WPŁYW CZYNNIKÓW ANTROPOGENICZNYCH NA WYMYWANIE POTASU Z GLEBY Daniel Milczarek Koło Naukowe Chemii Rolnej Wydział Rolniczy, Akademia Techniczno Rolnicza w Bydgoszczy Opiekun naukowy dr inż. Barbara Murawska, Opiekun Koła dr inż. Barbara Murawska 1. STRESZCZENIE Celem pracy było określenie na ile w kontrolowanych warunkach odczyn zastosowanego roztworu (symulowany kwaśny deszcz ) oraz nawożenie potasowe, azotowe, azotowo-potasowe i azotowo-fosforowe łącznie, wpływają na proces wymywania z badanej gleby. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że wymywanie jonów potasowych na ogół istotnie zależało od odczynu roztworu wodnego (ph 6,9;,5) stosowanego do ich wymywania. Przemywanie gleb symulowanym kwaśnym opadem spowodowało średnio o 1% większe wymycie jonów potasowych w porównaniu z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną. Wymywanie jonów potasowych zależało również od zastosowanego nawożenia mineralnego. Najwięcej jonów potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku, a najmniej po dodaniu azotanu(v) amonu, po łącznym dodaniu i azotu najwięcej w wariancie z saletrą amonową. Badania modelowolaboratoryjne wykazały pośrednio, że straty jonów potasowych na drodze wymywania mogą wpływać na zubożenie gleby w składniki zasadotwórcze, a tym samym na degradację środowiska. Z ekologicznego punktu widzenia mają one wpływ na równowagę jonów eutroficznych, a tym samym na skażenie wód gruntowych. 2. WSTĘP Potas wprowadzony do gleby w formie nawozów potasowych wykorzystywany jest w 6-7% przez rośliny, a znaczna jego część ulega uwstecznieniu bądź stratom w wyniku wymywania w głąb profilu glebowego. Straty w wyniku wymywania stanowią ważny problem ze względu na możliwość zanieczyszczania wód gruntowych i powierzchniowych. Z danych literaturowych wynika, że intensywność wymywania jest wypadkową wpływu wielu czynników przyrodniczych i antropogenicznych, m. in.: ilości opadów atmosferycznych, gatunku gleby, uziarnienia, pojemności kompleksu sorpcyjnego, zmianowania roślin i rodzaju stosowanego nawożenia. Badania wykazały, że straty w przeliczeniu na hektar mogą wahać się od 5 do 3 kgk rok -1. Zestawione przez Gorlacha (1992) wyniki badań wskazują, że ilość, który
może zostać wymyty poniżej strefy korzeniowej roślin mieści się w granicach od 1 do 63 kgk2o rok -1, natomiast według Czuby (1995) straty te wahają się od 16,6 do 1,5 kgk rok -1. Według Pondela i Terelaka (196) roczne straty mieszczą się w zakresie od,2 aż do 29 kgk ha -1 rok -1. Ważną rolę w zabezpieczeniu gleby przed stratami tego składnika na drodze wymywania odgrywa rodzaj gleby oraz pojemność kompleksu sorpcyjnego, czego potwierdzeniem są badania licznych autorów (Sykut 1979, Mazur 1977, Ruszkowska 19, Pondel 1991, Murawska 1997, Spychaj-Fabisiak 199). Straty składników nawozowych na drodze wymywania oprócz negatywnych skutków dla środowiska, mają także aspekt ekonomiczny, który obecnie ma duże znaczenie ze względu na wysokie koszty nawożenia mineralnego. Mając na uwadze fakt wstąpienia Polski do krajów Unii Europejskiej z dniem 1.V.2r. sprawą ważną są badania prowadzone na temat zminimalizowania niekorzystnego oddziaływania czynników antropogenicznych na środowisko. Poziom strat jest ważnym czynnikiem wpływającym na pobieranie tego składnika z gleby przez rośliny oraz na efektywność nawożenia potasem. Należy przypuszczać, że o potencjalnych możliwościach strat decydują specyficzne właściwości fizykochemiczne poszczególnych typów gleb oraz czynniki antropogeniczne, a także termin stosowania nawożenia mineralnego.. Wielkość tych strat bada się w specjalnie opracowanych modelowych badaniach laboratoryjnych. Celem pracy było określenie na ile w kontrolowanych warunkach odczyn zastosowanego roztworu (symulowany kwaśny deszcz ) oraz nawożenie potasowe, azotowe, azotowo-potasowe i azotowo-fosforowe łącznie, wpływają na proces wymywania z badanej gleby. 3. METODYKA BADAŃ Doświadczenie laboratoryjne prowadzono w oparciu o próbkę gleby,którą pobrano z regionu Pomorza i Kujaw. Materiał glebowy poddano podstawowej analizie chemicznej. Doświadczenie prowadzono przy zastosowaniu cylindrów z PCV, długości 5 cm i średnicy cm z lejkowatym zwężeniem na dole i wkładką przepuszczalną dla wody i symulowanego kwaśnego deszczu. Cylindry napełniono glebą, następnie z wkraplacza wprowadzono wodę redestylowaną (ph=6,9) lub symulowany kwaśny deszcz (ph=,5) początkowo bardzo wolno, aż do pełnego nawilżenia gleby. Dodatek soli wprowadzano na głębokość około 5 cm w postaci 5 cm 3 roztworów KCL, (NH) 2 SO, NHNO3, NHNO3, NHH2PO, (NH) 2 SO+KCL, NHNO3+KCL, NHH2PO+ KCL: W uzyskanych przesączach oznaczono zawartość, a wyniki w mg K/dm 3 przedstawiono w tabeli 2.
