kukurydza ziemniak zielonki motylkowe, miesz trawy warzywa i inne jedn użytki zielone ugory, odłogi użytki trwałe inne trwałe, lasy itp Polska * objaśnienia w tabeli 31, explanations in table 31

44 44 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 34. Zasoby azotu mineralnego w glebach w okresie jesieni w skupieniach roślin uprawianych w roku pobierania próbek gleby, kg N ha -1 Table 34. Amounts of mineral and nitrate nitrogen in the clusters of crops grown in the year of soils sampling, in kg N ha -1 I Skupienie * Rośliny w skupieniu * 1, 3, 4, 5, 6, 10, 13 warstwa gleby 0-30 cm warstwa gleby 0-60 cm warstwa gleby 0-90 cm N min NO 3 -N N min NO 3 -N N min NO 3 -N 46,3 34,7 76,7 57,4 99,4 72,7 II 2, 7, 8, 9, 11 36,2 22,4 56,2 35,6 70,6 43,6 III 12, 14 25,0 14,0 39,0 15,5 51,0 24,0 * explanations in table 32 Tak jak w przypadku roślin przedplonowych, najmniejsze zasoby azotu w okresie jesieni stwierdzano na ugorach i odłogach oraz w glebach pod roślinami drzewiastymi i krzaczastymi (skupienie III). Przeciętne zasoby azotu pozostawiały zboża ekstensywne, rośliny uprawiane na zieloną masę, motylkowe i ich mieszanki z trawami, trawy w uprawie polowej i użytki zielone (skupienie II). W grupie 7 roślin pozostawiających w roku uprawy największe ilości azotu mineralnego w glebie na pierwszym miejscu należy wymienić warzywa i rośliny oleiste (skupienie I). W piśmiennictwie przedmiotu spotyka się częściej dane dotyczące zasobu (amounts), niż zawartości (content) azotu mineralnego w glebach. Wynika to z faktu, że oznaczeń zawartości dokonuje się z reguły w poszczególnych warstwach gleby i ich uogólnienie na cały profil jest możliwe po przeliczeniu zawartości na zasób azotu. Większe zainteresowanie budzi przy tym zasób azotu azotanowego, a nie azotu amonowego, gdyż ta pierwsza forma jest bardziej ruchliwa i łatwiej dostępna dla roślin, a także stanowi większe zagrożenie dla wód gruntowych. W badaniach monitoringowych prowadzonych w 48 punktach na Łotwie [Timbare i in. 2009] oznaczano zasób azotu mineralnego i azotanowego w okresie wiosny i jesieni w profilu glebowym 0-60 cm lub 0-90 cm. Przeciętny zasób azotu azotanowego NO 3 -N za 4 lata badań w profilu glebowym 0-60 cm wynosił w okresie wiosny ok. 30 kg N ha -1 w glebach lekkich i ok. 40 kg N ha -1 w glebach ciężkich. W okresie 5 lat, jesienią oznaczano zasób azotu azotanowego NO 3 -N w warstwach gleby 0-30, i cm. W kolejnych warstwach gleby zasoby azotu azotanowego wynosiły odpowiednio 26, 27 i 13 kg NO 3 -N ha -1, co w całym profilu 0-90 cm stanowi 66 kg NO 3 -N. W badaniach własnych mediany zawartości azotu azotanowego w okresie wiosny, w warstwie gleby 0-60 cm określono na 25 (gleby b. lekkie) do 49 (gleby ciężkie) kg N ha -1, a w okresie jesieni w profilu glebowym 0-90 cm znajdowano przeciętnie (mediany) kg NO 3 -N ha -1. Znajdowane zasoby azotu azotanowego

45 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód w glebach polskich i łotewskich są zatem podobne, przy czym liczebność punktów monitoringowych była bez porównania większa w Polsce. Na podstawie obszernych badań monitoringowych prowadzonych w latach na Litwie [Staugaitis i in. 2009], za przeciętny zasób azotu mineralnego N min w okresie wiosny, w profilu glebowym 0-60 cm uważa się ok. 55 kg N ha -1, przy czym zasób ten jest znacznie zróżnicowany zależnie od rodzaju gleby, opadów oraz od rodzaju uprawianej rośliny i stosowanego nawożenia mineralnego i organicznego. Szczególnie duże zasoby azotu azotanowego przekraczające z reguły 120 kg NO 3 -N ha -1 znajdowane są w glebach gospodarstw prowadzących intensywny chów zwierząt. W głębszej warstwie profilu glebowego (60-90 cm) zasób azotu mineralnego wynosił przeciętnie ok. 19 kg N ha Terytorialne zróżnicowanie zasobu azotu mineralnego w glebach Polski Jednostki administracyjne Zasoby azotu mineralnego, zarówno w okresie wiosennym jak i jesiennym, wykazują duże zróżnicowanie w układzie jednostek administracyjnych w kraju. Dla zapewnienia dużej reprezentatywności wyników analizę tego zróżnicowania ograniczono do 16 województw (tab. 35). Większy od przeciętnego (mediana) dla Polski zasób azotu mineralnego N min w okresie wiosennym znajdowano w glebach województw dolnośląskiego DLN, lubelskiego LUB, małopolskiego MAL, opolskiego OPL, śląskiego SLS i świętokrzyskiego SWT. Większy od przeciętnego dla Polski zasób azotu mineralnego w okresie jesieni stwierdzono natomiast w glebach województw dolnośląskiego DLN, lubuskiego LUS, opolskiego OPL, śląskiego SLS i wielkopolskiego WLP.

46 46 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 35. Przeciętne (mediany) zawartości azotu mineralnego N min i azotu azotanowego NO 3 -N w profilu gleby 0-90 cm w województwach kg N ha -1 Table 35. Medians of the mineral and nitrate nitrogen content in the soil profile 0-90 cm in voivodships, kg N ha -1 Liczebnoś Woj. Kg N ha -1*** Azot mineralny N min Azot azotanowy NO 3 -N % gleb w kategorii agronomicznej ** wiosna jesień różnica * wiosna jesień różnica * b. lekkie lekkie średnie ciężkie 4,2 DLN (9,3) 17,9 (16,3) 43,7 (30,1) 34,1 (44,4) 20 KUJ (21,2) 51,2 (48,6) 26,2 (28,2) 2,1 (2,0) 13 LUB (12,2) 58,9 (34,6) 13,4 (47,2) 14,6 (6,0) 40,9 LUS (33,8) 46 (38,4) 9,2 (22,9) 3,9 (4,9) 32,7 LOD (37,4) 51,6 (50,4) 15,5 (12,0) 0,6 (0,1) 1,7 MAL (3,8) 26,5 (9,5) 33,8 (47,6) 37,9 (39,1) 34,7 MAZ (35,5) 53,9 (45,5) 9,4 (17,5) 1,9 (1,4) 13,4 OPL (6,9) 29,1 (22,3) 24,2 (40,9) 33,2 (30,0) 12,6 PDK (13,9) 10,5 (29,1) 10,2 (22,6) 66,6 (34,4)

47 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód ,8 PDL (26,5) 51 (38,8) 15,6 (32,7) 0,6 (2,0) 21,2 POM (22,8) 45,1 (37,5) 17,3 (25,8) 16,4 (13,9) 30,9 SLS (23,7) 25,2 (21,6) 11,4 (33,3) 32,3 (21,4) 30,3 SWT (25,5) 34,2 (16,8) 16,1 (43,9) 19,2 (13,9) 16,0 WAM (17,6) 41,2 (25,6) 31,7 (48,7) 11 (8,1) 41,3 WLP (38,0) 51,8 (48,2) 6,9 (13,4) 0 (0,3) 21,3 ZAP (20,3) 57,0 (50,0) 15,1 (27,5) 6,6 (2,3) 22,9 Polska (23,4) 41,8 (36,1) 18,5 (29,4) 16,8 (11,1) wsp. zmienności % 17,9 17,9 133,1 23,9 19,2 * przy liczeniu różnic zasobu jesiennego i wiosennego uwzględniano próbki pobrane wiosną i jesienią tego samego roku, różnice te nie mogą być wykorzystywane do symulacji strat azotu w okresie zimy (por. tabela 50) ** pogrubiona czcionka udział gleb w kategoriach agronomicznych według zestawienia próbek z monitoringu, w nawiasach udział gleb w kategoriach agronomicznych według zestawień kartograficznych IUNG-PIB [Stuczyński i in. dane udostępnione] *** przeciętna (mediana) dawka azotu stosowana w punktach monitoringowych pod uprawiane rośliny i ich przedplony

48 48 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Jak wynika z poprzednich rozważań, zasoby azotu są związane w pierwszym rzędzie ze składem granulometrycznym, tzn. kategorią agronomiczną gleby. W tabeli 35 zamieszczono udział gleb w poszczególnych kategoriach agronomicznych (według składu poziomu orno-próchnicznego) w ogólnej liczbie próbek pochodzących z danego województwa. W nawiasach uwidoczniono udział gleb w poszczególnych województwach, w wyróżnionych kategoriach agronomicznych, według zestawień kartograficznych IUNG-PIB. Porównanie obydwu szeregów liczb służy do oceny reprezentatywności populacji próbek monitoringowych w populacji generalnej gleb w Polsce i poszczególnych województwach. W skali całego kraju zgodność podziału gleb według kategorii agronomicznych jest zadowalająca, jakkolwiek w populacji próbek przeszacowany jest udział gleb lekkich i ciężkich, a niedoszacowany udział gleb średnich. W sumie jednak gleby bardzo lekkie i lekkie oraz średnie i ciężkie stanowią zarówno w populacji próbek jak i populacji generalnej odpowiednio ok. 60 i ok. 40%. Znacznie gorzej przedstawia się reprezentatywność populacji próbek w poszczególnych województwach. Zgodność populacji próbek i populacji generalnej jest najlepsza w kategorii gleb bardzo lekkich (R=0,94), nieco gorsza w kategoriach gleb ciężkich (R=0,88) i lekkich (R=0,77), a najgorsza w kategorii gleb średnich (R=0,48). W populacji próbek w woj. łódzkim LOD niedoszacowany jest udział gleb bardzo lekkich, w woj. podkarpackim PDK niedoszacowany udział gleb lekkich i średnich, a znacznie przeszacowany udział gleb ciężkich, w woj. dolnośląskim DLN przeszacowany udział gleb średnich a niedoszacowany gleb ciężkich, w woj. lubelskim LUB przeszacowany udział gleb lekkich, a niedoszacowany gleb średnich i wreszcie w woj. świętokrzyskim SWT przeszacowany udział gleb bardzo lekkich i lekkich, a niedoszacowany udział gleb średnich. W pozostałych województwach populacja próbek monitoringowych reprezentowała względnie dobrze populację generalną gleb, zwłaszcza jeżeli dokonano połączenia gleb bardzo lekkich i lekkich w kategorie gleb słabych oraz gleb średnich i ciężkich w kategorię gleb dobrych. Zróżnicowanie zasobów azotu mineralnego w glebach województw związane jest również z wielkością przeciętnych dawek nawozów azotowych stosowanych pod uprawiane w tych województwach rośliny i ich przedplony (tab. 35). Większe od przeciętnych dla Polski dawki nawozów stosowane były w województwach DOL, KUJ, LUS, OPL, POM, SLS, WAM, WLP i ZAP, zlokalizowanych głównie w Zachodniej i Północnej Polsce. Większe od średnich dla Polski zawartości azotu mineralnego i azotanowego w glebach Dolnego Śląska znalazły potwierdzenie w badaniach przeprowadzonych w tym regionie Polski przez Kucharzewskiego [2008]. Uogólniając wyniki badań przeprowadzonych w latach w 410 punktach monitoringowych Autor określił przeciętny zasób azotu mineralnego N min w profilu gleb na kg N ha -1. Zasób ten wzrastał w kierunku od gleb bardzo lekkich do ciężkich, przy czym największe ilości azotu mineralnego znajdowano w ciężkich glebach kompleksów górskich. Większość całkowitego zasobu azotu mineralnego znajdowano w ornej i podornej warstwie gleby (do 60 cm).

