Zwiększenie efektywności surowców fosforytowych poprzez dodatek siarki. Część II **. Wpływ nawozów fosforytowo-siarkowych na środowisko

Transkrypt

1 Ewa Stanisławska-Glubiak a, *, Jolanta Korzeniowska a, Józef Hoffmann b, Katarzyna Kantek a a Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa-Państwowy Instytut Badawczy, Puławy; b Politechnika Wrocławska Zwiększenie efektywności surowców fosforytowych poprzez dodatek siarki. Część II **. Wpływ nawozów fosforytowo-siarkowych na środowisko Increasing efficiency of phosphate rock by sulfur addition. Part 2. The impact of phosphate-sulfur fertilizers on the environment **Cz. I. 1) W rolniczych doświadczeniach wegetacyjnych badano wpływ nawożenia mieszankami fosforytowo-siarkowymi (FS), sporządzonymi na bazie mielonego fosforytu z dodatkiem siarki, na zmiany odczynu gleby i zawartości w niej przyswajalnej dla roślin formy fosforu oraz przemieszczania się jonów fosforanowych i siarczanowych do wód. Mieszanki FS nie powodowały zmniejszenia wartości ph gleby, wzbogacając glebę w przyswajalny fosfor w drugim roku od ich zastosowania. Jednocześnie nie stanowiły zagrożenia dla środowiska glebowego i wodnego pod warunkiem, że stosunek fosforytu do siarki (F:S) nie był niższy niż 10:1. Fine and coarse phosphate rocks were compounded with elementary S and used as fertilizer in pot cultures of test plant to study the migration of P and S to soil and soil filtrates. The addn. of S did not result in any solubilization of phosphates. No risk to soil and aquatic environment was obsd. when the phosphate-s ratio was not lower than 10:1. Fosfor jest drugim, po azocie, składnikiem biogennym powodującym eutrofizację wód. Polska na mocy Konwencji Helsińskiej O ochronie środowiska morskiego Obszaru Morza Bałtyckiego jest zobowiązana do zastosowania wszelkich możliwych środków w celu zapobiegania eutrofizacji wód Bałtyku 2). Szacuje się, że udział Polski to aż 37% całego ładunku fosforu dopływającego do Morza Bałtyckiego 3). Fosfor jest wnoszony przez wody powierzchniowe, głównie ze źródeł obszarowych, które w większości utożsamiane są z rolnictwem. Zanieczyszczenia obszarowe spływające z pól uprawnych wraz z wodą powstają wskutek niepełnego wykorzystania składników mineralnych przez rośliny. Niewykorzystane składniki, które nie zostały pobrane przez uprawiane rośliny, migrują w głąb gleby lub bezpośrednio do wód drenarskich, a dalej do wód rowów melioracyjnych i innych cieków wodnych oraz rzek. W Polsce do nawożenia roślin uprawnych fosforem używane są głównie superfosfaty i nawozy wieloskładnikowe zawierające fosfor dobrze rozpuszczalny w wodzie, co stwarza niebezpieczeństwo zanieczyszczenia wód powierzchniowych fosforanami. Jednocześnie w związku ze wzrostem cen surowców fosforowych na światowym rynku i wynikającego stąd wzrostu Dr hab. Ewa STANISŁAWSKA-GLUBIAK w roku 1978 ukończyła studia na Wydziale Rolniczym Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Jest zatrudniona na stanowisku profesora nadzwyczajnego w Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, w Zakładzie Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu. Specjalność chemia rolna, ochrona środowiska i pierwiastki śladowe w żywieniu roślin. * Autor do korespondencji: Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa-Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, ul. Orzechowa 61, Wrocław, tel./fax: (71) , e.glubiak@iung.wroclaw.pl Dr hab. Jolanta KORZENIOWSKA w roku 1983 ukończyła studia na Wydziale Rolniczym Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Pracuje na stanowisku profesora nadzwyczajnego w Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa-PIB, w Zakładzie Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu. Specjalność chemia rolna, ochrona środowiska, pierwiastki śladowe w żywieniu roślin /5(2012)