Warianty doświadczeń Wypełnienie kolumn glebą Przemywanie bez N bez K +N +K +NK +NP. +NPK wodą redestylowana (ph=6,9) 1 2 3 5 6 7 symulowanym kwaśnym opadem (ph=,5) 9 1 11 12 13 1. OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW Straty składników pokarmowych powstające w wyniku wymywania z gleb należy obecnie rozpatrywać nie tylko z punktu widzenia ekonomii produkcji rolnej, ale także w aspekcie ekologicznym skutków tego zjawiska. W związku z narastającym problemem zanieczyszczenia wód destrukcji gleby, aspekt drugi staje się coraz bardziej znaczący. Przemieszczanie się związków chemicznych z wodą infiltrującą w głąb gleby lub z wodą spływów powierzchniowych, zależy od wielu czynników, co utrudnia prawidłowe śledzenie tego procesu. W związku z tym zdania dotyczące oceny wpływu składników nawozowych na zanieczyszczenie środowiska (głównie wód) na drodze wymywania są podzielone [Kostuch191, Pondel 199]. Z badań literaturowych wynika, że intensywność wymywania K, uzależniona jest od szeregu czynników, takich jak skład mechaniczny, typ gleby, kwasowość, poziom i forma nawożenia oraz wysokość opadów [Dechnik i in. 1991, Spychaj-Fabisiak i Murawska 199, Kaczor 1997]. Podkreśla się również, że kwaśne opady powodują niekorzystne zmiany w środowisku glebowym. Przenikanie kwasów z atmosfery wpływa na procesy chemiczne i biologiczne zachodzące w glebie przyczyniając się do ich strat na drodze wymywania. Rys.1 Wpływ symulowanego kwaśnego opadu i dodatku soli azotowych na mg K*dm -3 wymywanie z gleby jonów potasowych ph,5 12 ph 6,9 1,11,99 9,3 9, 9,3 7, siarczan amonu azotan amonu diwodorofosforan amonu W przeprowadzonych badaniach modelowych nad stratami wykazano, że pod wpływem symulowanego kwaśnego opadu wymywały się na ogół znaczne ilości jonów potasowych niezależnie od dodatku soli. Stwierdzono, że przemywanie gleby symulowanym kwaśnym opadem
(ph,5) spowodowało średnio niezależnie od zastosowanej soli istotnie większe wymycie o 1,3 mg K dm -3 w porównaniu z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną (ph 6,9) (tab.1). Największą różnicę stwierdzono po zastosowaniu diwodorofosforanu amonu (NP) oraz po łącznym dodatku chlorku i azotanu amonu, odpowiednio: 2,75 i 1,9 mg K dm -3, co stanowiło 2% i 17% (rys.1 i 2). mg K*dm-3 Rys.2 Wpływ symulowanego kwaśnego opadu i dodatku NK i NPK na wymywanie z gleby jonów potasowych z badanej gleby 12 1,92 9,9 11,6 9,52 1,55 9,31 ph,5 ph 6,9 siarczan amonu+chlorek azotan amonu+chlorek diw odorofosforan amonu+chlorek Kwaśne opady powodują niekorzystne zmiany w środowisku glebowym. Zakwaszenie gleby powoduje zmianę jej właściwości fizykochemicznych. Kwaśne opady wpływają również na zmiany mikroflory glebowej i jej aktywności; obniżenie wartości ph wpływa na wzrost zawartości pierwiastków toksycznych (żelazo, mangan) oraz przyczynia się do zmniejszenia ilości i dostępności substancji odżywczych. Potas będący jednym z ważniejszych składników pokarmowych, ulega wymywaniu wskutek negatywnej działalności kwaśnych opadów, czego potwierdzeniem są uzyskane wyniki badań. Na jego ruch w glebie duży wpływ ma odczyn, który oddziaływuje na skład roztworu glebowego, skład elektrostatyczny i właściwości fizykochemiczne koloidów, co w efekcie rzutuje na właściwości