49 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Regionalne podejście do badań monitoringowych zasobu azotu mineralnego prezentują autorzy z Litwy i Łotwy [Staugaitis 2009; Staugaitis, Timbare 2008]. Według tych badań największe zasoby N min znajdowano w glebach Środkowej Litwy, zaliczanych do Cambisoli, wytworzonych z glin i iłów, a znacznie mniejsze w lekkich glebach występujących we wschodniej części kraju. W wielu krajach europejskich badania zasobu azotu mineralnego ograniczone są do rejonów wrażliwych na zanieczyszczenie azotanami, a próbki gleb do analiz pobierane są jesienią po sprzęcie roślin [Berge ten, Dijk van 2009]. Zasób azotu mineralnego w glebie do głębokości 90 cm, w okresie wiosny jest traktowany jako wskaźnik agrotechniczny, a zawartość azotu azotanowego w okresie jesieni i różnice zawartości tej formy azotu jesienią i wiosną jako wskaźniki środowiskowe. Pierwszy z tych wskaźników służy do uściślania wielkości dawek nawozów azotowych, a dwa następne do przewidywania środowiskowych skutków gospodarowania azotem. Różnic w zasobach jesiennych i wiosennych azotu w tym miejscu nie warto komentować, gdyż jak podkreślano już wcześniej dane przedstawione w tabeli 35 pochodzą z wyników oznaczeń dokonywanych w tym samym roku kalendarzowym. 4. Zastosowania praktyczne wyników badań monitoringowych 4.1. Wykorzystanie zasobu azotu mineralnego w doradztwie nawozowym Znajomość zasobu azotu mineralnego w glebie w okresie wiosny może być wykorzystana jako test glebowy w doradztwie nawozowym do uściślania wielkości dawek nawozów azotowych. Test glebowy musi być skalibrowany, to znaczy należy wyznaczyć przedziały zasobu azotu odpowiadające określonym potrzebom nawozowym roślin. Kalibracji takiej dokonano przyjmując za przedziały wartości testu granice pentyli zasobów azotu mineralnego (NH 4 -N + NO 3 -N) lub azotu azotanowego w okresie wiosny, w warstwie gleby 0-60 cm lub 0-90 cm. Dokonując kalibracji testu uwzględniono kategorie agronomiczne gleb określone na podstawie ich składu granulometrycznego w warstwie ornej (tab ).

50 50 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 36. Klasy zasobu azotu mineralnego w warstwie gleby 0-60 cm w okresie wiosny Table 36. Classes of the mineral nitrogen amounts in the soil profile 0-60 cm in the spring period Kategoria gleby, soil category b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, b. mały, very low Zasób azotu mineralnego N min kg ha -1, amount of mineral nitrogen kg N ha -1 mały, średni, duży, low high b. duży, very high do od 79 do od 95 do od 104 do od 107 Tabela 37. Klasy zasobu azotu azotanowego w warstwie gleby 0-60 cm w okresie wiosny Table 37. Classes of the nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-60 cm in the spring period Kategoria gleby, soil category b. mały, very low Zasób azotu azotanowego kg NO 3 -N ha -1, amount of nitrate nitrogen kg NO 3 -N ha -1 mały, low średni, duży, high b. duży, very high b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, do od 50 do od 69 do od 78 do od 85

51 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 38. Klasy zasobu azotu mineralnego w warstwie gleby 0-90 cm w okresie wiosny Table 38. Classes of the mineral nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm in the spring period Kategoria gleby, soil category b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, b. mały, very low Zasób azotu mineralnego N min kg ha -1, amount of mineral nitrogen kg N ha -1 mały, low średni, duży, high b. duży, very high do od 108 do od 132 do od 146 do od 151 Tabela 39. Klasy zasobu azotu azotanowego w warstwie gleby 0-90 cm, w okresie wiosny Table 39. Classes of the nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm in the spring period Kategoria gleby, soil category b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, b. mały, very low Zasób azotu azotanowego kg NO 3 - N kg ha -1, amount of nitrate nitrogen kg NO 3 - N ha -1 mały, low średni, duży, high b. duży, very high do od 70 do od 97 do od 109 do od 120 Zasób azotu azotanowego N-NO 3 jest czulszym testem glebowym niż zasób azotu mineralnego, na który składa się dodatkowo azot w formie amonowej N-NH 4. Jak wykazano wcześniej, wpływ składu granulometrycznego gleby na zasób obydwu form azotu mineralnego jest bowiem przeciwstawny. Zasób azotu azotanowego

52 52 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch wzrasta wraz z ciężkością gleby, natomiast zasób azotu amonowego maleje w tym samym kierunku. Składa się to na zmniejszanie różnic w zasobie całego azotu mineralnego pomiędzy kategoriami agronomicznymi gleb. Test azotu mineralnego skalibrowano dla dwóch głębokości w profilu glebowym, 0-60 cm i 0-90 cm. Wynika to ze względów praktycznych, gdyż w badaniach agrochemicznych ogranicza się często pobieranie próbek gleby do warstwy ornej i podornej (0-60 cm). Największa gęstość systemu korzeniowego wszystkich gatunków roślin stwierdza się wprawdzie w tej 60 cm warstwie gleby, ale korzenie przerastają również do podglebia i znajomość zawartości azotu w całym profilu glebowym ma niewątpliwie duże znaczenie w określaniu potrzeb nawozowych roślin. Pomiędzy zasobami azotu w poszczególnych warstwach gleby i/lub głębokościach w profilu glebowym występują mniej lub bardziej ścisłe zależności korelacyjne. Pomiędzy warstwami 0-30 i 0-60 cm współczynnik korelacji wynosi R = 0,86, pomiędzy warstwami 0-30 cm i 0-90 cm R = 0,75, a pomiędzy warstwami 0-60 i 0-90 cm R = 0,94. Prognozowanie zasobu azotu w całym profilu glebowym 0-90 cm na podstawie znajomości tego zasobu w warstwie 0-30 cm może być zatem obarczone dużym błędem. Mniejszym błędem jest obarczone prognozowanie zasobu w całym profilu na podstawie jego zasobu w warstwie 0-60 cm gleby. Przemawia to za oznaczaniem zasobu azotu przynajmniej w warstwie 0-60 cm, a lepiej w całym profilu gleby, mimo niewątpliwych trudności technicznych, jakie stwarza procedura pobierania próbek do głębokości 90 cm. Podejście do kalibracji testu azotu mineralnego wykonywanego dla celów doradztwa nawozowego w okresie wiosny i wyznaczone klasy zawartości lub zasobu azotu są różne w poszczególnych krajach. Na Węgrzech, w odniesieniu do buraka cukrowego przyjęto 6 klas zasobu azotu azotanowego, zróżnicowanych dodatkowo zależnie od kategorii gleby [Loch i in 2009]. Jako zasób bardzo niski w warstwie gleby 0-60 cm przyjmuje się poniżej 30 kg NO 3 -N ha -1, jako zasób średni kg NO 3 -N ha -1, a jako zasób bardzo duży powyżej kg NO 3 -N ha -1. Są to wartości podobne do zaproponowanych na podstawie badań własnych dla gleb średnich i ciężkich. Na Łotwie wyznaczono wstępnie tylko klasę średniego zasobu azotu mineralnego N min w warstwie gleby 0-60 cm. Zasób ten wynosi ok. 25 kg N ha -1 w glebach średnich i ok. 35 kg N ha -1 w glebach ciężkich. Są to wartości wyraźnie mniejsze od zaproponowanych przez autorów tej pracy dla średniej klasy zasobu azotu w analogicznej warstwie gleby. Na Litwie [Staugaitis i in. 2009] przyjęto 5 klas zasobu azotu mineralnego N min w warstwie gleby 0-60 cm, zasób bardzo mały do 30 kg N ha -1, zasób mały kg N ha -1, zasób średni, kg N ha -1, zasób duży kg N ha -1 i zasób bardzo duży powyżej 120 kg N ha -1. Zasoby te, z wyjątkiem bardzo małego są nieco większe od zaproponowanych dla naszego kraju. Na Słowacji wyróżniono 7 klas zawartości (nie zasobu) azotu mineralnego w warstwach gleby 0-30 cm lub 0-60 cm, zróżnicowanych dodatkowo zależnie od rodzaju uprawianych roślin [Gaborik 2009], od klasy zawartości bardzo niskiej do 5 mg N kg -1 gleby, poprzez klasę zawartości dobrej

53 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód mg N kg -1 gleby do klasy zawartości bardzo wysokiej, powyżej 40 mg N kg -1 gleby. W badaniach własnych w dolnym pentylu (9 do 20% próbek) zawartości azotu mineralnego w warstwie gleby 0-30 cm wynosiły, zależnie od kategorii agronomicznej gleby 4-5,8 mg N kg -1 gleby, a do pentyla górnego (99% próbek) 24-26,9 mg N kg -1 gleby. Do przyjmowanej na Słowacji klasy zawartości dobrej, wyniki kalibracji słowackiej i analogicznie dokonanej polskiej byłyby zatem bardzo podobne. Klasy zasobności w azot w okresie wiosny mogą być przełożone na grupy potrzeb nawozowych roślin w stosunku do tego składnika. W klasie zasobności bardzo małej potrzeby nawozowe są największe, a w klasie zasobności bardzo dużej dawki nawozów azotowych można znacznie ograniczyć, lub nawet zaprzestać ich stosowania. Takie jakościowe podejście do testu glebowego azotu mineralnego jest analogiczne do podejścia powszechnie przyjętego w stosunku do innych makroskładników (P, K, Mg). Było ono już wcześniej zaproponowane w Polsce [Fotyma E. 1995, 1996] i w byłej NRD [Muller 1986, 1990]. Różnica pomiędzy aktualnymi (tab. 38, 39) i wcześniejszymi badaniami polegała na tym, że we wcześniejszych badaniach polskich kalibracji testu N min dokonywano w sposób klasyczny w stosunku do wskaźników roślinnych (plon, zwyżka plonu pod wpływem nawożenia N) z wykorzystaniem wyników nielicznych doświadczeń polowych. Klasy zasobności gleb w azot podane w tabelach odzwierciedlają natomiast ogólny stan zasobności gleb w kraju i wydają się znacznie bardziej reprezentatywne. W poszczególnych krajach przyjęto różne koncepcje wykorzystania testu N min w doradztwie nawozowym [Olfs 2009]. W Danii, na podstawie wyników badań monitoringowych tworzona jest wiosną każdego roku tzw. prognoza azotowa, uwzględniająca prawdopodobny stan zasobności gleb w azot mineralny dla 4 rodzajów gleb zależnie od przebiegu pogody w okresie zimowym. W Wielkiej Brytanii wykorzystuje się tzw. indeks zaopatrzenia roślin w azot, który obejmuje przewidywane opady, typ gleby i rodzaj rośliny przedplonowej. W Niemczech stosuje się natomiast system ilościowy, zaproponowany jeszcze w latach 80-tych ubiegłego wieku przez Wehrmanna i Scharpfa [1979, 1986]. System ten uwzględnia przewidywane potrzeby pokarmowe roślin (N-sollwert, target values) i aktualną zasobność gleb w azot mineralny. Z różnicy tych dwóch wartości wyliczana jest bezpośrednio konieczna dawka nawozów azotowych [Wiesler, Ambruster 2009]. Ta prosta koncepcja sprawdzała się dobrze w zastosowaniu do głębokich, całkowitych gleb wytworzonych z lessu [Scharpf 1977], zawodziła natomiast na glebach niecałkowitych, wytworzonych z glin i piasków. System z wykorzystaniem target values przyjęto w odniesieniu do kukurydzy w Austrii [Spiegel 2009], a w odniesieniu do warzyw w uprawie polowej na Słowenii [Ceh, Skerbot 2009]. W Polsce uzupełniono tę koncepcję o równoważniki nawozowe azotu mineralnego w glebie, analogicznie do równoważników azotowych stosowanych przy określaniu wartości nawozowej azotu gnojowicy [Fotyma E. 1988, 1995]. Równoważnik nawozowy jest to współczynnik (z reguły mniejszy od 1) przez jaki należy pomnożyć znaleziony zasób azotu mineralnego lub azotu azotanowego, aby otrzymać równoważną, to znaczy wykazującą takie samo działanie nawozowe,

