Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy w Puławach Zakład Żywienia Roślin i Nawożenia Ocena zapotrzebowania na środki wapnujące oraz kosztów wapnowania regeneracyjnego gleb w Polsce Opracował zespół autorów: Doc. dr hab. Janusz Igras Prof. dr hab. Mariusz Fotyma mgr inż. Piotr Ochal K i e r o w n i k Z a k ł a d u Żywienia Roślin i Nawożenia Doc. dr hab. Janusz Igras Puławy, czerwiec 2009 1
Regeneracyjne wapnowanie gleb w Polsce Wprowadzenie Wapnowanie regeneracyjne, określane również jako wapnowanie rekultywacyjne dotyczy zabiegu wapnowania gleb o bardzo kwaśnym i silnie kwaśnym odczynie, którego granicę stanowi ph 5,0. W przyjętej obecnie klasyfikacji odczynu wydziela się gleby bardzo kwaśne o ph poniżej 4,5 i gleby kwaśne o ph 4,6 5,5. Dla potrzeb wapnowania regeneracyjnego konieczne jest wydzielenie nowej kategorii gleb o odczynie ph poniżej 5,0. Wyróżnikiem gleb o odczynie ph poniżej 5.0 jest występowanie w wysokich stężeniach szkodliwych dla roślin, a pośrednio dla zwierząt i ludzi, związków manganu i przede wszystkim glinu. Gleby takie wykazują ponadto szereg ujemnych właściwości biologicznych, fizycznych i chemicznych. Można tu wymienić, ograniczoną aktywność pożytecznych mikroorganizmów (bakterie nitryfikacyjne), podatność na procesy rozmywania i utłaczania, zmniejszoną przyswajalność większości składników pokarmowych roślin (głównie fosforu, potasu i molibdenu) oraz zwiększoną dostępność dla roślin metali ciężkich (głównie kadmu i ołowiu). Dla przykładu, jak wynika z najnowszych badań okręgowych stacji chemiczno rolniczych w grupie gleb bardzo kwaśnych (ph poniżej 4,5) ponad 50% gleb charakteryzuje się bardzo niską i niską zawartością przyswajalnego fosforu, a ponad 65% - bardzo niską i niską zawartością przyswajalnego potasu. W grupie gleb o odczynie obojętnym taką zawartość fosforu wykazuje zaledwie 14% gleb, a potasu ok. 25% gleb. Gleby o ph poniżej 5,0 wykazują ponadto bardzo małą odporności na procesy degeneracyjne, erozję, ubytek zawartości substancji organicznej, a przede wszystkim na dalsze zakwaszanie wynikające z przyczyn antropogenicznych. Na przyczyny antropogeniczne składają się opad kwaśnych substancji z atmosfery (tlenki siarki i azotu oraz amoniak) i zakwaszające działanie nawozów mineralnych, głównie azotowych. Łączny ładunek tych substancji zakwaszających sprowadzony do wspólnego mianownika jonów wodorowych szacowany jest obecnie na około 5 kmol H + ha -1. Dla przybliżenia tej liczby warto przypomnieć, że do zobojętnienia 1 kmol H + konieczne jest zastosowanie 28 kg CaO ha -1. Roczny opad 5 kmol H + ha -1 gleb o ph poniżej 5,0 może doprowadzić w krótkim czasie do całkowitej degradacji takich gleb wyrażającej się rozpadem minerałów ilastych i nagromadzaniem kwaśnych związków próchnicowych. Gleby stanowią zasób nieodnawialny i utrzymanie ich w należytej kulturze stanowi jedno z podstawowych zadań całego społeczeństwa. Utrzymywanie gleb o odczynie ph 2
