PRZYCZYNY DEGRADACJI ŚRODOWISKA GLEBOWEGO W GOSPODARSTWACH HODOWLANYCH

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 520: PRZYCZYNY DEGRADACJI ŚRODOWISKA GLEBOWEGO W GOSPODARSTWACH HODOWLANYCH Teofil Mazur, Zbigniew Mazur Katedra Chemii Środowiska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Wstęp W kształtowaniu Ŝyzności i urodzajności gleb podstawowe znaczenie ma nawoŝenie naturalne, organiczne i mineralne. Współdziałanie tych nawozów dostarcza roślinom niezbędnych składników pokarmowych i stanowi o bilansie substancji organicznej w glebach. NaleŜy jednak zachować właściwe proporcje w stosowaniu nawozów naturalnych i organicznych oraz mineralnych. W gospodarstwach specjalizujących się w produkcji zwierzęcej produkuje się duŝą masę nawozów naturalnych i często zostają naruszone zasady ich rolniczego zagospodarowania. Następstwem takiego nawoŝenia jest pogorszenie właściwości gleb i zanieczyszczenie wód glebowo-gruntowych. W niniejszej pracy omówiono negatywne skutki nieprawidłowego nawoŝenia obornikiem, gnojowicą i pomiotem kurzym. ZałoŜenia metodyczne Celem nawoŝenia jest pozyskiwanie wysokich plonów roślin o dobrych cechach jakościowych oraz utrzymywanie gleby w stanie naleŝytej Ŝyzności. Takie efekty osiąga się w wyniku zrównowaŝonego nawoŝenia, w którym naleŝy właściwie operować nie tylko pulą nawozów mineralnych, ale równieŝ naturalnych. Wysokie dawki nawozów mogą ujemnie wpłynąć na jakość gleb i wód [DECHNIK i in. 1988; KOWALIŃSKI i in. 1985; MAZUR 1990, 1995] DuŜy materiał dokumentacyjny podyktował konieczność omówienia tylko niektórych wybranych zagadnień. Wykorzystano przede wszystkim wyniki badań własnych, wspartych pozycjami piśmiennictwa innych autorów. Wyniki i dyskusja Nawozy naturalne róŝnią się stanem fizycznym i składem chemicznym. Stan fizyczny nawozu wyznacza sposób przechowywania i stosowania, a skład chemiczny decyduje o wartości nawozowej. W tabeli 1 zamieszczono wartości średnie obrazujące zawartość suchej masy, węgla organicznego i podstawowych składników nawozowych w oborniku, gnojowicy i pomiocie kurzym. Na podstawie zawartości azotu oblicza się dopuszczalną dawkę nawozu, która nie moŝe przekraczać 170 kg N ha -1 rocznie [USTAWA 2000]. Zawartość węgla słuŝy do określenia wartości próchnicotwórczej, zaleŝnej równieŝ od zawartości azotu.