54 54 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch ilość azotu w nawozach. Problem polega na wyznaczeniu wartości równoważników nawozowych dla różnych roślin i gleb, czego można dokonać tylko na drodze eksperymentalnej. Na Litwie wyznacza się tzw. standardową dawkę azotu, a następnie dokonuje jej modyfikacji zależnie od zasobu azotu mineralnego w glebie. Przyjęto system mnożnikowy, ze współczynnikami od 1,45 dla zasobu bardzo małego do 0,3 dla zasobu bardzo dużego [Staugaitis i in. 2009]. Podobny system mnożnikowy zaleca się na Słowacji, ze współczynnikami od 1,2 dla zawartości (nie zasobu) bardzo niskiej do 0 dla zawartości bardzo wysokiej. Oznacza to, że przy bardzo wysokiej zawartości N min w glebie nawożenie azotem nie jest w ogóle zalecane. Ogólnie można stwierdzić, że bezpośrednie odnoszenie potrzeb pokarmowych roślin do wartości testu N min, z uwzględnieniem lub bez uwzględnienia równoważnika nawozowego, jest w praktycznym doradztwie nawozowym trudne i wymaga uwzględnienia szeregu dodatkowych założeń [Dietz i in. 1980]. Test azotu mineralnego wykorzystywany jest również w doradztwie nawozowym dla kukurydzy w środkowych Stanach USA [Fox i in. 1989] oraz w Kanadzie [Ma i Wu 2008]. W USA zasób azotu azotanowego jest uwzględniany zarówno przy określaniu przedsiewnej (jako tzw. pre-plant nitrate test) jak i pogłównej (w rzędy) (jako tzw. pre-sidedresse nitrate test) dawki nawozów azotowych. W większości omówionych wyżej systemów nawożenia oznacza się raczej zawartość azotu azotanowego, a nie całkowitą zawartość azotu mineralnego w glebie. Nie uwzględnianie azotu amonowego N-NH 4 wynika z braku związku tej frakcji azotu mineralnego z pobraniem składnika przez rośliny [Preston 1982]. W badaniach własnych udział gleb zaliczanych do poszczególnych klas zasobności w azot mineralny (w tym azotanowy) był zróżnicowany terytorialnie, a ponadto zależał od rodzaju przedplonu i nawożenia stosowanego pod roślinę przedplonową. W tabeli przedstawiono udział gleb w klasach zasobności w azot mineralny i azot azotanowy z uwzględnieniem profilu gleby 0-90 cm, w okresie wiosny w poszczególnych województwach (tab. 41).

55 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 41. Udział próbek glebowych zakwalifikowanych do przedziałów zasobności w azot mineralny i azot azotanowy w profilu gleby 0-90 cm w okresie wiosny w województwach Table 41. The share of soils in the classes of mineral and nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm in voivodships, spring period Województwo % próbek w klasie zasobności w N min % of soil samples in the class of N min amount bonit. neg. * b. mała v. low mała low duża high b. duża very high bonita tion % próbek w klasie zasobności w NO 3 -N % of soil samples in the class of NO 3 -N amount bonit. neg. * b. mała v. low mała low duża high b. duża very high bonita tion DLN 9,5 14,5 21,0 24,9 30,1 34,5 17,4 15,7 17,3 20,5 29,1 41,8 KUJ 20,6 22,5 21,2 19,7 16,0 53,7 17,4 21,3 21,5 22,3 17,6 49,4 LUB 18,4 15,9 16,6 21,5 27,6 42,6 19,5 14,9 16,7 20,7 28,2 42,8 LUS 18,3 16,1 20,4 21,2 24,0 44,6 21,7 19,3 19,2 19,0 20,7 50,6 LOD 17,5 22,4 22,8 19,1 18,2 51,3 18,4 22,0 21,6 19,8 18,3 51,1 MAL 13,3 18,7 22,0 22,6 23,4 43,1 16,2 19,6 20,5 21,6 22,1 46,0 MAZ 30,0 20,5 17,4 16,2 15,8 59,3 25,3 20,2 18,8 18,3 17,3 54,9 OPL 13,9 20,2 21,6 23,0 21,2 45,0 17,6 19,5 19,0 21,7 22,2 46,6 PDK 28,5 21,4 18,6 16,5 15,1 59,1 20,2 21,2 22,0 19,4 17,2 52,4 PDL 28,8 28,3 22,9 14,5 5,5 68,5 26,8 27,6 24,5 15,6 5,5 66,6 POM 31,8 25,4 18,6 12,3 11,9 66,5 31,1 23,9 17,9 13,5 13,7 63,9 SLS 9,5 15,1 21,8 28,7 24,9 35,5 10,5 15,8 22,5 25,9 25,4 37,5 SWT 13,3 14,5 19,4 24,0 28,8 37,5 7,1 12,7 21,3 28,3 30,6 30,5 WAM 40,6 22,4 17,2 12,3 7,5 71,6 34,6 25,8 18,5 13,4 7,7 69,7 WLP 16,6 18,5 19,7 20,3 24,9 45,0 16,8 18,4 19,4 20,8 24,6 44,9 ZAP 19,2 22,1 20,6 16,8 21,3 51,6 26,5 25,5 18,1 13,5 16,4 61,0 Polska 20,8 19,9 19,9 19,4 20,0 50,6 20,6 20,1 19,7 19,5 20,1 50,5 * wskaźnik bonitacji negatywnej, negative bonitation: udział gleb o bardzo niskiej i niskiej zasobności + udziału gleb o średniej zasobności, share of the soils showing very low and low plus soils showing nitrogen amounts

56 56 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch W województwach dolnośląskim DLN, lubelskim LUB, małopolskim MAL, opolskim, śląskim SLS, świętokrzyskim SWT i wielkopolskim WLP udział gleb zasobnych w azot w okresie wiosny jest większy od średniej dla Polski (małe wskaźniki bonitacji negatywnej). Gleby pozostałych województw, a szczególnie województw podlaskiego PDL, pomorskiego POM i warmińsko-mazurskiego WAM wykazują mniejszą od średniej dla kraju zasobność w azot mineralny i azot azotanowy (duże wskaźniki bonitacji negatywnej). Udział gleb zaliczanych do poszczególnych klas zasobności w azot mineralny (w tym azotanowy) zależał również od gatunku rośliny przedplonowej. W tabeli 42 przedstawiono udział gleb w klasach zasobności w azot mineralny i azot azotanowy z uwzględnieniem profilu gleby 0-90 cm dla grup roślin przedplonowych. Tabela 42. Udział próbek glebowych zakwalifikowanych do przedziałów zasobności w azot mineralny i azot azotanowy w profilu gleby 0-90 cm w okresie wiosny po różnych przedplonach Table 42. The share of soils in the classes of mineral and nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm after different preceding crops in the spring period Przed plon ** % próbek w klasie zasobności w N min % of soil samples in the class of N min amount b. mała v. low mała low duża high b. duża very high bonit. neg. * bonita tion % próbek w klasie zasobności w NO 3 -N % of soil samples in the class of NO 3 -N amount b. mała v. low mała low duża high b. duża very high bonit. neg. * bonita tion 1 17,3 18,9 20,3 21,2 22,3 46,4 15,9 19,4 20,3 21,6 22,7 45,5 2 25,9 22,0 20,5 17,5 14,0 58,2 26,3 22,8 20,4 17,2 13,3 59,3 3 15,0 18,3 19,6 21,0 26,1 43,1 15,8 18,7 19,0 20,6 25,9 44,0 4 24,0 16,7 17,8 19,7 21,8 49,6 19,4 20,8 19,4 18,1 22,2 49,9 5 13,6 19,4 21,1 21,2 24,7 43,5 11,1 16,6 21,0 24,4 26,9 38,2 6 15,1 17,9 20,9 22,4 23,7 43,5 12,7 18,6 20,7 23,0 24,9 41,7 7 27,7 24,9 15,0 14,7 17,6 60,1 25,8 22,9 19,7 15,1 16,5 58,6 8 24,1 21,7 18,4 17,5 18,4 55,0 25,9 21,5 19,2 16,7 16,8 57,0 9 32,1 23,8 18,2 13,3 12,7 64,9 37,0 24,2 16,8 12,1 9,9 69, ,0 15,9 17,5 19,3 34,4 37,5 11,7 14,6 16,6 20,9 36,2 34, ,0 27,4 25,3 14,7 12,6 60,0 25,0 28,1 17,7 19,8 9,4 62, ,7 21,9 15,2 13,1 10,2 69,1 48,1 20,1 14,1 8,8 8,9 75, ,0 15,9 16,8 22,1 27,1 42,3 23,6 15,6 19,2 18,0 23,6 48, ,3 21,4 25,0 14,3 0,0 73,2 50,0 21,4 17,9 10,7 0,0 80,4 całość 20,7 19,9 19,9 19,5 20,0 50,6 20,5 20,1 19,8 19,6 20,1 50,5 * objaśnienia w tabeli 41, explanation under the table 41 ** objaśnienia w tabeli 31, explanations in table 31

57 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Dla wyróżnienia grup roślin przedplonowych pod względem ilości pozostawianego azotu mineralnego i azotanowego wiosną roku następnego zastosowano analizę skupień (tab. 43, 44). Największe zasoby azotu zarówno mineralnego jak i azotanowego (najmniejszy współczynnik bonitacji negatywnej), stwierdzano po intensywnych zbożach (1), roślinach oleistych (3), roślinach strączkowych i mieszankach (4), buraku i kukurydzy (5), ziemniaku (6), warzywach w uprawie polowej (10) i na trwałych plantacjach (13). Zasoby azotu mineralnego i przede wszystkim azotu azotanowego po pozostałych roślinach przedplonowych były znacznie mniejsze. Szczególnie małe zasoby azotu azotanowego znajdowano w stanowiskach po trawach w uprawie polowej i na ugorach i odłogach. Wbrew oczekiwaniom wieloletnie rośliny motylkowe i ich mieszanki z trawami (8) znalazły się w skupieniu o średnich, a nie najwyższych zasobach azotu azotanowego. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość wnioskowania o zasobach azotu mineralnego i przede wszystkim azotu azotanowego w okresie wiosny, na podstawie znajomości rodzaju rośliny przedplonowej. Tabela 43. Udział gleb w przedziałach zasobności w azot mineralny N min w skupieniach przedplonów (wiosna, profil gleby 0-90 cm) Table 43. The share of soils in classes of mineral nitrogen amounts after different preceding crop in the spring period (soil profile 0-90 cm) Skupienie, cluster I II Przedplony w skupieniu, preceding crops 1, 3, 4, 5, 6, 10, 13 2, 7, 8, 9, 11, 12, 14 % gleb w klasach zasobności w azot mineralny N min, % soils in the classes of mineral nitrogen content b. mała, v. low mała, low, duża, high b. duża, very high bonitacja negatywna, bonitation 16,6 17,6 19,1 21,0 25,7 43,7 29,8 23,3 19,6 15,0 12,2 62,9 Tabela 44. Udział gleb w przedziałach zasobności w azot azotanowy NO 3 -N w skupieniach przedplonów (wiosna, profil gleby 0-90 cm) Table 43. The share of soils in classes of nitrate nitrogen amounts after different preceding crop in the spring period (soil profile 0-90 cm) Skupienie, cluster Przedplony w skupieniu, preceding crops % gleb w klasach zasobności w azot azotanowy, bonitacja % soils in the classes of mineral nitrogen content negatywna, b. mała, mała,, duża, b. duża, bonitation v. low low high very high I 1, 3, 4, 5, 6, 10, 13 15,7 17,7 19,4 20,9 26,0 43,2 II 2, 7, 8, 11 25,7 23,8 19,2 17,2 14,0 59,2 III 9, 12, 14 45,0 21,9 16,3 10,5 6,3 75,1