poniżej 5,0 stanowi również zagrożenie dla bezpieczeństwa żywnościowego kraju. Uzyskiwane tutaj plony roślin są małe lub bardzo małe, a produkty roślinne odznaczają się mierną jakością lub są nawet szkodliwe dla zdrowia ludzi i zwierząt gospodarskich. Z powyższych względów poprawa odczynu tych gleb, a przynajmniej doprowadzenie ich do odczynu ph powyżej 5,0 powinno stanowić wyzwanie dla całego społeczeństwa, gdyż sami rolnicy zadaniu takiemu nie podołają. Celem opracowania jest oszacowanie powierzchni użytków rolnych o ph poniżej 5,0 oraz określenie zapotrzebowania na środki wapnujące w rozmiarze koniecznym dla doprowadzenia odczynu tych gleb przynajmniej do bezpiecznej granicy ph powyżej 5,0. Podjęto również próbę wstępnej oceny kosztów zabiegu wapnowania regeneracyjnego gleb w Polsce. Oszacowanie udziału gleb wymagających wapnowania regeneracyjnego Powierzchnia użytków rolnych według GUS w naszym kraju wynosi około 16,2 miliona ha. W opracowaniu dokonano wyliczenia zapotrzebowania na środki wapnujące do wapnowania regeneracyjnego gruntów ornych łącznie z sadami (powierzchnia ok. 12,2 miliona ha) oraz użytków zielonych (powierzchnia ok. 3,3 miliona ha). Udział gleb o odczynie poniżej ph 5,0 z uwzględnieniem kategorii agronomicznej oszacowano na podstawie analizy wyników badań ok. 932 tysięcy próbek gleby z gruntów ornych oraz ok. 59 tysięcy próbek z użytków zielonych zgromadzonych w bazie danych Krajowej Stacji Chemiczno Rolniczej za lata 2004-2007. W tabelach 1 i 2 przedstawiono oszacowany udział i powierzchnie gleb gruntów ornych oraz użytków zielonych w przedziałach ph z uwzględnieniem kategorii agronomicznych gleb gruntów ornych. 3
Tabela 1. Oszacowany udział i powierzchnie gleb gruntów ornych w ha w przedziałach odczynu o ph poniżej ph 5,0 w grupach kategorii agronomicznych Użytki rolne ha Kategorie ph agronomiczne < 4,0 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 suma Bardzo lekkie 213644 179084 169087 164803 151379 140811 122531 111392 95112 1347843 7,48% 6,27% 5,92% 5,77% 5,30% 4,93% 4,29% 3,90% 3,33% 47,19% Lekkie 176255 142766 146291 158189 155104 149816 146732 143207 141004 1359364 4,00% 3,24% 3,32% 3,59% 3,52% 3,40% 3,33% 3,25% 3,20% 30,86% Średnie 112322 82537 86126 92226 95815 95097 98686 97968 99044 859821 3,13% 2,30% 2,40% 2,57% 2,67% 2,65% 2,75% 2,73% 2,76% 23,96% Ciężkie 23710 15581 16800 19510 21407 22762 23033 24794 25065 192662 1,75% 1,15% 1,24% 1,44% 1,58% 1,68% 1,70% 1,83% 1,85% 14,22% 525931 419968 418304 434728 423705 408486 390982 377361 360225 3759690 ogółem 4,31% 3,44% 3,43% 3,56% 3,47% 3,35% 3,20% 3,09% 2,95% 30,80% Tabela 2. Oszacowany udział w % i powierzchnie użytków zielonych w przedziałach odczynu o ph poniżej 5,0 ph < 4,0 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 ogółem Użytki zielone 184484 135092 135419 146541 142616 135092 136728 128877 13084 1157933 5,64% 4,13% 4,14% 4,48% 4,36% 4,13% 4,18% 3,94% 4,00% 39,00% Największy udział gruntów ornych o odczynie poniżej ph 5,0 stanowiły gleby bardzo lekkie i lekkie odpowiednio 47,2% i 30,9%. Natomiast w grupach gleb średnich i ciężkich udział tych gleb wynosi odpowiednio 24,0% i 14,2%. Z ogólnej powierzchni gleb gruntów ornych ponad 30% tzn. około 3,7 miliona ha wymaga wapnowania regeneracyjnego. Z ogólnej powierzchni użytków zielonych wapnowania regeneracyjnego wymaga 39% tzn. około 1,1 miliona ha. Jak wynika z tabeli 1 i 2 problem gleb wymagających wapnowania 4