2 144 T. Mazur, Z. Mazur Zawartość suchej masy, węgla organicznego i składników nawozowych w nawozach naturalnych Content of dry matter, organic carbon and fertilizer components in natural fertilizers Tabela 1; Table 1 Nawóz Fertilizer Obornik bydlęcy Cattle manure Obornik trzody chlewnej Farmyard manure Gnojowica bydlęca Cattle slurry Gnojowica trzody chlewnej Pigs slurry Pomiot kurzy Chicken dung Sucha masa Dry matter (g kg -1 ) C org. Org. C (g kg -1 św.m.; FM) 91,2 99,3 32,0 21,3 67,8 N P K Stosunek Ratio N : P : K g kg -1 św.m.; FM 5,0 5,7 3,4 3,8 7,0 1,3 2,1 0,8 0,6 4,2 5,9 6,4 3,0 1,8 4,5 1,0 : 0,26 : 1,18 1,0 : 0,41 : 1,25 1,0 : 0,23 : 0,88 1,0 : 0,16 : 0,47 1,0 : 0,6 : 0,64 Podstawowym i powszechnie uznanym nawozem naturalnym jest obornik, który najczęściej stosuje się co 3-4 lata w zmianowaniu roślin. W gospodarstwach produkujących duŝą masę obornika zachodzi potrzeba jego częstego stosowania, niekiedy corocznie. W związku z tym obniŝa się jednostkowa wartość plonotwórcza w wyniku mniejszego wykorzystania przez rośliny azotu i innych składników nawozowych. W wieloletnim statycznym doświadczeniu polowym określono wykorzystanie azotu z obornika (30 t ha -1 ) stosowanego 1, 2 i 4 razy w 4-polowym zmianowaniu (rys. 1). Na poletkach nawoŝonych jeden raz w zmianowaniu wykorzystanie azotu wynosiło 55%, a więc było zbliŝone do danych cytowanych w literaturze [GORLACH, MAZUR 2001]. Stosowanie obornika co 2 lata obniŝyło wykorzystanie azotu do 34%, a nawoŝenie coroczne do 25%. Mniejsze wykorzystanie azotu przez rośliny uprawne powoduje kumulację w glebie organicznych i mineralnych form tego składnika. Prowadzi to do większych strat azotu, zarówno w formie gazowej, jak i wymywania N min. przez opady atmosferyczne. Na rysunku 2 przedstawiono dane obrazujące zawartość N min. w profilu glebowym (0-100 cm) w zaleŝności od częstotliwości nawoŝenia obornikiem. Coroczne nawoŝenie obornikiem spowodowało wzrost zawartości N min. o 145 kg ha -1, natomiast nawoŝenie co 2 lata tylko o 26 kg, w porównaniu do nawoŝenia co 4 lata. DuŜe nagromadzenie N min. w glebie stwarza zagroŝenie zanieczyszczeniem wód gruntowych [MAZUR 1990, 1995]. Inne znaczenie produkcyjno-ekologiczne ma gnojowica. Roczna produkcja gnojowicy od sztuki duŝej zwierząt wynosi około 20 m 3. Dawki gnojowicy wyliczone na podstawie zawartości azotu wahają się w granicach t, średnio 50 t ha -1 świeŝej masy. Jest to ilość produkowana przez 2,6 SD zwierząt. Oznacza to, Ŝe gospodarstwo posiadające 100 SD winno zabezpieczyć 20 ha do nawoŝenia gnojowicą. Gospodarstwa hodowlane często nie mają wystarczającej powierzchni uŝytków rolnych i wówczas gnojowicę stosują w wysokich dawkach. DuŜe dawki gnojowicy a zwłaszcza przy corocznym ich stosowaniu, wpływają ujemnie na właściwości gleb i powodują zanieczyszczenie wód glebowo-gruntowych.

3 PRZYCZYNY DEGRADACJI ŚRODOWISKA GLEBOWEGO % I II IV Rys. 1. Wykorzystanie azotu z obornika w zaleŝności od częstotliwości stosowania w 4- polowym zmianowaniu: I - jeden raz, II - dwa razy, IV - corocznie (opracowanie własne) Fig. 1. Utilization of nitrogen supplied with manure as dependent on the application frequency in a four-course crop rotation: I - once, II - twice, IV - every year (own study) 400 N-min.; min. N (kg hā 1 ) I II IV Rys. 2. Fig. 2. Wpływ częstotliwości stosowania obornika na zawartość N min. w profilu glebowym (0-100 cm) w 4-polowym zmianowaniu: I - jeden raz, II - dwa razy, IV - corocznie [MAZUR 1995] Effect of the frequency of manure application on the concentration of mineral nitrogen in the soil profile (0-100 cm) in a four-course crop rotation: I - once, II - twice, IV - every year [MAZUR 1995] Odczyn gnojowicy zbliŝony jest do obojętnego (ph 6,8-7,5), jednak coroczne jej stosowanie przyczynia się do zakwaszenia gleb, szczególnie po zastosowaniu duŝych dawek. Jest to wynikiem uwalniających się jonów wodorowych z gnojowicy, na co