58 58 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch 4.2. Wykorzystanie zasobu azotu mineralnego w ochronie środowiska Zasób azotu mineralnego, a przede wszystkim azotu azotanowego, w glebie w okresie jesieni może służyć jako wskaźnik potencjalnego zagrożenia nadmiarem tego składnika wód glebowo-gruntowych. Azot azotanowy w przeciwieństwie do azotu amonowego znajduje się w całości w roztworze glebowym i może łatwo ulegać wymywaniu poza profil gleby do wód glebowo-gruntowych i wód drenarskich. Podobnie jak w przypadku testu dla celów nawozowych dokonano podziału jesiennego zasobu azotu azotanowego w profilu glebowym 0-90 cm na 5 klas, odpowiadających stopniom potencjalnego zagrożenia tą formą azotu mineralnego (tab. 45). Tabela 45. Klasy zasobu azotu azotanowego w warstwie gleby 0-90 cm w okresie jesieni Table 45. Classes of the nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm in the autumn period Kategoria gleby, soil category b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, b. mały, very low Zasób azotu azotanowego kg NO 3 - N kg ha -1, amount of nitrate nitrogen kg NO 3 - N ha -1 mały, low średni, duży, high b. duży, very high do od 97 do od 115 do od 125 do od 132 Znajomość zasobu azotu azotanowego w glebie w okresie jesieni może być wykorzystywana do prognozowania strat składnika poza profil glebowy do wód glebowo-gruntowych (drenarskich). Zasób azotu azotanowego w glebie w okresie jesieni powinien być jak najmniejszy, ale całkowite opróżnienie gleby z tej labilnej formy azotu mineralnego jest oczywiście niemożliwe i przyjmuje się pewne dopuszczalne zawartości azotanów jako tzw. threshold values. W Austrii [Spiegel 2009] jako dopuszczalne przyjmuje się zawartości poniżej 50 kg NO 3 -N ha -1 w glebach lekkich i poniżej kg NO 3 -N ha -1 w glebach ciężkich o całkowitym profilu. W Czechach dokonuje się oceny na podstawie zawartości, a nie zasobu azotu azotanowego [Cermak, Kubik 2009]. Za dopuszczalną przyjmowana jest zawartość mg NO 3 -N kg -1 gleby na terenach równinnych i 8-12 mg NO 3 -N kg -1 w terenach podgórskich. Na Łotwie [Timbare i in. 2009] jako małą przyjmuje się zawartość do 10 mg NO 3 -N kg -1 gleby, a za zawartość stwarzającą ryzyko dla jakości wód gruntowych mg NO 3 -N kg -1 gleby. Niestety cytowani autorzy nie podają jakiej warstwy gleby dotyczą przyjmowane przez nich dopuszczalne zawartości azotanow.

59 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód W Belgii (a ściślej we Flandrii) dopuszczalny zasób azotu azotanowego w profilu gleby 0-90 cm w okresie jesieni jest bardzo duży i wynosi do 90 kg NO 3 -N ha -1. W Niemczech (Badenia Wirtembergia) jako dopuszczalny w warstwie gleby 0-60 cm przyjmuje się zasób do 30 kg NO 3 -N ha -1 w lekkich, przepuszczalnych glebach i do 45 kg NO 3 -N ha -1 w glebach ciężkich o całkowitym profilu [ten Berge, van Dijk 2009]. Z własnych badań monitoringowych wynika (uzasadnienie podano w dalszym ciągu tego podrozdziału), że dopuszczalny zasób azotu azotanowego w glebach bardzo lekkich i lekkich powinien się mieścić w przedziale zasobu małego, tzn. do ok. 50 kg NO 3 -N ha -1, a w glebach średnich i ciężkich w przedziale zasobu średniego, tzn. do ok. 80 kg NO 3 -N ha -1. Jeżeli w okresie jesieni zasób azotu w glebach lżejszych jest średni do bardzo dużego, a w glebach zwięźlejszych duży do bardzo dużego, należy się liczyć ze znaczącymi stratami azotanów do wód glebowo-gruntowych. Zasoby azotu azotanowego w okresie jesieni, podobnie jak w okresie wiosny,są zróżnicowane zarówno terytorialnie (tabela 46), jak i w zależności od gatunku uprawianej w danym roku rośliny (tabela 47). Tabela 46. Procent próbek gleby w województwach zakwalifikowanych do różnych klas zasobności w azot azotanowy N-NO 3 w okresie jesieni (profil 0-90 cm) Table 46. The share of soils samples in voivodships rated among different classes of nitrate amounts in the soil profile 0-90 cm, autumn period % próbek w przedziale zasobności w N-NO 3, Bonitacja Województwo, Liczba % of soil samples in the classes of nitrate amounts negatywna, voivodship próbek b. mały mały, średni, duży, b. duży, bonitation very low low high very high DLN KUJ LUB LUS LOD MAL MAZ OPL PDK PDL POM SLS SWT WAM WLP ZAP Polska

60 60 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch W przeprowadzonej analizie skupień wyróżniono 3 skupienia województw różniące się zasobem azotu azotanowego w profilu gleby 0-90 cm w okresie jesieni (tabela 47). Najmniejsze zasoby azotu azotanowego (największy współczynnik bonitacji negatywnej) stwierdzono w glebach 4 województw: MAZ, PDL, POM i WAM, a największe (najmniejszy współczynnik bonitacji negatywnej) w glebach 3 województw DLN, LUS i WLP. Tabela 47. Udział gleb w przedziałach zasobności w azot azotanowy (jesień, profil gleby 0-90 cm) w skupieniach województw Table 47. The share of soils in the classes of nitrate nitrogen amounts in clusters of voivodships (autumn period, soil profile 0-90 cm) Skupienie, cluster Województwa w skupieniu, voivodships in cluster % gleb w przedziałach zasobności w azot azotanowy NO 3 -N, % of soils in the classes of nitrate nitrogen amounts b. mały very low mały low średni duży high b. duży very high Bonitacja negatywna, bonitation I DLN, LUS, WLP , ,7 II III KUJ, LUB, LOD, MAL, OPL, PDK, SLS, SWT, ZAP MAZ, PDL, POM, WAM 18 19,8 20,8 21,8 19,8 48,2 30,2 24, ,7 W przeprowadzonej analizie skupień wyróżniono 3 skupienia roślin różniące się zasobem azotu azotanowego w profilu gleby 0-90 cm w okresie jesieni (tabela 48). Największy zasób azotu azotanowego (najmniejszy współczynnik bonitacji negatywnej) pozostawało jesienią po sprzęcie 7 grup roślin: zboża intensywne 1, rośliny oleiste 3, strączkowe i mieszanki 4, burak 5, ziemniak 6 oraz warzywa 10 i plantacje trwałe 13. Najmniejsze zasoby azotu (największy współczynnik bonitacji negatywnej) znajdowano po trawach w uprawie polowej (9), na użytkach zielonych (11) oraz po ugorach (12) i innych roślinach nie rolniczych (14). Po zbożach ekstensywnych (2), zielonkach (7) oraz motylkowych wieloletnich i ich mieszankach z trawami (8), zasoby azotu azotanowego były średnie. Zróżnicowanie w ilości pozostawianego azotu można w dużej mierze wyjaśnić zróżnicowaniem wielkości dawek nawozów mineralnych, stosowaniem nawozów naturalnych (ziemniak) oraz zdolnością roślin do wiązania azotu atmosferycznego (strączkowe, motylkowe z trawami).

61 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 47. Procent próbek gleby zakwalifikowanych do różnych klas zasobności w azot azotanowy N-NO 3 w okresie jesieni (profil 0-90 cm), zależnie od rośliny uprawianej w danym roku Table 47. The share of soils samples after different crops grown in the years of soil sampling among different classes of nitrate amounts in the soil profile 0-90 cm, autumn period Kod rośliny, crop Liczba próbek, samples number Kg N ha -1 * % próbek w przedziale zasobności w NO 3 -N, % of soil samples in the classes of nitrates amounts b. mały, very low mały, low średni, duży, high b. duży, very high Bonitacja negatywna, bonitation całość * przeciętna (mediana) dawka azotu stosowana pod roślinę

62 62 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 48. Udział gleb w przedziałach zasobności w azot azotanowy (jesień, profil gleby 0-90 cm) w skupieniach roślin uprawianych w danym roku Table 48. The share of soils in the classes of nitrate nitrogen amounts in clusters of preceding crops (autumn period, soil profile 0-90 cm) Skupienie, cluster Rośliny w skupieniu, crops in cluster Kg N ha -1 % gleb w przedziale zasobności w NO 3 -N, % of soil samples in the classes of of nitrate nitrogen amounts b. mały, very low mały, low średni, duży, high b. duży, very high Bonitacja negatywna, bonitation I 1,3,4,5,6, 10, ,4 17,8 18,7 21,1 25,8 43,4 II 2,7, ,7 23,0 18,3 17,3 12,67 61,0 III 9,11,12, ,7 17,7 12,2 9,2 8,0 76, Szacowanie strat azotu mineralnego w okresie zimy Dobrym, ilościowym wskaźnikiem stopnia zagrożenia wód glebowo-gruntowych nadmiarem azotanów jest różnica pomiędzy zasobem azotu azotanowego w glebie w okresie jesieni i wiosny. Dane z badań monitoringowych zestawiane były dotychczas w układzie wiosna-jesień (tego samego roku) i obejmują cały okres badań przeprowadzonych w latach Dla wyceny strat azotu mineralnego w okresie zimy zestawienia należało natomiast dokonać w układzie jesień (poprzedniego roku) wiosna (następnego roku). W takim układzie zestawiono dane w tabeli 49. Dane w tabeli dla zasobu azotu w okresie jesieni obejmują lata , a dla okresu wiosny lata i mogą się dlatego nieznacznie różnić od zestawień zasobu dokonanych poprzednio dla obydwu okresów za cały okres badań. Jak wynika z tabeli 49, wielkość różnicy zasobu azotu mineralnego pomiędzy okresem jesieni i wiosny, określana umownie jako strata azotu, zależy od składu granulometrycznego gleby i od zasobu azotu w profilu glebowym (0-90 cm) w okresie jesieni.

63 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 49. Przeciętne (mediany) zasoby azotu azotanowego w profilu glebowym 0-90 cm i różnice tych zasobów pomiędzy okresem jesieni i wiosny Table 49. Medians of the nitrate nitrogen amounts in the soil profile 0-90 cm and differences of amounts between autumn and spring periods Zasób azotanow, nitrate amount b. mały, very low mały, low średni, duży, high b. duży, very high średnio dla gleb, all soils Okres badań, period of soil sampling jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference jesień, autumn wiosna, spring różnica, difference Zasób lub różnica zasobu azotanów w profilu gleby 0-90 cm w kg NO 3 -N ha -1, nitrate amount and difference of amounts in the soil profile 0-90 cm in kg NO 3 -N ha -1 gleby b. lekkie, very soils gleby lekkie, soils gleby średnie, soils gleby ciężkie, soils

64 64 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Straty azotu azotanowego praktycznie nie zachodzą w glebach o bardzo małym i małym zasobie tej formy azotu w okresie jesieni, niezależnie od kategorii agronomicznej gleby. W tych klasach zasobu azotu azotanowego stwierdza się nawet większe zawartości azotanów w okresie wiosny, niż w okresie jesieni. Na możliwość takiego układu zawartości, pozornie sprzecznego z oczekiwaniami, zwraca również uwagę Staugaitis i in. [2009], analizując wyniki badań monitoringowych na Litwie. Wielkość strat z gleb o zasobie średnim jest zróżnicowana zależnie od kategorii agronomicznej, przy czym z gleb ciężkich ze stratami tymi można się nadal nie liczyć. Z gleb wykazujących duży i bardzo duży zasób azotu azotanowego w okresie jesieni straty tego składnika są znaczące i w niewielkim tylko stopniu zależą od kategorii agronomicznej gleby. Wyniki te obrazują raczej pewne tendencje, niż mają wymiar absolutny, gdyż liczebność wyników w poszczególnych klasach zasobności w azot azotanowy i w kategoriach gleb była bardzo różna. Należy raz jeszcze podkreślić, że wyniki te dotyczą pełnych okresów badawczych, to znaczy jesieni roku poprzedzającego i wiosny roku następującego. Z tego względu nie obejmują jesieni roku 2006 (koniec okresu monitoringu) i wiosny roku 1997 (początek okresu monitoringu) i nie są w pełni porównywalne z wynikami przedstawionymi w 3 rozdziale opracowania. Przeciętna (mediana) dla wszystkich gleb, z uwzględnieniem udziału kategorii agronomicznych, strata azotu azotanowego z profilu glebowego 0-90 cm wynosi w warunkach naszego kraju ok. 12 kg NO 3 -N ha -1. Taki rozmiar strat azotu został przyjęty w szacunku ich ilości, pochodzących z rolnictwa i przemieszczających się do wód Bałtyku [Fotyma, Igras 2009]. Straty azotu azotanowego zależą również w istotnym stopniu od sumy opadów w okresie zimowym, za jaki przyjęto 5 miesięcy od listopada do marca (por. tab. 1). Opady w tym okresie poklasyfikowano na 5 grup, od bardzo małych do dużych, z uogólnieniem do obszaru całych województw, gdyż dane uzyskiwano z 22 stacji opadowych pierwszego rzędu IMGW (tabela 51). Jak wynika z tej tabeli, straty azotanów w okresie zimowym wzrastały regularnie w kolejnych przedziałach opadów. Zależności tej nie udało się jednak opisać rachunkiem regresji, z uwagi na duże zróżnicowanie wyników w obrębie poszczególnych województw (w poszczególnych latach), które charakteryzowano jedną tylko wartością opadu, pochodzącą z jednej stacji meteorologicznej.