2 kosztów produkcji nawozów fosforowych, niezbędne staje się poszukiwanie tańszych źródeł fosforu do celów nawozowych 4). Jednym z rozwiązań może być wykorzystywanie do nawożenia naturalnych mielonych fosforytów bez ich kosztownej przeróbki chemicznej. Zmielony fosforyt, który obecnie stosuje się w rolnictwie na małą skalę (głównie w gospodarstwach ekologicznych), zawierający nierozpuszczalny w wodzie fosforan triwapnia, stanowi mniejsze zagrożenie dla środowiska wodnego niż inne nawozy fosforowe, będąc jednocześnie źródłem fosforu o gorszej przyswajalności dla roślin. Możliwe jest zwiększenie dostępności tego pierwiastka z fosforytu poprzez różnego rodzaju zabiegi agrotechniczne, chemiczne oraz biologiczne. Jednym ze sposobów zwiększania skuteczności nawozowej surowców fosforytowych jest poddawanie ich częściowemu działaniu kwasów fosforowego lub siarkowego 5, 6). Fosforyty próbuje się uzdatniać również przy pomocy mikroorganizmów, głównie bakterii, które w różny sposób zwiększają ilość dostępnego dla roślin fosforu 7 10). Niektóre z nich rozkładają nierozpuszczalne formy tego pierwiastka w obecności siarki 11 13). Efektywność agronomiczną fosforytów można zwiększyć również poprzez domieszkę lub granulację z siarką. W niektórych przypadkach taki produkt może być zaszczepiony bakteriami utleniającymi siarkę, z rodzaju Thiobacillus spp. Idea stosowania mieszanek fosforytu z siarką polega na tym, że po ich wprowadzeniu do gleby zaszczepione bądź rodzime bakterie utleniają siarkę do kwasu siarkowego, który reaguje z cząstkami fosforytu znajdującymi się w dużej bliskości. W wyniku tego procesu powstają fosforany mono- i diwapniowe. Rozpuszczalność fosforytu w glebie jest wspomagana przez zakwaszenie gleby, do której wprowadzono produkt. Szczepienie gleby bakteriami z rodzaju Thiobacillus spp. nie jest konieczne, ponieważ znajdują się one w glebie z natury, ale znacznie przyśpiesza proces ich namnażania i rozpuszczania fosforytu. Produkcja nawozu na bazie nieprzetworzonego chemicznie fosforytu wiąże się nie tylko z ochroną środowiska ze względu na przypuszczalnie mniejszą migrację fosforanów do wód oraz bezodpadową technologię produkcji, ale również ze zmniejszeniem kosztów wytwarzania fosforu w nawozach. Jednak ogólna ocena ekonomiczna nawozu musi uwzględniać również jego efektywność plonotwórczą. Do niedawna siarka była pierwiastkiem występującym w glebie w nadmiarze. Obecnie, w wyniku ograniczenia zużycia nawozów naturalnych i stosowania skoncentrowanych nawozów mineralnych, bez tzw. balastu, oraz ograniczenia emisji siarki do atmosfery, coraz częściej mamy do czynienia z pogłębiającym się deficytem siarki w glebie. Jest on szczególnie dotkliwy dla roślin siarkolubnych, do których należy tak ważny gospodarczo gatunek, jak rzepak. W wielu przypadkach koniecznością staje się nawożenie roślin uprawnych siarką. Dotychczas źródłem tego pierwiastka dla roślin był siarczan amonu, superfosfat pojedynczy, zawierający w swym składzie ok. 12% S, oraz siarczan potasu. Nawozy te obecnie stanowią niewielki udział w puli produkowanych nawozów mineralnych, co skłania do poszukiwania alternatywnych źródeł tego pierwiastka dla roślin. Mieszanki fosforytowo-siarkowe z pewnością można traktować nie tylko jako nawozy fosforowe, ale również jako nawozy dostarczające roślinom siarki. Pierwiastek ten występuje w glebie głównie w postaci związków organicznych, ale pobierany jest przez rośliny w formie siarczanowej, która stanowi zaledwie kilka procent siarki ogólnej. W latach w Stacji Doświadczalnej IUNG-PIB Jelcz- Laskowice przeprowadzono doświadczenia rolnicze, których celem była ocena wpływu dodatku siarki elementarnej do mielonego fosforytu na środowisko glebowe oraz migrację jonów