4 146 T. Mazur, Z. Mazur zwrócili uwagę KOWALIŃSKI i in. [1985]. Wzrasta równieŝ wartość kwasowości hydrolitycznej gleby, co udowodnił MAZUR [2005]. NawoŜenie Kwasowość hydrolityczna (mmol kg -1 s.m.) gnojowicą gleba płowa gleba brunatna 40 t ha -1 27,4 21,4 78 t ha -1 28,2 22,4 Wykazano równieŝ, Ŝe coroczne stosowanie duŝych dawek gnojowicy wpłynęło niekorzystnie na właściwości retencyjne gleby płowej [MAZUR i in. 2005]. Retencja wody produkcyjnej (pory 30-0,6 µm) kształtowała się następująco: po nawoŝeniu 40 t ha -1-16,2 cm cm -3 po nawoŝeniu 78 t ha -1-15,4 cm cm -3 Nawozy naturalne korzystnie oddziaływują na pojemność kompleksu sorpcyjnego i zawartość kationów wymiennych [DECHNIK i in. 1988; STRĄCZYŃSKA 1995; MAZUR 2005]. NawoŜenie gnojowicą powoduje wypieranie jonów wapnia z kompleksu sorpcyjnego przez jony wodorowe. Zmieniają się zatem stosunki kationów zasadowych, po zastosowaniu wysokich dawek gnojowicy, co obrazują poniŝsze dane: Stosunki kationów Dawki gnojowicy zasadowych 40 t ha t ha -1 (Ca + Mg) : K 7,6 5,7 Mg : K 1,2 0,8 Ca : K 6,5 4,8 Gnojowicę moŝna zaliczyć do nawozów organiczno-mineralnych poniewaŝ udział N min w N ogółem wynosi średnio około 50% [MAZUR, SĄDEJ 1978]. Ma to istotne znaczenie w oddziaływaniu tego nawozu na środowisko glebowe. Na podstawie 30- letnich doświadczeń obliczono wykorzystanie azotu przez rośliny uprawiane w zmianowaniu, nawoŝone normatywną i wysoką dawką gnojowicy. Dawka gnojowicy Wykorzystanie azotu (%) gleba płowa gleba brunatna 40 t ha -1 32,6 30,2 78 t ha -1 18,1 23,6 Mniejsze wykorzystanie azotu przez rośliny sprzyja nagromadzeniu się w glebie form zapasowych, w tym N min., a takŝe ulatnianiu się form gazowych (NO x, N 2 O, N 2 ). Na podstawie badań modelowych udowodniono, Ŝe istnieje prosta zaleŝność między dawką gnojowicy a wymywaniem azotu (rys. 3). Dla oceny wartości nawozowej gnojowicy opracowano równowaŝniki nawozowe, których wartość zaleŝy od terminu jej stosowania i waha się od 25 przy stosowaniu sierpień-wrzesień do 60 po zastosowaniu w okresie wiosennym [GORLACH, MAZUR 2001]. Niska wartość równowaŝnika nawozowego świadczy o duŝych stratach azotu, w tym głównie przez wymycie z opadami atmosferycznymi. Nie naleŝy stosować gnojowicy, gdy równowaŝnik nawozowy ma wartość poniŝej 40. W gospodarstwach dysponujących duŝą masą gnojowicy często pozostawiano pole nieobsiane przeznaczone do całorocznego stosowania gnojowicy. Skutkiem przenawoŝenia gnojowicą następowało bardzo duŝe zanieczyszczenie płytkich wód gruntowych. Przeprowadzone badania wykazały, Ŝe zawartość N-NO 3 w tych wodach wahała się w granicach mg dm -3 [MAZUR 2005].

5 PRZYCZYNY DEGRADACJI ŚRODOWISKA GLEBOWEGO wymycie N (kg z ha) leached N (kg from ha) r = 0, dawka gnojowicy; dose of slurry ( t ha -1 ) Rys. 3. Wpływ dawki gnojowicy na ilość wymytego azotu [MAZUR 1990] Fig. 3. Effect of slurry dose on the amount of leached nitrogen [MAZUR 1990] Pomiot kurzy charakteryzuje się małą zawartością wody i stosunkowo duŝą koncentracją składników nawozowych. Z dawką pomiotu kurzego odpowiadającą 170 kg N ha -1 do gleby wprowadza się 26 kg N min. Na podstawie wyników badań lizymetrycznych wykazano, Ŝe wraz ze zwiększającymi się dawkami pomiotu kurzego wzrastało wymycie azotu azotanowego przeciętnie o 1,2 razy [MAZUR, KWIATKOWSKA 1987]. Wnioski 1. Z obornika stosowanego w dawce 30 t ha -1 jeden raz w 4-polowym zmianowaniu wykorzystanie azotu wynosi około 55%, natomiast coroczne nawoŝenie powoduje obniŝenie jego wykorzystanie do 25%. Następuje kumulacja zapasowych form azotu, w tym N min. powodującego zagroŝenie zanieczyszczenia wód glebowo-gruntowych. 2. NawoŜenie gnojowicą w dawkach przekraczających 50 t ha -1 przyczynia się do obniŝenia retencji wody dostępnej dla roślin w glebie o składzie granulometrycznym gleb średnich. Wpływa niekorzystnie na kwasowość hydrolityczną i narusza stosunki kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym gleb. 3. Nawozy naturalne stosowane w dawkach wysokich mogą prowadzić do wynaturzenia siedliska, polegającego na zanieczyszczeniu gleb i eutrofizacji wód glebowo-gruntowych. Literatura DECHNIK J., FILIPEK T., ŁABUDA S Wysycenie kompleksu sorpcyjnego gleby kationami w warunkach stosowania nadmierej ilości gnojowicy. Fragm. Agron. 2(18): GORLACH E., MAZUR T Chemia rolna. Wyd. Nauk. PWN: 346 ss.