65 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 51. Straty azotanów w okresie zimowym z warstwy gleby 0-90 cm zależnie od sumy opadów * Table 51. The losses of nitrates in winter period from the soil profile 0-90 cm depending on the sum of rainfall * Charakterystyka, characteristics Próbek, samples Strata azotanów kg N-NO 3 ha -1 dla sumy opadów w okresie zimy, the losses of nitrates kg NO 3 -N ha -1 depending on the sum of rainfall in winter period < 100 mm mm mm mm > 250 mm okres jesieni, autumnn period kg N-NO 3 ha -1 55,9 66,9 61,2 59,4 60,7 Próbek, samples okres wiosny, spring period kg N-NO 3 ha -1 53,1 61,2 48,5 45,4 45,1 różnica jesień wiosna (strata), difference autumn-spring (losses) kg N-NO 3 ha -1-2,8-5,7-12,7-14,0-15,6 * wartości podano jako mediany, sumy opadów w okresie listopad marzec, sum of rainfall in the period November March Podawane w piśmiennictwie straty azotanów z gleby do wód glebowo-gruntowych lub drenarskich są bardzo różne. Na Łotwie [Timbare 2009] latach straty te wynosiły kg NO 3 -N ha -1 z gleb lekkich i 9-49 NO 3 -N ha -1 z gleb ciężkich (z profilu gleby 0-90 cm). Randall i Goss [2008] zestawili straty azotanów do wód drenarskich z licznych badań przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii, Irlandii, Szwecji i USA w latach Straty te wynosiły od kilku do kilkudziesięciu kg NO 3 -N ha -1. Jermak i Kubik [2009] na podstawie badań czeskich zwracają jednak uwagę na brak korelacji pomiędzy zawartością azotanów w podglebiu i wodach otwartych znajdujących się w bliskim sąsiedztwie punktów poboru próbek gleby. Fuleky [2009], na podstawie wieloletnich badań ścisłych w 7 punktach doświadczalnych stwierdza, że w glebach o głębokim zwierciadle wód gruntowych maksymalne nagromadzenie azotanów wymywanych z wierzchnich warstw gleby następuje na głębokości od 100 do nawet 250 cm. W piśmiennictwie nie spotkano jednak wyników obszerniejszych badań monitoringowych nad szacunkiem strat azotanów na podstawie pomiaru ich zawartości w profilu glebowym w okresie jesieni roku poprzedzającego i wiosny roku następującego. Pod tym względem wyniki badań własnych można uznać za nowatorskie.

66 66 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Jak dotychczas wykazano w tym opracowaniu, straty azotanów w okresie zimowym zależą od szeregu czynników, które udało się skwantyfikować w odniesieniu do obszaru poszczególnych województw (tabela 52). Tabela 52. Straty i czynniki wpływające na wielkość strat azotanów w okresie zimowym, z profilu gleby 0-90 cm w poszczególnych województwach Table 52. Losses of nitrates in winter period from the soil profile 0-90 cm and influencing factors in voivodships Województwo, voivodship Bonitacja negatywna zasobu azotu Suma opadów w okresie zimy mm % udział gleb słabych kg N ha -1 % udział roślin intensywnych Zasób azotanów jesienią kg N-NO 3 ha -1 Straty azotanow kg N-NO 3 ha -1 Kolumna * DLN , ,0 81,1-18,2 KUJ , ,6 67,1-15,3 LUB , ,3 65,8-0,5 LUS , ,3 77,8-30,5 LOD , ,0 58,9-17,8 MAL , ,1 67,9-3,1 MAZ , ,2 48,7-4,1 OPL , ,8 68,1-9,6 PDK , ,1 62,0-7,7 PDL , ,0 45,8-11,9 POM , ,9 43,2-12,9 SLS , ,0 67,1-6,3 SWT , ,6 60,5 2,9 WAM , ,4 43,7-5,4 WLP , ,8 80,9-28,0 ZAP , ,0 62,5-27,2 Polska , ,8 62,4-11,8 Objaśnienia do tabeli, explanation to the column kolumna 1 bonitacja negatywna - suma procentowego udziału gleb o bardzo niskiej i niskiej oraz połowy udziału gleb o średnim zasobie azotu azotanowego w okresie jesieni (z tabeli 46), negative bonitation sum of soils showing very low and low and half of the soils showing content of nitrates in autumn period (table 46) kolumna 2 - suma opadów w okresie od listopada do marca (z tabeli 1), sum of rainfall in winter period November-March (table 1) kolumna 3 suma procentowego udziału próbek gleb bardzo lekkich i lekkich (z tabeli 35), percent of very and soils (table 35) kolumna 4 przecietna (mediana) dawka azotu stosowana pod uprawiane rośliny (z tabeli 35), median of nitrogen rates applied for the crops grown in voivodskip (table 35) kolumna 5 procentowy udział próbek gleb z plantacji roślin intensywnych, percent of intensive crops grown in voivodship kolumna 6 zasób azotanów w profilu gleby 0-90 cm w okresie jesieni (lata ) (różnią się od danych z tabeli 35), the content of nitrates in the soils profile in autumn period for the years (note! somwewhat different from the date in table 35 given for the period ) kolumna 7 straty azotanów w okresie pomiędzy jesiennym (lata ) i wiosennym (lata ) terminem pobierania próbek (różnią się od danych z tabeli 35), losses of nitrates between autumn and spring period sof soil sampling

67 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Stosując analizę skupień (metoda Warda) wyróżniono grupy województw różniące się pod względem potencjalnego zagrożenia wód glebowych nadmiarem azotanów. Do analizy skupień oprócz wyliczonej różnicy zawartości azotanów w okresie jesieni i wiosny wprowadzono czynniki, które mogły mieć wpływ na wielkość tej różnicy, a jednocześnie podlegały kwantyfikacji z wykorzystaniem danych z monitoringu (tabela 53). Należy podkreślić, że nie wszystkie te czynniki są niezależne, gdyż bonitacja negatywna zasobności gleb w azot jest skorelowana z zasobem azotu w okresie jesieni, a zużycie nawozów azotowych pod rośliny skorelowane z udziałem roślin intensywnych w strukturze zasiewów. Tabela 53 Wskaźniki agrotechniczne i środowiskowe potencjalnego zagrożenia wód glebowych nadmiarem azotanów w skupieniach województw Table 53. Factors influencing potential threats for soil water by excess of nitrates in the clusters of voivodships Skupienie, cluster I II III Województwa w skupieniu, voivodships in cluster DLN, KUJ, LUS, LOD, WLP, ZAP MAZ, OPL, PDL, POM, SLS, WAM LUB, MAL, PDK, SWT Wskaźniki według kolumn z tabeli 52, factors according to columns from the table , , ,1 Obszary 6 województw: dolnośląskiego DLN, kujawsko-pomorskiego KUJ, lubuskiego LUS, łódzkiego LOD, wielkopolskiego WLP i zachodniopomorskiego ZAP wykazują największe straty azotanów w okresie zimy i tym samym duży stopień zagrożenia wód glebowo-gruntowych tym składnikiem. Wynika to ze znacznego udziału gleb słabych, dużego zużycia nawozów azotowych pod rośliny intensywne i przede wszystkim z dużych zasobów azotu w okresie jesieni. Pozostałe województwa wykazują znacznie niższy, ale dosyć podobny w skupieniach II i III stopień zagrożenia wód. Czynniki objaśniające mniejszy stopień zagrożenia są jednak odmienne w tych skupieniach województw. W skupieniu III o mniejszych stratach azotanów w okresie zimy zdaje się decydować mały udział gleb słabych (gleby bardzo lekkie i lekkie), a w województwach w skupieniu II mały udział w uprawie roślin intensywnych i znacznie mniejsze zasoby azotanów w glebie w okresie jesieni. Warto zwrócić uwagę, że większość obszaru województw zaliczonych do skupienia I o największych stratach azotu należy do zlewni rzeki Odry i zlewni 10 rzek Przymorza, uchodzących bezpośrednio do Bałtyku. W województwach w skupieniach II i III, położonych w dorzeczu rzeki Wisły, straty azotanów w okresie zimowym są natomiast znacznie mniejsze (rys. 8).

68 68 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Rys. 8. Straty azotu N-N0 3 w okresie pomiędzy jesienią i wiosną w skupieniach województw, kg N ha -1 Fig. 8. Nitrate losses in the winter period in clusters of voivodships, kg NO 3 -N ha -1 Takie zróżnicowanie terytorialne stopnia zagrożenia wód drenarskich nadmiarem azotanów znalazło potwierdzenie w analizach wykonanych w układzie hydrologicznym. W układzie tym wyróżniono 43 zlewnie rzek II rzędu. Z uwagi na dużą liczbę zlewni, reprezentatywność punktów monitoringowych była znacznie mniejsza, niż w układzie administracyjnym (województwa). W tabeli 54 przedstawiono przeciętne (mediany) wartości wskaźników agrotechnicznych i środowiskowych azotu mineralnego i azotu azotanowego w glebach wyróżnionych zlewni.

69 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 54. Zasoby wiosenne i jesienne oraz straty azotu mineralnego N min i azotanowego w zlewniach rzek II rzędu Table 54. Medians of mineral and nitrates amounts in spring and autumn periods in rivers catchments Zlewnia, catchment Próbek, samples N min kg ha -1 Różnica, difference NO 3 -N kg ha -1 Różnica, difference wiosna, spring jesień, autumn wiosna, spring jesień, autumn Polska

70 70 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Wyłączając zlewnie nr 0 i nr 43, w których liczebność próbek była bardzo niska, dokonano podziału pozostałych zlewni na skupienia, stosując metodę Warda. W przeprowadzonej analizie wyróżniono 3 skupienia zlewni (tabela 55). Lokalizacje zlewni z wyróżnieniem ich skupień przedstawiono na rys. 9. Tabela 55. Wskaźniki agrotechniczne i środowiskowe zasobu azotu mineralnego i azotanowego w skupieniach zlewni Table 55. Factors influencing potential threats for soil water by excess of nitrates in the clusters of river catchments Skupienie, clusters I II III Zlewnie w skupieniu, catchments 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 25 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 38, 39, 40, 42 6, 12, 19, 23, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 37, N min kg ha -1 wiosna, spring jesień, autumn Różnica, difference N-NO 3 kg ha -1 wiosna, spring jesień, autumn Różnica, difference 92,7 89,7-3,2 65,8 64,7-1,1 64,8 71,1 6,4 39,5 49,0 9,6 89, ,9 56,3 77,3 21,0 Wyniki analiz przeprowadzonych w układzie administracyjnym i hydrologicznym są wystarczająco zbieżne (rys. 8 i 9) i wskazują na największe potencjalnie straty azotanów w Zachodniej Polsce, znacznie mniejsze w Polsce Wschodniej i najmniejsze w Polsce Południowej. Pod względem tych strat można zatem podzielić obszar Polski na zlewnię rzeki Odry (większe straty) i zlewnię rzeki Wisły (straty mniejsze, zwłaszcza blisko źródeł tej rzeki).