fosforanowych i siarczanowych do wód. Część doświadczalna Materiały Testowano działanie 6 wariantów mieszanek fosforytowo-siarkowych (FS) sporządzonych na bazie fosforytu Maroko II (F) o dwóch stopniach uziarnienia (F1 i F2) oraz mielonej siarki elementarnej (tabele 1 i 2). Testowano 3 dodatki siarki S1, S2 i S3, określone stosunkiem F:S 14:1, 10:1 i 7:1. Skład chemiczny mieszanek przedstawiono w tabeli 3. Tabela 1. Skład chemiczny fosforytu Maroko II Table 1. Chemical composition of Morocco II phosphate Składnik Zawartość, % mas. ogólny (w kwasach mineralnych) 30,79 w 2-proc. kwasie mrówkowym 22,82 w cytrynianie amonu o ph 7,0 13,24 w 2-proc. kwasie cytrynowym 6,62 CaO 49,2 MgO 0,35 F 3,9 Składnik Zawartość, mg/kg Cu 27 Mn 10 Zn 320 Pb 3,2 Cd 24 As 9,2 Hg 0,047 Tabela 2. Analiza sitowa fosforytu użytego do badań Table 2. Sieve analysis of phosphate rock used in the study Fosforyt mielony Przesiew przez sito, % mas. 0,160 mm 0,125 mm 0,063 mm Drobny (F1) 99,5 95,3 81,6 Gruby (F2) 81,9 75,2 45,3 Tabela 3. Skład chemiczny testowanych mieszanek fosforytowo-siarkowych, % mas Table 3. The chemical composition of the tested phosphate-sulfur fertilizers, by mass Symbol mieszanki S CaO F1S1 28,6 7,19 45,7 F1S2 27,7 9,99 44,3 F1S3 26,4 14,2 42,2 F2S1 28,6 7,19 45,7 F2S2 27,7 9,99 44,3 F2S3 26,4 14,2 42,2 Dr hab. inż. Józef HOFFMANN, prof. PWr, w roku 1978 ukończył studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. Pracuje w Instytucie Technologii Nieorganicznej i Nawozów Mineralnych Politechniki Wrocławskiej. Od roku 2002 pełni funkcję dyrektora instytutu. Specjalność technologia chemiczna nieorganiczna. Mgr Katarzyna KANTEK w roku 2010 ukończyła studia magisterskie na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu. Obecnie jest doktorantką w Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa-PIB, w Zakładzie Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu. Specjalność ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych oraz pierwiastki śladowe w żywieniu roślin. 91/5(2012) 1001

3 Metodyka badań Przeprowadzono dwa dwuletnie doświadczenia wazonowe, różniące się gatunkami uprawianych roślin. Schemat doświadczeń obejmował 11 obiektów w 4 powtórzeniach (tabela 4). Tabela 4. Badane obiekty doświadczalne Table 4. Treatments of experiments Symbol Obiekt K kontrola (bez P i bez S) Wzb superfosfat wzbogacony S1 siarka elementarna w dawce równoważnej do obiektu F1S1 i F2S1 (bez P) F1 fosforyt drobno mielony (bez S) F1S1 F1:S = 14:1 F1S2 F1:S = 10:1 F1S3 F1:S = 7:1 F2 fosforyt grubo mielony (bez S) F2S1 F2:S = 14:1 F2S2 F2:S = 10:1 F2S3 F2:S = 7:1 Doświadczenia przeprowadzono w plastikowych wazonach typu Wagnera wypełnionych glebą lekką (9 kg), o składzie granulometrycznym piasku gliniastego, małej zawartości węgla organicznego oraz odczynie lekko kwaśnym (tabela 5). Roślinami testowymi były: owies, łubin żółty, kukurydza, gorczyca i żyto na zieloną masę. Badane nawozy stosowano jedynie w pierwszym roku, w ilości przewidzianej na 2 lata, spodziewając się następczego efektu nawozowego w drugim roku. Na wszystkie obiekty z wyjątkiem kontroli (K) zastosowano taką samą przedsiewną dawkę fosforu (100 mg P/kg gleby). Siarka, podobnie jak fosfor, była stosowana w formie badanych nawozów, wg schematu doświadczenia, z wyjątkiem obiektu S1, gdzie zastosowano ją w formie zmielonej siarki elementarnej (tabela 6). W obu latach badań podczas wegetacji roślin testowych 3-krotnie, w odstępach 2-miesięcznych, pobierano próbki przesączy glebowych (odcieków) z drenów, w które zaopatrzone były wazony, za pomocą ręcznego zestawu podciśnieniowego. W całym okresie wegetacji rośliny były podlewane wodą dejonizowaną. Wilgotność gleby Tabela 5. Charakterystyka gleby użytej do doświadczeń Table 5. Characteristics of the soil used