sorpcyjne gleb. Gorlach (19) podaje, że z gleb kwaśnych nasyconych jonami A +3 i H + wymywanie jest łatwiejsze. Również według Spychaj-Fabisiak i Murawskiej (199) oraz Murawskiej i Spychaj- Fabisiak (1997) kwaśne opady w końcowym efekcie zubażają gleby w składniki o charakterze zasadowym. Z badań literaturowych wynika, że istnieje korelacja między rodzajem zastosowanego nawozu azotowego i nawozów mineralnych a ilością wymywanych składników pokarmowych do wód gruntowych, w tym również (Falkowski i Olszewska 1979). W przeprowadzonych badaniach stwierdzono również istotne zróżnicowanie ilości wymywanych jonów potasowych po zastosowaniu zarówno dodatku różnych rodzajów soli jak również po łącznym zastosowaniu azotu, i fosforu (rys. 3,).
mg K*dm-3 Rys.3 Średnie ilości wymywanych jonów potasowych z badanej gleby po zastosowaniu soli azotowych i potasowych oraz kwaśnego deszczu 12 12,91 11,71 1,25 11,15 chlorek siarczan amonu azotan amonu diwodorofosforan amonu Najwięcej jonów potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku, nieco mniej po dodaniu siarczanu (VI) amonu (rys.3). Natomiast po łącznym zastosowaniu dodatku nawozów mineralnych najwięcej wymyto z gleby, do której dodano zarówno chlorek i azotan amonu oraz chlorek i siarczan amonu (rys.). Stwierdzono, że średnio niezależnie od badanych czynników antropogenicznych (symulowany kwaśny opad, ), istotnie najwięcej jonów potasowych wymyto po łącznym zastosowaniu chlorku i azotanu amonu, najmniej zaś po zastosowaniu diwodorofosforanu amonu. Różnica ta wynosiła 2,3 mg K dm -3 co stanowiło 2% (rys. 3 i ). mg K*dm-3 Rys. Średnie ilości wymywanych jonów potasowych z badanej gleby po łącznym zastosowaniu NPK i chlorku niezależnie od wartości ph roztworu 1,3 1,9 9,93 siarczan amonu+chlorek azotan amonu+chlorek diwodorofosforan amonu+chlorek Podobne zależności wpływu nawożenia na ilość wymywanych jonów stwierdzili inni autorzy [Dechnik i in. 1991 Spychaj-Fabisiak i Murawska 199, Kaczor 1997]. Spychaj- Fabisiak i Murawska (199) w przeprowadzonych badaniach modelowych stwierdziły, że sumaryczne średnie wymywania K, istotnie zależało od stosowanego nawożenia. Według tych
autorek najwięcej składników pokarmowych wymyto z gleb po zastosowaniu chlorku, natomiast istotnie mniej po zastosowaniu azotan(v) amonu. Przeprowadzone badania wykazały, że starty w istotny sposób zależały od odczynu roztworu stosowanego do przemywania gleby oraz dodatku soli oraz dowiodły, że straty w głąb profilu glebowego są istotne i przez to nieobojętne dla środowiska naturalnego jak i ekonomiki nawożenia. 5. WNIOSKI 1. Wymywanie jonów potasowych na ogół istotnie zależało od odczynu roztworu wodnego (ph 6,9;,5) stosowanego do ich wymywania. Przemywanie gleb symulowanym kwaśnym opadem (ph,5) spowodowało średnio o 1% większe wymycie jonów potasowych z gleby w porównaniu z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną (ph 69). 2. Wymywanie jonów potasowych zależy od dodatku zastosowanego nawożenia mineralnego. Najwięcej jonów potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku, a najmniej po dodaniu azotan(v) amonu. Natomiast po łącznym dodaniu azotu i najwięcej w wariancie azotan (V) amonu i chlorek 3. Badania modelowo-laboratoryjne wykazały pośrednio, że straty jonów potasowych na drodze wymywania mogą wpływać na zubożenie gleby w składniki zasadotwórcze, a tym samym na degradację środowiska. Z ekologicznego punktu widzenia mają one wpływ na równowagę jonów eutroficznych, a tym samym na skażenie wód gruntowych. 