71 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Zlewnie w skupieniu ,20...numery zlewni (-3), (20)...różnica jesień wiosna Rys. 9. Straty azotu azotanowego w okresie pomiędzy jesienią i wiosną w skupieniach zlewni, kg NO 3 -N ha -1 Fig. 9. Losses of nitrates in the winter period in clusters of rivers catchments, kg NO 3 -N ha -1

72 72 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch 4.4. Symulowane stężenia azotanów w wodzie glebowej (roztworze glebowym) Jak podkreślono we wstępie do opracowania, w Dyrektywie Azotanowej UE [Council Directive 1991] sprecyzowano dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie pitnej na 50 mg NO 3 dm -3, co odpowiada 11,3 mg NO 3 -N dm -3. Zawartość ta nie odnosi się formalnie do wód glebowo-gruntowych, z wyjątkiem wód w płytkich studniach kopanych, ale stanowi dla tych wód pewien punkt odniesienia. Z tego względu podjęto próbę symulowania stężeń azotanów w wodzie glebowej (roztworze glebowym), na podstawie ich zawartości w określonych warstwach gleby. Symulacji dokonano dla gleb zaliczonych do 4 kategorii agronomicznych, wykorzystując standardową pojemność wodną gleb zaliczonych do grup składu granulometrycznego (tabela 56). W tabeli 57 przedstawiono symulowane stężenia azotanów w warstwach gleby, w okresie jesieni i wiosny, przy założeniu, że dana warstwa gleby jest wysycona wodą do jej pełnej pojemności polowej. Założenie to w odniesieniu do warstwy ornej (0-30 cm) i podornej (30-60 cm) spełnia się rzadko i tylko w okresie od późnej jesieni do wczesnej wiosny. Podglebie (warstwa cm) wysycone jest natomiast wodą zazwyczaj przez większość okresu wegetacyjnego roślin. W warstwie gleby 0-30 cm stężenia azotanów w okresie jesieni były, niezależnie od kategorii agronomicznej gleby znacznie większe niż w okresie wiosny. Świadczy to o przemieszczaniu azotanów z warstwy ornej gleb do warstwy podornej i dalej do podglebia. W warstwie podornej, z wyjątkiem gleb ciężkich, jesienne stężenia azotanów były nadal wyższe od wiosennych, ale różnice te były niewielkie i ulegały zmniejszeniu od gleb bardzo lekkich do gleb średnich. W glebach ciężkich stężenia azotanów w warstwie podornej były natomiast wyższe w okresie wiosny, niż w okresie jesieni. W podglebiu stężenia azotanów w okresie wiosny, z wyjątkiem gleb bardzo lekkich, były natomiast wyższe niż w okresie jesieni, co stanowi różnice w stosunku do warstwy ornej i podornej gleby. Tylko w glebach bardzo lekkich utrzymuje się przewaga stężeń jesiennych nad wiosennymi. Na podstawie danych zawartych w tabeli 57 można sądzić, że pewna ilość azotanów, wymywanych z ornej i podornej warstwy gleby, niezależnie od ich składu granulometrycznego jest zatrzymywana w podglebiu. W glebach ciężkich pewna ilość azotanów jest natomiast zatrzymywana już w warstwie podornej. Nie można oczywiście wykluczyć, ze część azotanów, w głębszych warstwach gleby ulega denitryfikacji do gazowych form azotu. Pozostała, część azotanów ulega jednak wymyciu do głębszych warstw gleby, a w praktyce do wód glebowo-gruntowych i wód drenarskich.

73 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 56. Standardowe wartości podstawowych parametrów wodnych gleby [Fotyma E. i in. 2005] Table 56. Standard values of the soil water parameters depending on soil texture [Fotyma E. at all 2005] Skład granulometryczny gleby, soil texture Symbol, code Gęstość gleby, soil density kg dm -3 Pełna pojemność wodna gleby, soil water capacity PPW v/v dm 3 dm -3 PPW v/c dm 3 kg -1 Współczynnik, coefficient W p * Współczynnik, coefficient W z ** bardzo lekkie, very soil 1,533 0,125 0,082 12,4 2,65 Piasek luźny pl 1,533 0,117 0,076 13,14 2,86 Piasek słabo gliniasty lekkie, soil Piasek gliniasty lekki Piasek gliniasty mocny ps 1,533 0,133 0,087 11,50 2,50 1,500 0,174 0,116 8,62 1,91 pgl 1,500 0,167 0,111 9,0 2,00 pgm 1,500 0,217 0,144 6,92 1,54 Pył piaszczysty płp 1,500 0,150 0,100 10,0 2,22 średnie, soil 1,433 0,291 0,203 4,93 1,14 Pył zwykły płz 1,500 0,250 0,167 6,0 1,33 Pył gliniasty płg 1,433 0,300 0,209 4,78 1,11 Glina gl 1,433 0,267 0,186 5,37 1,25 Glina gs 1,300 0,367 0,282 3,54 0,91 soil 1,300 0,433 0,331 3,02 0,77 Glina gc 1,300 0,283 0,295 3,39 0,87 Ił i 1,300 0,467 0,359 2,78 0,71 Ił pylasty ip 1,300 0,417 0,321 3,12 0,80 Pył ilasty płi 1,300 0,467 0,359 2,78 0,71 * W p współczynnik do przeliczania zawartości azotu azotanowego z mg N-NO 3 kg -1 gleby na stężenie azotu w roztworze glebowym mg N-NO 3 dm -3 roztworu (przy wysyceniu gleby wodą do pełnej pojemności wodnej): stężenie mg N-NO 3 dm -3 = zawartość mg N-NO 3 kg -1 x W p, (W p = 1mg/PPWv/c), W p coefficient to recalculate the content of nitrate in bulk soil into concentration of nitrate in soil solution ** W z współczynnik do przeliczania zasobu azotu z kg N ha -1 w warstwie gleby 30 cm na stężenie azotu w tej warstwie w mg N dm -3 : stężenie mg N-NO 3 dm -3 = zasób kg N ha -1 (w warstwie 30 cm) x W z (Wz = 1kg/3x PPWv/v), W z coefficient to recalculate the amount of nitrate in the soil layer 30 cm into concentration of nitrate in soil water

74 74 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 57. Symulowane stężenia azotanów w wodzie (roztworze) glebowej w mg NO 3 -N dm -3 roztworu Table 57. Simulated concentration of nitrates in the soil solution in mg NO 3 -N dm -3 soil water Kategoria gleb, soil texture b.lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, próbek, samples warstwa gleby, soil layer 0-30 cm jesień, autumn wiosna, spring próbek, samples warstwa gleby, soil layer cm jesień, wiosna, autumn spring próbek, samples warstwa gleby, soil layer cm jesień, autumn wiosna, spring ,4 40, ,0 24, ,8 23, ,2 37, ,9 30, ,3 29, ,5 27, ,2 19, ,3 15, ,0 18, ,7 14, ,4 11,5 * zawartości azotanów z tabeli 14, współczynniki W p z tabeli 56, the content of nitrates from table 14, coefficient W p from table 56 Symulowane stężenia azotanów w wodzie glebowej wyznaczone na podstawie badań monitoringowych są trudno porównywalne z danymi piśmiennictwa, które z reguły dotyczyły studiów przypadków (case study) obejmujących wyniki badań doświadczalnych lub nawet laboratoryjnych. Problemy zaczynają się już na etapie pozyskiwania roztworu glebowego, który często okazuje się raczej wodą glebową, a nawet roztworem po ekstrakcji gleby. Klasyczna metoda pozyskiwania roztworu glebowego w warunkach naturalnych polega na zastosowaniu sączków ssących [Addiscot i in. 1991], a w warunkach laboratoryjnych na odwirowywaniu lub wypieraniu wody z próbek gleby wysyconych do pełnej pojemności wodnej [Łabętowicz 1995]. W badaniach masowych najczęściej stosuje się ekstrakcje gleby wodą lub roztworami soli obojętnych, do których przechodzą zarówno jony azotanowe jak i amonowe. Najczęściej stosowanym roztworem ekstrakcyjnym jest 2 mol dm -3 KCl [Shahandeh i in. 2005]. Stosowany jest również roztwór 0,05 mol dm -3 K 2 SO 4 i roztwory KCl o innych stężeniach [Maynard 2008] lub 0,01 mol dm -3 CaCl 2 [Houba 1986]. Bardzo duży wpływ na wyniki badań w warunkach laboratoryjnych ma również sposób przygotowywania i przechowywania próbek gleby. W próbkach suchych i ekstrahowanych lub nawilżanych do pozyskiwania roztworu glebowego przed analizą stężenia jonów azotanowych i amonowych mogą być kilkakrotnie mniejsze, niż w próbkach świeżych lub przechowywanych w stanie zamrożonym [Fotyma, Szewczyk 1994]. W zestawieniu z podanymi różnicami metodycznymi nie dziwią

75 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód bardzo szerokie zakresy stężeń jonów azotanowych w roztworach glebowych lub w wodzie glebowej podawane w piśmiennictwie, wynoszące od kilku do kilkuset mg N-NO 3 dm -3 [Łabętowicz 1995, Smal i Misztal 1996, Mengel i Kikby 1983, Zbiorowa 1988] Symulowane stężenia azotanów w wodzie glebowo-gruntowej (drenaskiej) W aspekcie ochrony środowiska zasadnicze znaczenie ma ilość azotanów przemieszczanych z gleby do wód glebowo-gruntowych, które w glebach zmeliorowanych odpowiadają wodom drenarskim. Symulowanie ilości azotanów przemieszczanych do tych wód i ich stężeń ma dlatego większe znaczenie od symulowania ich stężeń w roztworze glebowym. Na podstawie badań monitoringowych o ilości wymywanych azotanów można wnioskować z porównania ich zasobów w całym profilu gleb 0-90 cm w okresie jesieni i wiosny. W dalszych symulacjach założono, że cały ubytek zasobu azotu pomiędzy tymi okresami (praktycznie w zimie) powinien być odnaleziony w warstwie gleby wysyconej wodą do jej pełnej pojemności wodnej. Założono dalej, że skład granulometryczny tej warstwy jest taki sam jak skład podglebia (warstwa cm) w punkcie monitoringowym. Do przeliczenia ilości przemieszczonego do warstwy gleby cm azotu, wyrażonej w kg N-NO 3 ha -1, na stężenie azotanów w wodzie wysycającej tę warstwę gleby, wyrażonego w mg N-NO 3 dm -3, służą współczynniki W z zamieszczone w ostatniej kolumnie tabeli 56. Dla przykładu współczynnik W z = 2,65 oznacza, że 1 kg N-NO 3 ha -1 wymyty do warstwy cm gleby bardzo lekkiej zwiększy stężenie azotanów w wodzie wysycającej tę warstwę o 2,65 mg N-NO 3 dm -3. Wartość tego współczynnika zależy od składu granulometrycznego gleby i W z maleje w kierunku od gleb bardzo lekkich do gleb ciężkich, co wiąże się oczywiście ze wzrostem pojemności wodnej gleb. W Dyrektywie Azotanowej UE z 1991 r. określono dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie pitnej na 11,3 mg N-NO 3 dm -3. Interpretując w tym kontekście wartości współczynników W z podanych w tabeli można określić dopuszczalne ilości azotu wymywanego do warstwy gleby cm, a wiec do hipotetycznej wody gruntowej. Ilości te wynoszą ok. 4 kg NO 3 -N ha -1 dla gleb bardzo lekkich, 6 kg NO 3 -N ha -1 dla gleb lekkich, 10 kg NO 3 -N ha -1 dla gleb średnich i 15 kg NO 3 -N ha -1 dla gleb ciężkich. Oczywiście wody gruntowe nie są (z wyjątkiem studni kopanych) wodami pitnymi i podane wartości należy traktować bardzo orientacyjnie, zwracając jednak uwagę na ich znaczne uzależnienie od składu granulometrycznego gleb. Posługując się wynikami badań monitoringowych w zakresie różnic jesiennych i wiosennych zasobów azotanów w profilu gleb 0-90 cm oraz współczynnikami W z z tabeli 56, dokonano symulacji stężeń azotanów w wodzie glebowej na głębokości cm, którą nazywano dalej umownie wodą z drenów, instalowanych na ogół na tej głębokości w glebie (tab. 58).