for experiments ph KCl C org, g/kg Zawartość frakcji granulometrycznych, % Zawartość, mg/kg 2,0 0,05 0,05 0,002 <0,002 P K Mg SO 4 Cu Mn Zn 5,7 5, ,0 24,9 17,0 44,9 3,0 75,0 4,0 Tabela 6. Dawki siarki wniesione do gleby wraz z nawozami fosforowymi Table 6. Doses of sulfur brought into the soil along with phosphorus fertilizers Nawóz Masa nawozu, g/wazon S, g/wazon S, g/kg s.m. Wzb 5,03 0,10 0,01 S1 0,51 0,51 0,06 F1S1, F2S1 7,06 0,51 0,06 F1S2, F2S2 7,28 0,73 0,08 F1S3, F2S3 7,64 1,08 0,12 utrzymywano na stałym poziomie 60% polowej pojemności wodnej, a przed pobraniem odcieków stosowano zwiększone dawki wody, symulując intensywny opad deszczu (każdorazowo 300 ml/wazon, 60 mm słupa wody). W ramach jednego obiektu z każdego powtórzenia pobierano po 20 ml przesączu, uzyskując w ten sposób próbkę średnią obiektową. Objętość przesączy glebowych uzyskiwanych z każdego wazonu nie była taka sama, ponieważ zależała m.in. od masy korzeniowej, a także masy części nadziemnej roślin, co wiązało się ze zróżnicowaniem współczynnika transpiracji wody. Z tego powodu nie mierzono precyzyjnie ubytku fosforu i siarki z gleby, a w próbkach przesączy oznaczano jedynie stężenie jonów fosforanowych i siarczanowych. Metodyka oznaczenia jonów PO 4 3- w przesączach glebowych polegała na zadaniu próbek detergentem oraz kwaśnym roztworem zawierającym jony Mo i Sb. Otrzymany kompleks fosforo-antymonylo-molibdenowy, po zredukowaniu kwasem askorbinowym do błękitu molibdenowego, oznaczono spektrofotometrycznie (PN-EN ISO ). Zawartość jonów SO 4 2- w przesączach oznaczano metodą nefelometryczną z chlorkiem baru (PB 06 ed ). Do analiz chemicznych pobrano średnią próbkę gleby przed założeniem doświadczeń (wiosna 2010 r.) oraz średnie obiektowe próbki gleby po zakończeniu sezonu wegetacyjnego (jesień 2010 r. i jesień 2011 r.). W próbkach gleb oznaczono skład granulometryczny metodą Casagrande a w modyfikacji Prószyńskiego, węgiel organiczny metodą Tiurina, ph potencjometrycznie w 1 M roztworze KCl, P i K metodą Engera i Riehma, Mg metodą Schachtschabela oraz S-SO 4 metodą spektometrii emisji plazmowej po ekstrakcji octanem amonu (PB Wyd ). Wyniki analiz poddano analizie wariancji dla doświadczeń jednoczynnikowych. W ocenie różnic między obiektami posługiwano się testem Tukeya (α < 0,05). Obliczenia statystyczne wykonywano, wykorzystując programy Statistica 6.0 PL oraz AWAR 14). Omówienie wyników Zmiany wartości ph gleby Jednym z podstawowych czynników glebowych mających wpływ na rozpuszczalność fosforytu jest odczyn gleby. Proces rozkładu fosforytu zachodzi lepiej na glebach kwaśnych 15). Gleba użyta do doświadczeń w 2010 r. na początku wegetacji wykazywała odczyn lekko kwaśny, ph 5,7 (tabela 5). Po zbiorze roślin testowych w 2010 r. wartości ph gleby na wszystkich obiektach wahały się w granicach 5,0 5,3 (tabela 7). Mieszanki FS w stosunku do obiektów z samym fosforytem obniżały ph w nieznacznym stopniu i zależnie od wielkości dodatku siarki. Jedynie w przypadku mieszanek FS2 i FS3 obserwowano zmianę ph o 0,2 0,3 jednostki. Dopiero mieszanki z największym udziałem siarki (FS3) obniżały ph gleby w takim samym stopniu jak siarka elementarna (S1) zastosowana w ilości równoważnej do obiektów FS1. Przyczyną była zapewne duża zawartość wapnia w tych mieszankach (tabela 3), co wpływało stabilizująco na odczyn gleby. W 2011 r., w którym nie stosowano ponownego nawożenia fosforem, wiosną, przed siewem roślin stwierdzono niewielkie obniżenie ph w stosunku do jesieni 2010 r. (tabela 7). Wartości ph wahały się w granicach 4,8 5,2, przy czym w okresie jesień 2010/wiosna 2011 ph gleby obiektów nawożonych mieszankami fosforytowo-siarkowymi było bardziej stabilne niż ph gleby obiektów z samym fosforytem, a także superfosfatem wzbogaconym. Po zakończeniu sezonu wegetacyjnego w 2011 r. stwierdzono dalsze obniżenie się ph gleby, do 4,2 4,3, a więc odczyn jej był wyrównany na wszystkich obiektach nawozowych. Nawożenie mieszankami FS, niezależnie od stopnia uziarnienia fosforytu oraz wielkości dodatku siarki, nie powodowało więc zmian ph gleby w stopniu większym niż w przypadku mielonego fosforytu bez dodatku siarki, a także superfosfatu wzbogaconego /5(2012)