regencyjnego dotyczy przede wszystkim gleb bardzo lekkich i lekkich oraz użytków zielonych. Oszacowane zapotrzebowanie na środki wapnujące do wapnowania regeneracyjnego Wielkość zalecanych dawek nawozów wapniowych na gleby gruntów ornych jest uzależniona od odczynu gleby i jej składu granulometrycznego (kategorii agronomicznej). Oszacowane zapotrzebowanie na nawozy wapniowe dla gruntów ornych i użytków zielonych oszacowano na podstawie udziału gleb w przedziałach ph z uwzględnieniem kategorii agronomicznej. W tabeli 3 wyliczono wielkość zalecanych dawek nawozów wapniowych na użytki rolne w tonach CaO/ha konieczne dla doprowadzenia wartości odczynu do docelowej wartości ph 5,0. Wielkość dawek CaO/ha wyliczono za pomocą algorytmów programu NawSald. Program ten jest narzędziem aktualnie zalecanym do doradztwa nawozowego, sporządzania planów nawożenia w gospodarstwach rolnych w tym także do ustalania dawek nawozów wapniowych. Tabela 3. Dawki CaO potrzebne do doprowadzenia odczynu gleb do ph 5,0 (t ha -1 ) Ilość CaO potrzebna do doprowadzenia odczynu do ph 5,0 przy odczynie wyjsciowym ph Kategoria agronomiczna gleby < 4,0 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Bardzo lekkie 4,89 4,07 3,65 3,24 2,83 2,41 2 1,58 1,16 Lekkie 3,92 3,28 2,95 2,62 2,29 1,96 1,62 1,28 0,94 Średnie 3,17 2,73 2,52 2,31 2,1 1,89 1,67 1,48 1,28 Ciężkie 4,46 3,22 2,65 2,11 1,6 1,11 0,66 0,23 - Mnożąc powierzchnie gruntów z tabeli 1 przez zalecane dawki wapna (CaO) z tabeli 3 uzyskano zapotrzebowanie na środki wapnujące w tonach CaO na całą powierzchnię gleb gruntów ornych o określonym odczynie (tabela 4). 5
Tabela 4. Oszacowane zapotrzebowanie na środki wapnujące do wapnowania regeneracyjnego gruntów ornych w przedziałach ph (t CaO) Przedziały ph Kategorie agronomiczne Zapotrzebowanie na wapno w tonach CaO < 4,0 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Ogółem Bardzo lekkie 1044719 728872 617168 533962 428403 339355 245062 175999 110330 4223869 Lekkie 690920 468272 431558 414455 355188 293639 237706 183305 132544 3207588 Średnie 356061 225326 217038 213042 201212 179733 164806 144993 126776 1828986 Ciężkie 105747 50171 44520 41166 34251 25266 15202 5703 0 322025 Ogółem 2197447 1472641 1310284 1202625 1019054 837993 662776 510000 369650 9582467 Mnożąc powierzchnie gruntów z tabeli 2 przez zalecane dawki wapna (CaO) dla gleb lekkich z tabeli 3 uzyskano zapotrzebowanie na środki wapnujące w tonach CaO na całą powierzchnię gleb użytków zielonych w przedziałach ph w tonach CaO na hektar o określonym odczynie (tabela 5). Tabela 5. Oszacowane zapotrzebowanie na środki wapnujące do wapnowania regeneracyjnego użytków zielonych w przedziałach ph (t CaO) Przedziały ph Użytki zielone Zapotrzebowanie na wapno w tonach CaO < 4,0 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Ogółem ton CaO 723177 443102 399486 383937 326591 264780 221499 