6 148 T. Mazur, Z. Mazur KOWALIŃSKI S., DROZD J., LICZNAR M., STRĄCZYŃSKA S Zmiany niektórych właściwości fizykochemicznych i chemicznych gleby lekkiej nawoŝonej gnojowicą. Rocz. Glebozn. 36(3): MAZUR T Stosowanie gnojowicy a ochrona wód. Ochrona wód przed wpływem zanieczyszczeń obszarowych. Mat. Sem. IMUZ Falenty 42: MAZUR T RozwaŜania o degradacji gleb w wyniku nawoŝenia. Zesz. Probl. Post. Nauk. Rol. 418: MAZUR Z Kształtowanie właściwości fizycznych i fizykochemicznych gleb w róŝnych systemach wieloletniego nawoŝenia. Praca doktorska, UWM Olsztyn: 92 ss. MAZUR T., KWIATKOWSKA E The potentiality of water pollution with nitrogen compounds as a result of manuring with animal slurry and chicken dung. 5th International Symp. of CIEC. Sym. doc., vol. 2 scc 1., 1-4 Sept. Balatonfured, Hungary: MAZUR T., SĄDEJ W Formy związków azotowych, fosforowych i potasowych w gnojowicy bydlęcej i trzody chlewnej. Rocz. Glebozn. 29: MAZUR Z., ORZECHOWSKI M., SMÓLCZYŃSKI S Effects of various fertilization systems on water-air relations and some physical properties of grey-brown podsolic soil. Pol. J. of Soil Science. XXXVIII/2: STRĄCZYŃSKA S Wpływ nawoŝenia gnojowicą na sorpcyjne i chemiczne właściwości gleby piaszczystej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 418: USTAWA O nawozach i nawoŝeniu. Dz. U. Nr 89. Słowa kluczowe: obornik, gnojowica, nawoŝenie Streszczenie W pracy omówiono przyczyny i skutki corocznego nawoŝenia obornikiem, stosowania wysokich dawek gnojowicy i pomiotu kurzego. Wykazano, Ŝe w wyniku duŝego obciąŝenia gleb nawozami naturalnymi następuje eutrofizacja siedliska wskutek znacznego obniŝenia wykorzystania azotu przez rośliny uprawne. Wzrasta zawartość N min. w glebie, co moŝe powodować skaŝenie azotanami wód glebowo-gruntowych. NawoŜenie wysokimi dawkami gnojowicy wpływa niekorzystnie na retencję wody dostępnej dla roślin oraz na kwasowość hydrolityczną gleb. CAUSES OF SOIL ENVIRONMENT DEGRADATION ON LIVESTOCK BREEDING FARMS Teofil Mazur, Zbigniew Mazur Department of Environmental Chemistry, University of Warmia and Mazury, Olsztyn Key words: manure, slurry, fertilization Summary The causes and results for annual application of manure, high rates of slurry and

7 PRZYCZYNY DEGRADACJI ŚRODOWISKA GLEBOWEGO poultry dung are discussed in the paper. It was demonstrated that an excessive load of natural fertilizers is followed by a habitat eutrophication due to the considerably reduced nitrogen utilization by crops. An increase in the concentration of mineral nitrogen in the soil may cause the nitrate contamination of soil and ground water. Slurry applied at high rates has a negative effect on the retention of water available for plants and on hydrolytic acidity. Prof. dr hab. Teofil Mazur Katedra Chemii Środowiska Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Plac Łódzki OLSZTYN zbigniew.mazur@uwn.edu.pl