4 Tabela 7. Zmiany wartości ph gleby w okresie wegetacji roślin Table 7. Changes in soil ph in the growing season of plants Nawóz 2010 r r. po zbiorze przed siewem po zbiorze K 5,2 4,8 4,3 Wzb 5,2 5,0 4,3 S 1 5,0 5,1 4,2 F1 5,3 4,9 4,3 F1S1 5,3 5,2 4,2 F1S2 5,1 5,0 4,2 F1S3 5,0 5,0 4,2 F2 5,3 4,9 4,2 F2S1 5,2 5,1 4,2 F2S2 5,1 5,2 4,2 F2S3 5,0 4,8 4,2 Zawartość przyswajalnego fosforu w glebie Po zakończeniu sezonu wegetacyjnego w 2010 r. stwierdzono, że nawożenie fosforem gleby ubogiej w ten składnik (tabela 5) spowodowało wzrost zawartości w niej fosforu z 20 do ponad 50 mg P/kg na obiekcie nawożonym superfosfatem wzbogaconym oraz średnio do 47 mg P/kg w przypadku zastosowania mieszanek FS z drobno mielonego fosforytu (rys. 1). Nawożenie mieszankami z udziałem grubo mielonego fosforytu spowodowało wzrost zawartości przyswajalnego fosforu w glebie jedynie do ok. 30 mg P/kg. Świadczy to o znacznie wolniejszym procesie uwalniania fosforu do roztworu glebowego z fosforytu o grubszym uziarnieniu. Badania innych autorów wykazały, że zwiększenie agrochemicznej skuteczności mączki fosforytowej, jak również jej mieszanek z siarką, wiąże się ze wzrostem jakości surowca fosforytowego oraz wzrostem stopnia jego przemiału 16). Ponadto uważa się, że wzrost dodatku siarki powoduje zwiększenie rozpuszczalności związków fosforu, a tym samym efektywności nawozowej tych mieszanek 17). Jednak w przeprowadzonych badaniach w pierwszym roku po zastosowaniu mieszanek dodatki siarki, niezależnie od stopnia przemiału fosforytu, nie powodowały wzrostu zawartości przyswajalnego fosforu w glebie w porównaniu z obiektami z samym fosforytem (bez S). Analiza gleby po zbiorze roślin w 2011 r. wykazała na wszystkich obiektach zmniejszoną zawartość fosforu w porównaniu z jego zawartością w roku poprzednim (rys. 1). Najprawdopodobniej było to wynikiem stopniowego wyczerpywania się zasobów tego składnika z gleby wskutek pobierania go przez rośliny. Największą zawartość fosforu stwierdzono, podobnie jak w 2010 r., w glebie obiektu z superfosfatem wzbogaconym (32 mg P/kg). W glebach nawożonych mieszankami fosforytowo-siarkowymi różnica w zawartości fosforu między glebami nawożonymi FS na bazie drobno i grubo mielonego fosforytu nie była już tak znacząca jak w pierwszym roku po zastosowaniu nawozu. Zawartość ta wynosiła średnio 26 i 22 mg P/kg. Niemniej jednak, w przeciwieństwie do roku poprzedniego, obserwowano tendencję zwiększonej zawartości przyswajalnego fosforu w glebie wskutek dodatków siarki do fosforytu. Nawożenie mieszankami, niezależnie od stopnia przemiału fosforytu, spowodowało wzrost zawartości fosforu o 6 12 % w stosunku do obiektów z samym fosforytem. Zawartość siarki siarczanowej w glebie Do badań wybrano glebę o dużej zawartości siarki siarczanowej w celu wyeliminowania ewentualnego efektu nawozowego siarki zawartej w mieszankach i możliwości oceny wyłącznie plonotwórczego działania P uwalnianego do gleby w wyniku działania siarki na fosforyt. Jednak obserwowano, czy i w jakim stopniu następuje wzbogacenie gleby w siarkę po zastosowaniu mieszanek fosforytowo-siarkowych. Po zbiorze roślin testowych w 2010 r. w glebie obiektów, do których wprowadzono siarkę zwiększyła się zawartość S-SO 4 w stosunku do wartości wyjściowej (45 mg/kg; tabela 5, rys. 2). O ile nawożenie Rys. 1. Średnia zawartość przyswajalnych form fosforu w glebie po zbiorze roślin testowych Fig. 1. Average content of available forms of phosphorus in the soil after harvest of the tested plants Zawartość S-SO 4, mg/kg Rys. 2. Średnia zawartość siarki siarczanowej w glebie Fig. 2. Average sulfate sulfur content in the soil 91/5(2012) 1003