164963 12299 2939834 Jak wynika z tabel 4 i 5 ogólne zapotrzebowanie na środki wapnujące dla gleb o ph poniżej 5,0 wynosi około 12,5 mln ton CaO, w tym dla gleb gruntów ornych około 9,6 miliona ton CaO i gleb użytków zielonych około 3 mln ton CaO. Taką ilość środków wapnujących można określić jako maksymalną dla pełnego zrealizowania programu wapnowania regeneracyjnego. Zapotrzebowanie na środki wapnujące na gruntach ornych może ulec zmniejszeniu jeżeli wyłączy się z użytkowania część gleb bardzo lekkich i lekkich. Gleby te w pewnej części są odłogowane, a w części przeznaczone pod zalesienie. Natomiast wapnowanie użytków zielonych jest zabiegiem rzadko stosowanym co można uzasadnić mniejszą szkodliwością bardzo kwaśnego odczynu, niż w glebach gruntów ornych. Specyfika 6
użytków zielonych, wiąże się z rodzajem gleb (dominują gleby pochodzenia organicznego), składem botanicznym runi (przewaga traw mniej wrażliwych na kwaśny odczyn gleby) oraz stosunkami wodnymi (wysoki poziom wód gruntowych). Zakładając wyłączenie z programu wapnowania regeneracyjnego części bardzo lekkich i lekkich gleb gruntów ornych oraz znacznej części gleb pod użytkami zielonymi zapotrzebowanie na środki wapnujące w wymiarze minimalnym (absolutnie koniecznym) można przyjąć na ok. 8 milionów ton CaO. Wycena kosztów wapnowania Oszacowane zapotrzebowanie na środki wapnujące do wapnowania regeneracyjnego dla gleb gruntów ornych oraz użytków zielonych wynosi w wymiarze maksymalnym 12,5 miliona ton CaO, a w wymiarze minimalnym 8 milionów ton CaO. Jest to ilość potrzebna do uregulowania odczynu gleb o ph < 4,8 oraz doprowadzenia ich do bezpiecznej granicy odczynu ph > 5,0. Przy średniej cenie jednostki CaO 250 zł/tonę, koszt zakupu środków wapnujących w wymiarze maksymalnym oszacowano na około 3,1 mld zł, a w wymiarze minimalnym na około 2,0 mld zł. Koszt ten nie obejmuje transportu i rozsiewu środków wapnujących na pola. Podsumowanie Gleby gruntów ornych i użytków zielonych Polski wykazują znaczne zakwaszenie wynikające z przebiegu procesów glebotwórczych, oddziaływań antropogenicznych i zbyt małego zużycia nawozów wapniowych. Zakwaszenie gleb powoduje szereg ujemnych skutków polegających na zmniejszeniu ich produktywności i żyzności oraz zmniejszeniu odporności gleb na procesy prowadzące ostatecznie do ich degradacji. Skutki zakwaszenia dotyczą w szczególności gleb o ph < 5,0. Do uregulowania odczynu gleb gruntów ornych i użytków zielonych o odczynie poniżej 5,0 ph konieczne jest dostarczenie rolnictwu odpowiednio ok. 9,6 mln ton CaO oraz około 3 mln ton CaO. Koszt zakupu środków wapnujących przy średniej cenie CaO 250 zł za tonę oszacowano wówczas na 3,125 mld. Oszacowane zapotrzebowanie na wapno może ulec zmniejszeniu jeżeli wyłączy się z użytkowania część gleb bardzo lekkich stanowiących duży udział w ogólnej powierzchni gleb wymagających wapnowania regeneracyjnego, oraz części użytków zielonych. W wymiarze minimalnym zapotrzebowanie na środki wapnujące wyniesie wtedy około 8 milionów ton CaO, a koszt zakupu tych nawozów ulegnie obniżeniu do ok. 2 mld zł. 7