6. SPIS LITERATURY 1.Czuba R., 196: Nawożenie. Praca zbiorowa. PWRiL Warszawa. 2.Dechnik J., Kaczor A., 1991. Wpływ symulowanego kwaśnego deszczu na niektóre właściwości gleby lessowej w warunkach zróżnicowanego nawożenia dolomitem. Rocz. Glebozn., t.xiii, 3/, 53-59. 3.Falkowski M., Olszewska L., Kukułka J., 1979. Wpływ nawożenia UZ na skażenie wód gruntowych azotem azotanowym. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 221, 153-159..Gorlach S., 19. Zapobieganie skutkom zakwaszenia gleb substancjami emitowanymi do atmosfery. Nowe Rolnictwo 12, 2-25. 5.Gorlach E., Curyło T., 199. Wpływ odczynu gleby na pobieranie, sodu, magnezu i wapnia przez różne gatunki roślin. Rocz. Glebozn. TXLI, 1/2 Warszawa, 117-131. 6. Kaczor A., 1997. Odżywianie się roślin w warunkach gleb silnie zakwaszonych. II Międzyn. Symp. "Przyrodnicze i antropogeniczne przyczyny oraz skutki zakwaszenia gleb". Lublin, 23-
2.9., 23-29. 7. Kostuch R., 191. Przemienne użytki zielone - ratunek dla gleb. Wyd. PAN, Zakł. Naw. im. Ossolińskich, 6-1.. Mazur T., 1991. Wymywanie składników pokarmowych z gleb nawożonych gnojowicą. Zesz. Nauk. ART. Olsztyn, Roln. 22, 15-2. 9. Mazur T., 1993. Nawożenie jako czynnik zakwaszenia gleb użytkowanych rolniczo". Sympozjum Naukowe. Lublin 1993. Przyrodnicze i antropogeniczne przyczyny i skutki zakwaszenia gleb19-26. 1.Murawska B., Spychaj-Fabisiak E., 1997. Badania modelowe nad wymywaniem z gleb. Zesz. Nauk. 2, Ochr. Śród. (1), 117-126. 11.Pondel H., 199. Wpływ nawożenia mineralnego na chemiczne właściwości gleb oraz wody gruntowe i powierzchniowe. Wyd. PAN. Zakł. Naw. im. Ossolińskich. 69-1, 12.Pondel H., Ruszkowska M., 1991. Wymywanie składników nawozowych z gleb w świetle badań IUNG. Rocz. Glebozn. XLII, 3/, 77-17. 13.Pondel H., Terelak H., 191. Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa do oceny strat składników mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puł., 1, 33-63, rainfall acidity. Ecol. Model., Colorado State Univ 1.Spychaj-Fabisiak E., Murawska B., 199. Badania nad wymywaniem azotu amonowego z gleb. Zesz. ProbI Post. Nauk Roln. 1, 21-27. Tabela 1. Wymywanie z badanej gleby po zastosowaniu soli azotowych,porasowych i fosforowych [mg kg -1 ] Rodzaj soli bez N K +N +K +NK +NP +NP K Odczyn roztworu wodnego ph 6,9 ph,5 średnia bez N K + N +K +NK +NP +NP K średnia 1*. KCl 7,92-11,52 - - - 9,72,51-12,91 - - - 1,71 2.*(NH ) 2SO 7,92 1,6 - - - -,99,51 11,71 - - - - 1,11 3.*NH NO 3 7,92 1,25 - - - - 9,,51 1,25 - - - - 9,3.*NH H 2PO 7,92 - - - 6,25-7,,51 - - - 11,15-9,3 5.*(NH ) 2SO + 7,92 - - 11,96 - - 9,9,51 - - 13,32 - - 1,92 KCl 6.*NH NO 3+ 7,92 - - 11,12 - - 9,52,51 - - 1,1 - - 11,6 KCl 7.*NH H 2PO + 7,92 - - - - 1,69 9,31,51 - - - - 12,5 1,55 KCl średnia 7,92 1,16 11,52 11,5 6,25 1,69 9,9,51 1,9 12,91 13,7 11,15 12,5 1,2 NIR-LSD p=,5 (I) ph roztworu (*) 1,2,3,,5,6,7,9; 1,11; ni.;,379;,967; 1,17; ni. (II) Dodatek soli,95;,72;,76; ni.; 1,57; 1,336; 1,696 IxII ni.; ni.; ni.; 2,11; ni.; 1,9; ni.