5 superfosfatem wzbogaconym spowodowało wzrost zawartości S-SO 4 do ok. 70 mg/kg, to w wyniku nawożenia mieszankami na bazie drobno mielonego fosforytu nastąpił wzrost w granicach mg/kg, odpowiednio do zwiększającego się procentowego udziału siarki w mieszance. W stosunku do obiektu z samym drobno mielonym fosforytem (bez siarki), który należy potraktować tu jako obiekt kontrolny, wzrost ten kształtował się w granicach %. Mieszanki na bazie grubo mielonego fosforytu jedynie z dodatkiem siarki S2 i S3 powodowały wzrost zasobności gleby w ten pierwiastek do odpowiednio 60 i 160 mg S-SO 4 /kg, czyli 70 i 350% w stosunku do obiektu z grubo mielonym fosforytem bez siarki. Po upływie dwóch sezonów wegetacyjnych od momentu zastosowania nawożenia stwierdzono większą zawartość siarki w glebach z obiektów kontrolnych z samymi fosforytami, co mogło być wynikiem zwiększenia tempa mineralizacji siarki organicznej zawartej w glebie (rys. 2). W odniesieniu do tych obiektów stwierdzono o ok. 40% większą zawartość S-SO 4 w wyniku nawożenia mieszankami drobno mielonego fosforytu z udziałem siarki S2 i S3. Mieszanki grubo mielonego fosforytu spowodowały wzrost zawartości tego pierwiastka do 90% w stosunku do kontroli. Stężenie fosforanów w przesączach glebowych Intensywność zabiegów nawożenia wykonywana na polach produkcyjnych, jak i rodzaj stosowanych nawozów, wpływa na skład chemiczny wody glebowej, która przenikając w głąb, zasilana głównie przez opady atmosferyczne, przenosi składniki mineralne do wód powierzchniowych i głębinowych, a dalej do różnego rodzaju cieków wodnych. Fosfor, obok azotu, jest bardzo ważnym składnikiem, którego zawartość w wodach powinna być kontrolowana. Nadmierne stężenie fosforanów powoduje bowiem eutrofizację wód. Jako graniczną dla procesu eutrofizacji przyjmuje się wartość 0,7 mg PO 4 /dm 3 (wg 18) ). Symulując trzykrotne w ciągu roku opady deszczu, prowadzono kontrolę stężenia fosforanów w przesączach glebowych na poszczególnych obiektach nawozowych. W warunkach naturalnych zawartość składników mineralnych w wodach na każdym kolejnym etapie migracji ulega rozcieńczeniu. Dlatego też uzyskanych wyników nie można odnosić do jakichkolwiek norm dotyczących np. wód powierzchniowych. Niemniej wyniki te mogą służyć do porównania badanych obiektów nawozowych pod względem potencjalnego zagrożenia nadmiernym przenikaniem jonów fosforanowych do wód. W okresie wegetacji 2010 r. stężenie fosforanów w przesączach glebowych, wyliczone jako średnie z dwóch doświadczeń i trzech terminów pobierania odcieków, kształtowało się na poziomie 4,0 4,6 mg PO 4 /dm 3 (rys. 3). Nie stwierdzono statystycznie udowodnionych różnic w stężeniu jonów fosforanowych między przesączami z obiektów nawożonych mieszankami FS a przesączami z obiektów porównawczych z samym fosforytem, F1 i F2, a także z superfosfatem wzbogaconym. W 2011 r. średnie stężenie jonów fosforanowych kształtowało się na nieco wyższym poziomie niż w 2010 r. i wynosiło 5,4 6,9 mg PO 4 /dm 3. Fakt ten należy wiązać z postępującym ogólnym zakwaszeniem gleby w stosunku do jej wyjściowego odczynu, co sprzyjało rozpuszczaniu się związków fosforu znajdujących się w glebie. Stwierdzono nieco większe zróżnicowanie stężenia fosforanów między obiektami niż w roku poprzednim. Najwięcej fosforanów przedostało się do wody przesiąkającej w głąb profilu glebowego z obiektów, na których stosowano mieszanki z największym udziałem siarki, zarówno na bazie drobno, jak i grubo mielonego fosforytu, co zostało