76 76 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Tabela 58. Symulowane stężenia azotanów mg N-NO 3 dm -3 w wodzie z drenów, zależnie od kategorii agronomicznej gleby Table 58. Simulated concentration of nitrate mg NO 3 -N dm -3 in the drainage waters depending on the soil texture Kategoria gleby, soil texture b. lekkie, v. lekkie, średnie, ciężkie, Liczba próbek, samples Do 20 % Stężenia N-NO 3 w pentylach, concentration of NO 3 -N in pentiles Do 40 % Do 60% Do 80 % Do 99% Mediana ,3 7,4 50, , ,8-1,8 36,4 93, , ,1-3, , , ,3-5,3 11,9 38, ,4 ogółem ,2-2,6 28,3 77, ,2 W 20 procentach monitorowanych gleb, bez względu na ich skład granulometryczny, stężenia azotanów są ujemne, co oczywiście ma charakter pozorny i wynika z tego, że zasób wiosenny azotu był większy od zasobu jesiennego. To samo dotyczy dalszych 20% gleb lekkich, średnich i ciężkich. Do 40% gleb bardzo lekkich wykazuje stężenia azotanów w wodzie z drenów mniejsze od 7,4 mg N-NO 3 dm -3, to znaczy pozostaje poniżej granicy wyznaczonej Dyrektywą Azotanową dla wody pitnej. W sumie można przyjąć, że w 40% całego areału gleb w Polsce i nawet w 60% areału gleb ciężkich, stężenia azotanów w wodach drenarskich nie przekraczają bezpiecznej granicy. W około 60% monitorowanych gleb bardzo lekkich i lekkich, wymywanie azotanów w okresie zimy jest jednak na tyle duże, że powoduje wzrost stężenia azotanów w odprowadzanych wiosną wodach drenarskich powyżej lub znacznie powyżej granicy wyznaczonej dla wód pitnych. W makroskali, do wyznaczania regionów wrażliwych na zanieczyszczenie wód gruntowych azotanami przydatne może być określenie symulowanych stężeń azotanów w wodach drenarskich z obszaru jednostek administracyjnych lub mniejszych zlewni (np. II rzędu). Z uwagi na reprezentatywność danych monitoringowych wyliczeń takich dokonano dla obszaru poszczególnych województw (tabela 59).

77 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Tabela 59. Symulowane stężenia azotanów w wodach drenarskich z obszaru województw mg N-NO 3 dm -3 Table 59. Simulated concentration of nitrate in the drainage water on the territory of voivodships, mg NO 3 -N dm -3 Województwo, voivodship Stężenia azotanów w decyntylach próbek %, concentration of nitrates in decicentiles of samples Mediana Do 10 Do 20 Do 30 Do 40 Do 50 Do 60 Do 70 Do 80 Do 90 Do 99 DLN ,9 11,9 26,1 46,8 73, ,1 KUJ ,4-21,8-10,2 6,2 21,0 38,1 58,0 82, ,0 LUB ,8-36,6-16,8-1,8 12,6 32,0 59, ,8 LUS ,6-27,1 1,2 24,7 48,1 78, ,1 LOD ,0-35,2-12,1 4,9 26,9 46,1 70, ,9 MAL ,0-39,6-21,6-8,7 1,8 13,1 28,6 47,5 82, ,8 MAZ ,6-54,4-27,4-9,9 5,5 23,3 43,2 69, ,5 OPL ,5-40,8-19,2-2,4 13,6 29,3 47,7 75, ,6 PDK ,2-33,7-18, -7,2 3,5 14,1 27,1 45,9 76, ,5 PDL ,8-22,0-10,0 1,2 11,8 24,4 40,3 56,7 83, ,8 POM ,1-26,7-11,5 0,0 11,2 26,4 40,0 62,2 92, ,2 SLS ,2-42,1-22,0-8,1 5,9 19,5 39,6 65, ,9 SWT ,4-55,7-35,1-19,4-3,0 12,3 27,9 49,7 82, ,0 WAM ,1-28,3-13,6-3,7 4,9 15,5 29,1 46,7 76, ,9 WLP ,1-39,5-7,0 17,4 45,6 75, ,6 ZAP ,4-20,4-6, ,9 49,3 76, ,9 PL ,6-39,4-18,1-2,7 11,1 28,3 48,3 77, ,1

78 78 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch W przeprowadzonej analizie skupień wydzielono 4 skupienia województw różniących się przeciętnym (mediana) symulowanym stężeniem azotanów w wodzie z drenów i udziałem próbek wykazujących stężenia azotanów mniejsze od wartości granicznej wynikającej z Dyrektywy Azotanowej (tabela 60). Tabela 60. Skupienia województw różniących się potencjalnym zagrożeniem wód drenarskich nadmiernymi stężeniami azotanów Table 60. Clusters of voivodships showing different threats for drainage waters due to the high concentration of nitrates Skupienie, cluster I II III Województwa w skupieniu, voivodships in cluster LUB, MAL, MAZ, PDK SWT DLN, OPL, PDL, POM, SLS, WAM KUJ, LOD, ZAP Mediana mg NO 3 -N dm -3 % próbek o stężeniu <11,3 mg NO 3 -N dm -3 0,2 60 8, ,2 40 Lokalizacja województw w zlewni, voivodships in the river catchment LUB, MAL, MAZ, PDK, SWT Wisła PDL, WAM Wisła, POM Wisła/ Przymorze, SLS Wisła/Odra, DLN, OPL Odra KUJ, LOD Wisła/Odra, ZAP Odra/ Przymorze IV LUS, WLP 46,8 35 LUS, WLP Odra Symulowane stężenia azotanów, znacznie przekraczające bezpieczną granicę stwierdzono w 5 województwach: kujawsko-pomorskim KUJ, łódzkim LOD, zachodnio-pomorskim ZAP, lubuskim LUS i wielkopolskim WLP, leżących w całości lub w części w dorzeczu rzeki Odry lub 10 rzek Przymorza. W pozostałych województwach przeciętne (mediany) stężeń azotanów nie przekraczają tej granicy, a wody drenarskie na około 60% ogólnego obszaru gruntów ornych wydają się niezagrożone nadmiernym zanieczyszczeniem azotanami. Województwa te leżą całkowicie lub częściowo w dorzeczu rzeki Wisły. 5. Podsumowanie W pracy przedstawiono syntezę wyników badań monitoringowych gleb w Polsce na zawartość form azotu mineralnego: NO 3 -N, NH 4 -N i N min (suma obydwu form) przeprowadzonych w latach przez okręgowe stacje chemiczno-

79 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód rolnicze, na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi. Z syntezy tej wynikają następujące stwierdzenia i wnioski: 1. Wyznaczono 5 klas zasobu azotu mineralnego i azotu azotanowego w profilach gleb 0-60 cm i 0-90 cm, z uwzględnieniem 4 kategorii agronomicznych gleb. Wyznaczone klasy mogą służyć do interpretacji wyników badań nad zasobem azotu mineralnego w okresie wiosny do celów doradztwa nawozowego i w okresie jesieni do przewidywania środowiskowych skutków nadmiaru azotu. 2. Wyznaczono w sposób ilościowy czynniki wpływające na zasoby azotu mineralnego w glebie. Do czynników tych należą, skład granulometryczny gleby, opady w okresie zimowym (listopad do marca), rodzaj uprawianych roślin i wielkość dawek nawozów azotowych oraz stosowanie nawozów naturalnych. 3. Określono przeciętne (mediany) zasoby azotu mineralnego w glebach w okresie wiosny i jesieni w poszczególnych województwach i zlewniach rzek II rzędu. 4. Określono rozmiar strat azotanów w okresie zimowym (pomiędzy jesiennym i wiosennym terminem pobierania prób) z dokładnością do województw i zlewni. 5. Zaproponowano metodę symulowanego obliczania stężeń azotanów w wodach gruntowych (drenarskich) na głębokości cm w profilu glebowym i podano przeciętne stężenia azotanów w wodach drenarskich z obszaru poszczególnych województw. 6. Wyznaczono obszary w Polsce szczególnie narażone na zanieczyszczenie wód drenarskich nadmiarem azotanów. Do obszarów tych należy głównie zlewnia rzeki Odry i zlewnie 10 rzek Przymorza. Piśmiennictwo Addiscott T. M., Whitmore A. P., Powlson D. S Farming, fertilizers and the nitrate problem. CAB International Addiscott T. M Nitrate, Agriculture and the Environment. CAB International, Wallingford UK: Berge ten H. F. M., Dijk van W Management of nitrogen inputs on farm within the EU regulatory framework. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Ceh B., Skerbot J Application of the N min soils test in fertilizer recommendations in Slovenia. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Cermak P., Kubik L Monitoring of nitrogen content in the soil and water. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Council Directive No 91/676/EEC Dietz T., Hege U Stickstoffsdungung des Weizens nach Bodenuntersuchung N min in Abhangigkeit von den Standortverhaltnissen, Bayerisches Landwirtschaftliches Jhrbuch. 57:

80 80 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Enckewort van P. L. A., Schoot van J. R., ten Berge van, W A review of potential indicators for nitrate loss from cropping and farming systems in the Netherlands (manuscript) Fotyma E Przydatność glebowego testu N min w nawożeniu zbóż ozimych. Fragmenta Agronomica. 3: Fotyma E Metoda N min w doradztwie nawozowym. Zeszyty Edukacyjne IMUZ. 1: Fotyma E., Fotyma M Die Nachwirkungen von Stickstoff und die Nutzbarkeit der N min Methode in Polen. VDLUFA- Schriftenreihe 28, Kongressband Teil II: Fotyma E., Fotyma M., Igras J Stężenie azotanów w wodzie glebowej jako wskaźnik stanu środowiska rolniczego. Fragmenta Agronomica. 4: Fotyma E., Fotyma M., Pietruch Cz Zawartość azotu mineralnego w glebach gruntów ornych w Polsce. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization, 3: Fotyma M., Szewczyk M. Przydatność metody 0,01 mol dm -3 CaCl 2 do oznaczania zawartości rozpuszczalnych związków azotu w glebie. Fragmenta Agronomica. 2: Fotyma M., Igras K Udział obszarów wiejskich w ogólnej emisji związków azotu I fosforu z obszaru Polski do Bałtyku w: Udział polskiego rolnictwa w emisji związków azotu i fosforu do Bałtyku, redakcja J. Igras, M. Pastuszak, IUNG-PIB Puławy str Fox R. H., Roth G. W., Iversen K. V., Piekielek W. P Soil and tissue nitrate test compared for soil nitrogen availability to corn. Agronomy J. 81: Fuleky G Downard movement of fertilizer nitrogen in hungarian soils. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Gaborik S Application of the N min soil test in fertilizer recommendations. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Houba V. J. G., Novozamksy I., Hulbert s A. W. M., Van der Lee J.J Comparison of soil extractions by 0,01 M CaCl 2 by EUF and by some conventional extraction procedures. Plant Soil 96: Kucharzewski A Monitoring of mineral nitrogen content in arable soils of Lower Silesia. Zesz. Problemowe Post. Nauk Roln. 526: L hirondel J., L hirondel J.-L Nitrate and Man. Toxic, Harmless or Beneficial. CAB International, Wallingford, UK. Łabętowicz J Skład chemiczny roztworu glebowego w zróżnicowanych warunkach glebowych i nawozowych. Fundacja Rozwój SGGW Warszawa. Loch J., Szabo B. E., Pirko B Nitrogen fertilizer advisory system and monitoring in Hungary. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37:

81 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód Ma B.L., Wu T.-Y Plant available nitrogen in the soil: Relationships between pre-plant and pre-side dressed nitrate tests for corn. J. Plant Nutrition Soil Sci. 171: Maynard D. G Nitrate and exchangeable ammonium nitrogen. in. Soil sampling and methods of analysis. Ed. Carter M.R., Gregorich E.G. II ed edition. CRC Press. Muller S., Gorlitz H The relationships between soil inorganic nitrogen levels and nitrogen fertilizer requirements. Agricultural Ecosystems and Environment 17: Muller S., Gorlitz H Wykorzystanie metody N min w NRD. Fragmenta Agronomica. 1: Nommik H The residual effects of nitrogen fertilizers in relation to the quantities of mineral nitrogen recovered in the soil profile. Acta. Agric. Scand. 16: Olfs H., W Improved precision of arable nitrogen applications: Requirements, Technologies and implementation. IFS Proceedings No 662: pp. 36. PNR Analiza chemiczno-rolnicza gleb, pobieranie próbek i oznaczanie zawartości jonów azotanowych i amonowych w glebach mineralnych. Preston C The availability of residual fertilizer nitrogen immoblized as clayfixed ammonium and organic N. Can. J. Soil Sci. 62: Randall G. W., Goss M.J Nitrate losses to surface water through subsurface tile drainage. w. Nitrogen in the environment, sources problems and management IIed edition ed. J.H. Hatfield, R.F. Follett. Elsevier: Scharpf H.C Der Mineralastickstoffgehalt des Bodens als Maßstab für den Stickstoffdungerbedarf. Ph.D. Thesis, University of Hanover, Germany. Scharpf H.C., Wehrmann J Die Bedeutung des Mineralstickstoffvorrates des Bodens zu Vegetationsbeginn für die Bemessung der N-Dungung zu Winterweizen. Landw. Forsch. 32: Shanhadeh H., Wright A.L., Hons F.M., Lascano R.J Spatial and temporal variation in soil nitrogen parameters related to soil texture and corn yield. Agron. J. 97: Spiegel H., Robier J., Springer J., Ubleis T., Dersch G Application of the N min soil test in fertilizer recommendations and environment protection in Austria. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Staugaitis G., Timbare R Cooperation of LV and LT agrochemical research institutions in cross-brder monitoring of N and P content in soils of Lielupa basin. SIV-091 LIELASOIL project. Staugaitis G., Mazvilla J., Vaisvila Z., Arbaciauskas J., Putelis L., Adomaitis T Soil mineral nitrogen testing in Lithuania. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Stuczyński T., Łopatka A., Koza P Zestawienia powierzchni gleb w Polsce. Maszynopis IUNG-PIB, Puławy.

82 82 Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Szabo E.B., Loch J., Pirko B Experience with the determination of nitrogen by 0,01 M CaCL 2 extractant in Hungarian soils and long-term experiments. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Timbare R., Janevica V., Busmanis M., Eglite K., Stalidznas D Monitoring of mineral nitrogen in soils in Latvia. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Vagstad N., Eggestad H.O., Hoeyaas T.R Mineral nitrogen in agricultural soils and nitrogen losses: relation to soil properties, weather conditions and farm practices. Ambio. 26.5: Verhagen A., Bouma J Defining threshold values for residual soil N levels. Geoderma 85.23: Wehrmann J., Scharpf H.C Der Mineralstickstoffgehalt des Bodens als Maßstab für den Stickstoffdungerbedarf N min Methode. Plant Soil 52: Wehrmann J., Scharpf H.C The N min method an aid to integrating various objectives of nitrogen fertilization. Z. Pflanzenernahr. Bodenkd. 149: Wiesler F., Ambruster M The application of N min soil test as an element of integrated management strategies in agriculture. Nawozy i Nawożenie Fertilizers and Fertilization. 37: Zbiorowa Nutrient management legislation in European Countries. Wageningen Press. The Netherlands. Mariusz Fotyma, Kazimierz Kęsik, Czesław Pietruch Mineral nitrogen in soils of Poland as an indicator of plant nitrogen requirements andsoil water cleanness Summary In the paper the synthesis of the Ist stage of soil monitoring in Poland for the content and amount of mineral nitrogen in the soil profiles is presented. Soil monitoring has been carried on in the years in about 5000 sites representing the whole area of arable soils in the country. The first part of the paper (chapter 3) is focused on the statistical characteristics of the date concerning the content (expressed in mg N kg -1 soil) and amount (expressed in kg N ha -1 ) of mineral nitrogen N min and its forms (NO 3 -N and NH 4 -N) in the soil layers 0-30 cm, cm, cm and in the soils profiles 0-60 cm and 0-90 cm. Soil samples were collected in early spring, before nitrogen fertilizers application and in autumn after crop harvest. The

83 Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód content and amount of mineral and nitrate nitrogen depends on the soil texture (as higher as the soil is heavier), depth in the soil profile (decreasing from the plow layer downards) and period of soil sampling (generally higher in autumn than in spring). All date are presented on country scale and regional scale, in voivodships and IIed order rivers catchments. The second part of the paper (chapter 4) is focused on practical consequences of the monitoring date for nitrogen fertilizer recommendations and soil water protection against too load of nitrates. The classes of mineral and nitrate nitrogen amounts in the spring period, in the soil profiles 0-60 and 0-90 cm depending on the soils texture have been proposed and discussed in the of its usefulness for refining fertilizer recommendations. The difference in the nitrates amounts between the autumn and spring periods of soil sampling is suggested as a factor of evaluating the possibility of soil water contamination with the excess of this form of mineral nitrogen. The method of simulation the concentration of nitrates in the soils solution and/or soil drainage waters, at the depth cm was presented and used for calculation these concentration on regional (voivodships and rivers catchments) scale. The regions of Poland were determined with respect to the possible risk of soil water contamination with excess of nitrates. Prof. Mariusz Fotyma IUNG-PIB Czartoryskich 8, Puławy fot@iung.pulawy.pl

84 MONITORING ZAWARTOŚCI AZOTU MINERALNEGO W GLEBACH POLSKI W LATACH Tamara Jadczyszyn, Czesław Pietruch, Wojciech Lipiński Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach Abstrakt W pracy przedstawiono wyniki badań monitoringowych zawartości azotu mineralnego w glebach gruntów ornych za okres Uzyskane wyniki porównano z wynikami pierwszego 10-letniego cyklu badań przeprowadzonych w latach Stwierdzono podobne w obydwu cyklach zależności zawartości i zasobu azotu mineralnego i jego form, azotanowej i amonowej od składu granulometrycznego gleby, głębokości w profilu glebowym i terminu pobierania próbek gleby. Z różnicy zasobu azotu azotanowego jesienią i wiosną wyznaczono rozmiar prawdopodobnych strat azotanów w okresie zimowym. Straty te zależą od wielkości zasobu azotu azotanowego w glebie w okresie jesieni i od kategorii agronomicznej gleby. Dokonano wstępnej walidacji wyznaczonych na podstawie 10-letniego cyklu badań klas zasobu azotu azotanowego w profilu 0-90 cm gleby w okresie jesieni. Słowa kluczowe: monitoring gleb, azot mineralny, zasobność gleb, azotany, straty Abstract In the paper the results of soil monitoring for the content of mineral nitrogen in the period are presented. The results are compared with the results of Ist stage of monitoring carried out in The relations between nitrogen and its forms content and soil texture, the depth in the soil profile and the sampling date were very similar in both monitoring cycles. The possible losses of nitrogen in winter time were calculated as a difference between amount of nitrogen in the autumn and spring next year. The losses depended on soil texture and amount of nitrogen in the soil profile in the autumn. The results obtained in were used for validation of classes of nitrogen amount in the soil profile which were determined on the basis of monitoring data collected in Key words: soil monitoring, mineral nitrogen, soil content, nitrates, losses

85 Monitoring zawartości azotu mineralnego w glebach Polski w latach Wstęp i historia badań 85 W 2006 r. zakończono 10-letni cykl badań nad zawartością azotu mineralnego w glebach Polski i w 2009 r. przygotowano pełną syntezę ich wyników [Fotyma i in. 2010]. Od roku 2007/2008 badania są kontynuowane w zmodyfikowanej wersji w ramach Resortowego Monitoringu Gleb i Wód Gruntowych na zawartość i stężenie azotu mineralnego w połączeniu z monitoringiem zawartości innych makroskładników. Od tego roku monitoring N min jest realizowany na mocy przepisów art. 27 ust. 6 i art. 28 ust. 6 ustawy z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu [Ustawa 2007]. W pracy przedstawiono wstępne wyniki tych badań wykonane w latach i dokonano ich porównania z wynikami 10-letniego cyklu badań zakończonego w 2006 r. Dla ułatwienia takiego porównania wyniki przedstawiono według ujednoliconego schematu. 2. Metodyka badań W roku 2007 próbki gleb do badań pobierano w punktach kontrolnych wyznaczonych jeszcze dla pierwszego 10-letniego cyklu badań [Fotyma i in. 2010]. Od roku 2008 monitoring prowadzony jest w nowej zmodyfikowanej siatce punktów kontrolnych. Składa się na nią ok punktów, z których 80% zlokalizowano na gruntach ornych i 20% na trwałych użytkach zielonych. Modyfikacja siatki monitoringu miała na celu bardziej równomierne rozmieszczenie punktów na terenie całego kraju. Aktualnie na obszarze każdej gminy wiejskiej znajduje się co najmniej 1 punkt monitoringu. W gminach o obsadzie zwierząt gospodarskich w przedziale DJP na 1 ha umiejscowiono po 2 punkty, a w gminach o obsadzie większej niż 80 DJP na 1 ha UR po 3 punkty monitoringu. Wszystkie punkty są opisane współrzędnymi geograficznymi, które zostały zmierzone przy pomocy GPS. Rozmieszczenie punktów monitoringu przedstawiono na rys. 1. Próbki gleby do analiz pobierane są dwukrotnie w ciągu roku, tj. wczesną wiosną i późną jesienią z podziałem na warstwy 0-30, i cm. Zawartość azotu mineralnego, z podziałem na formę amonową i azotanową, oznaczana jest zgodnie z polską normą [PNR 1997]. Skład granulometryczny poszczególnych warstw profilu glebowego został po raz pierwszy w Polsce na taką skalę oznaczony metodą laserową i zgeneralizowany do 4 kategorii agronomicznych gleb. Statystyczną ocenę wyników ograniczono do podania podstawowych charakterystyk wykorzystując w tym celu pakiet STAT- GRAPHIC PLUS 5. Rozkład wyników oznaczeń odbiegał od rozkładu normalnego, dlatego przy interpretacji wyników wykorzystano medianę jako miarę wartości przeciętnej. W tabelach podano również wartości średniej arytmetycznej dla pokazania stopnia oddalenia obu wartości. Jako miarę rozrzutu danych od wartości przeciętnej zastosowano rozkład procentylowy (pentylowy). Interpretując wyniki w układzie przestrzennym (województw) posłużono się analizą skupień z zastosowaniem metody Warda. Wyniki podawano w układzie zawartości azotu mineralnego i jego form w mg N kg -1 gleby oraz w układzie zasobu azotu w kg N ha -1.

86 86 Tamara Jadczyszyn, Czesław Pietruch, Wojciech Lipiński Rys. 1. Rozmieszczenie punktów Resortowego Monitoringu Gleb i Wód Gruntowych na obszarze Polski Fig. 1. Localization of monitoring sites on the territory of Poland 3. Wyniki badań i dyskusja 3.1. Zawartość (content) form azotu mineralnego w warstwach gleby zależnie od jej kategorii agronomicznej Warstwa 0-30 cm Zawartość azotu mineralnego i jego form w wierzchniej warstwie gleby była wyraźnie zróżnicowana w zależności od terminu pobierania próbek i kategorii agro-