udowodnione statystycznie. Na pozostałych obiektach przesącze glebowe charakteryzowały się podobnym stężeniem fosforanów. Stężenie siarczanów w przesączach glebowych Z punktu widzenia eutrofizacji wód siarczany nie stanowią zagrożenia, jak w przypadku jonów fosforanowych. Niemniej jednak mogą Rys. 3. Średnie stężenie jonów fosforanowych w przesączach glebowych. Jednakowe litery oznaczają brak istotnych różnic wg testu Tukeya (P < 0,05) Fig. 3. Average concentration of phosphate ions in soil filtrates. Identical letters indicate no significant difference according to Tukey test (P < 0.05) one powodować wzrost zasolenia wód podziemnych, co przekłada się na jakość wody pitnej. Zbyt duża zawartość siarczanów w wodzie powoduje pogorszenie jej walorów smakowych, a nawet zaburzenia funkcjonowania przewodu pokarmowego. Polskie uregulowania prawne wyodrębniają klasy jakości wód powierzchniowych na podstawie różnych wskaźników fizykochemicznych i biologicznych, m.in. stężenia jonów siarczanowych 19). Największa dopuszczalna zawartość siarczanów w ściekach wprowadzanych do wód lub do ziemi wynosi 500 mg SO 4 /dm 3 (wg 20) ). W 2010 r. stężenia siarczanów w przesączach glebowych były ogólnie nieco wyższe niż w 2011 r. (rys. 4). Istotne różnice tych stężeń stwierdzono tylko między niektórymi mieszankami FS a superfosfatem wzbogaconym. Na obiektach, na których stosowano mieszanki z najwyższym udziałem siarki (FS3), niezależnie od stopnia przemiału fosforytu, stężenie siarczanów w przesączach było dwukrotnie większe niż w przypadku superfosfatu wzbogaconego. Jeśli traktować przesącze glebowe podobnie jak ścieki, które dostają się do wód, to chociaż w żadnym przypadku wartość dopuszczalnego stężenia siarczanów nie została przekroczona, to w przesączach z obiektów z mieszankami o największym udziale siarki zawartość siarczanów była bliska tej granicy. W 2011 r. istotna różnica wystąpiła wyłącznie między stężeniem jonów siarczanowych w odcieku pobranym z obiektu nawożonego samym fosforytem a ich stężeniem w odcieku z obiektu F1S3, w którym stwierdzono o 50% większe stężenie siarczanów niż w odcieku z obiektu F1. Jednocześnie było ono porównywalne ze stwierdzonym w odcieku z obiektu z superfosfatem wzbogaconym. Podsumowanie W pierwszym roku po nawożeniu mieszankami fosforytowosiarkowymi stwierdzono, że dodatki siarki do fosforytu, niezależnie /5(2012)

6 Stężenie SO 4, mg/dcm 3 Stężenie SO 4, mg/dcm 3 Stężenie SO 4, mg/dcm 3 Rys. 4. Średnie stężenie jonów siarczanowych w przesączach glebowych. Jednakowe litery oznaczają brak istotnych różnic wg testu Tukeya (P < 0,05) Fig. 4. Average concentration of sulfate ions in soil filtrates. Identical letters indicate no significant difference according to Tukey test (P<0.05) mielonego fosforytu zmniejszyła się znacznie w porównaniu z 2010 r., co świadczy o spowolnionym uwalnianiu się fosforu z naturalnego surowca o grubszym uziarnieniu w stosunku do drobniej mielonego. W przeciwieństwie do pierwszego roku badań wystąpiło zróżnicowanie w stężeniu jonów fosforanowych w przesączach glebowych, przy ogólnie wyższym poziomie ich zawartości niż w 2010 r. Najwięcej fosforanów w wodzie przesiąkającej w głąb profilu glebowego stwierdzono w przypadkach stosowania mieszanki z największym udziałem siarki. Dodatki siarki do fosforytu spowodowały zwiększenie zawartości S-SO4 w glebie, jednak w mniejszym stopniu niż w pierwszym roku. Największy wzrost wystąpił po zastosowaniu mieszanki F2S3. Zawartość siarczanów w przesączach glebowych była ogólnie niższa niż w 2010 r., przy czym nie udowodniono różnic między obiektami FS a fosforytem, z wyjątkiem przypadku mieszanki F1S3, gdzie stwierdzono istotnie wyższe stężenie jonów siarczanowych w przesączu. Mieszanki fosforytowo-siarkowe nie stanowiły zatem zagrożenia dla środowiska glebowego i wodnego pod warunkiem, że stosunek fosforytu do siarki (F:S) nie był mniejszy niż 10:1. Wzbogacenie gleby w przyswajalny fosfor, uwolniony w wyniku działania siarki na fosforyt, następowało dopiero w drugim roku po zastosowaniu mieszanek FS. Jednocześnie więcej tego pierwiastka dostarczyły mieszanki sporządzone na bazie fosforytu o drobniejszym uziarnieniu. Praca wykonana w ramach projektu badawczego własnego Nr NN : Opracowanie koncepcji bezpiecznego dla środowiska nawozu fosforowego w oparciu o modelowe badania nad przemieszczaniem fosforanów do wód, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Otrzymano: od stopnia jego przemiału, w niewielkim stopniu obniżały odczyn gleby, z wyjątkiem mieszanki z najmniejszym udziałem siarki (S1), której zastosowanie nie spowodowało żadnych zmian ph gleby. Nie stwierdzono również wzrostu zawartości przyswajalnej formy fosforu w glebie pod wpływem dodatków siarki do fosforytu, choć generalnie większe ilości tego pierwiastka zostały uwolnione do gleby z mieszanek sporządzonych na bazie fosforytu drobno mielonego. Jednocześnie nie wykazano różnic w stężeniu jonów fosforanowych w przesączach glebowych z obiektów z mieszankami FS i przesączach z obiektów z mielonym fosforytem oraz superfosfatem wzbogaconym. Zwiększyła się natomiast dość znacznie zawartość siarki siarczanowej w glebie z mieszankami FS, odpowiednio do udziału S w mieszance z fosforytem. W największym stopniu zwiększyła się zawartość S-SO 4 w glebie w wyniku zastosowania dodatku siarki S3, szczególnie do grubo mielonego fosforytu. Stężenie jonów siarczanowych było istotnie podwyższone w przesączach glebowych z obiektów nawożonych mieszankami FS3, niezależnie od stopnia uziarnienia fosforytu, ale w odniesieniu do superfosfatu wzbogaconego, a nie do obiektów z samym fosforytem. W drugim sezonie wegetacyjnym dodatki siarki do fosforytu, niezależnie od stopnia jego przemiału, nie spowodowały zakwaszenia gleby, natomiast wpłynęły na nieznaczny wzrost zawartości przyswajalnego fosforu w glebie, co może świadczyć o mikrobiologicznym charakterze przemian fosforytu w obecności siarki, a nie o zwiększeniu dostępności fosforu w konsekwencji jej zakwaszającego działania na glebę. Jednak nie można jednoznacznie wskazać, jaki dodatek siarki był tutaj najbardziej skuteczny. Można jedynie zaobserwować, że różnica w zawartości fosforu w glebie nawożonej mieszankami z udziałem drobno i grubo 91/5(2012) LITERATURA 1. J. Hoffmann, J. Korzeniowska, E. Stanisławska-Glubiak, K. Hoffmann, Przem. Chem. 2012, 91, 5, Dz.U. Nr 28, poz. 347, 2000 r. 3. J. Igras, M. Pastuszak, Udział Polskiego rolnictwa w emisji związków azotu i fosforu do Bałtyku, IUNG-PIB, Puławy 2009 r. 4. J. Korzeniowska, E. Stanisławska-Glubiak, Post. Nauk Rol. 2011, 3, I. Haque, N.Z. Lupwayi, H. Ssali, Eur. J. Agron. 1999, 10, S.S.S. Rajan, A. Ghani, Nutr. Cycl. Agroecosyst. 1997, 48, A.H. Babana, H. Antoun, Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2005, 72, Y.P. Chen, P.D. Rekha, A.B Arun, F.T. Shen, W.A. Lai, C.C. Young, Appl. Soil Ecol. 2006, 34, H. Rodriguez, R. Fraga, Biotechnol. Adv. 1999, 17, A.E. Richardson, R.J. Simpson, Plant Physiol. 2011, 156, S.S.S. Rajan, N.Z. J. Ag. Res. 1982, 25, M.M. Aria, A. Lakzian, G.H. Haghnia, A.R. Berenji, H. Besharati, A. Fotovat, Bioresour. Technol. 2010, 101, A. Ghani, S.S.S. Rajan, A. Lee, Soil Biol. Biochem. 1994, 26, nr 1, K. Filipiak, S. Wilkos, Obliczenia statystyczne. Opis systemu AWAR, Wyd. IUNG, Puławy 1995 r. 15. J.S. Robinson, J.K.Syers, N.S. Bolan, J. Soil Sci. 1992, 43, J.H. Watkinson, Fert. Res. 1994, 39, J. Evans, A. Price, Nutr. Cycl. Agroecosys. 2009, 84, Dz.U. Nr 241, poz. 2093, 2002 r. 19. Dz.U. Nr 32, poz. 284, 2004 r. 20. Dz.U. Nr 27, poz.169, 2009 r. 1005