ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LVI NR 1/2 WARSZAWA 2005: 147-153 WIERA SĄDEJ, ZBIGNIEW MAZUR WPŁYW RÓŻNYCH SYSTEMÓW NAWOŻENIA NA KSZTAŁTOWANIE SIĘ NIEKTÓRYCH WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH GLEBY PŁOWEJ THE IMPACT OF VARIOUS FERTILIZATION SYSTEMS ON THE FORMATION OF SOME PHYSICAL PROPERTIES OF LUVISOIL Katedra Chemii Środowiska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Abstract: The aim o f the paper was to evaluate the changes o f the basic physical properties o f soil fertilized with slurry, farmyard manure and mineral fertilizers. The application o f organic fertilizers induced a decrease bulk density and increased the ratio o f capillary pores to non-capillary pores. The higher ratio o f capillary pores was noted in fertilization with farmyard manure than with slurry. Słowa kluczow e: gleba, nawożenie, właściwości fizyczne. K ey words: soil, fertilization, physical properties. WSTĘP W glebach uprawnych zachodzą ciągłe zmiany ich właściwości pod wpływem zabiegów agrotechnicznych. W ich kompleksowym działaniu największe znaczenie ma nawożenie. Z nawozami wprowadza się do gleby określoną ilość składników pokarmowych dla roślin, a z nawozami naturalnymi dodatkowo substancję organiczną [Mazur 1995, Suwara 1999]. Gospodarka składnikami pokarmowymi w układzie gleba - roślina zależy w dużym stopniu od właściwości fizycznych i fizykochemicznych gleby uformowanych w wyniku nawożenia. Nawożenie, zwłaszcza organiczne wpływa bowiem na zawartość próchnicy. Tym samym zmianie ulegają właściwości fizyczne gleby, m.in. gęstość i pojemność wodna. Celem badań było prześledzenie zmian wybranych właściwości fizycznych gleby płowej po stosowaniu przez 27 lat trzech systemów nawożenia: wyłącznie organicznego, wyłącznie mineralnego oraz organicznego i mineralnego.
148 W. Sądej, Z. Mazur MATERIAŁ I METODY Materiał do badań pochodził z wieloletniego doświadczenia polowego, założonego w 1972 r. w Bałcynach k. Ostródy na glebie płowej wytworzonej z piasku gliniastego mocnego pylastego zalegającego na glinie średniej (tab.l). Glebę tę zalicza się do kompleksu pszennego dobrego, klasy III b. TABELA 1. Skład granutometryczny gleby - TABLE 1. Texture of soil Głębokość Depth [cm] Poziom genetyczny Genetic horizon Procentowa zawartość frakcji o średnicy [mm] Percent content of fraction with diameter [mm] > 1,0 1,0-0,1 0, 1-0,02 0,02-0,002 <0,002 5-15 Ap 4,2 53,0 28,0 14,0 5,0 35 45 Eet 2,6 46,0 22,0 18,0 14,0 70-80 Bt 2,1 48,0 22,0 16,0 14,0 110-120 С 3,7 49,0 22,0 14,0 15,0 Doświadczenie założono metodą losowych bloków w sześciu powtórzeniach. Z nawozów organicznych stosowano obornik i gnojowicę bydlęcą. Gnojowicę stosowano w dwóch dawkach. Pierwszą dawkę gnojowicy, obornik oraz nawożenie mineralne równoważono corocznie pod względem ilości wprowadzanego do gleby azotu. Drugą dawkę gnojowicy i obornik równoważono pod względem ilości wprowadzanego do gleby węgla organicznego. Na tle nawozów organicznych stosowano także nawożenie mineralne fosforowo-potasowe w ilości 1/2 dawki tych składników wprowadzanych na obiekcie z nawożeniem mineralnym NPK. Średnie roczne dawki nawozów z całego okresu badań przedstawiono w tabeli 2. TABELA 2. Dawki nawozów organicznych oraz ilość składników pokarmowych N, P, К wniesionych do gleby z nawozami (średnio rocznie w latach 1972-1999) TABLE 2. Rates of organie fertilizers and components N, P, К applied to the soil with fertilizers (mean for 1972-1999) Nawożenie Fertilization Dawki Rate [t - ha '] N P К [k g-h a'] Bez nawożenia - No fertilization Gnojowica I dawka - Slurry rate I 40,4 Ill 40 123 Gnojowica I dawka + PK - Slurry rate I + PK 40,4 111 59 175 Gnojowica II dawka - Slurry rate II 77,7 221 77 233 Gnojowica II dawka + PK - Slurry rate II + PK 77,7 221 96 285 Obornik - Farmyard manure 22,9 111 36 99 Obornik + PK - Farmyard manure + PK 22,9 111 55 151 NPK - 111 38 109
Wpływ różnego nawożenia na niektóre właściwości fizyczne gleby płowej 149 W analizowanym doświadczeniu stosowano następujące zmianowanie: ziemniaki, jęczmień jary + wsiewka koniczyny czerwonej z trawami, koniczyna czerwona z trawami, rzepak ozimy, pszenica ozima + poplon żyta, kukurydza na zieloną masę, jęczmień jary, pszenica ozima. Koniczynę z trawami uprawiano tylko w pierwszej i drugiej rotacji zmianowania. Próbki gleby do oznaczenia właściwości fizycznych pobrano wiosną 1999 r. przed początkiem wegetacji roślin. Glebę pobrano z warstwy 2-7 cm do cylinderków o objętości 100 cm3z 4 miejsc każdego powtórzenia. Łącznie z każdego obiektu pobrano po 24 próby. Gęstość właściwą gleby, gęstość objętościową, wilgotność aktualną i kapilarną pojemność wodną oznaczono metodami powszechnie stosowanymi w laboratoriach, natomiast połową pojemność wodną na aparacie Richardsa przy potencjale - 294 hpa. WYNIKI I DYSKUSJA Do podstawowych wskaźników fizycznego stanu gleby zalicza się miedzy innymi gęstość objętościową, wilgotność i porowatość. Wymienione cechy determinują właściwości warstwy uprawnej gleby, przede wszystkim jej stosunki wodno-powietrzne i termiczne oraz zwięzłość. Wyniki oznaczeń gęstości objętościowej rzeczywistej i wilgotności aktualnej gleby w zależności od nawożenia przedstawiono w tabeli 3. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, iż wpływ wieloletniego, nakładającego się nawożenia na gęstość objętościową był bardzo zróżnicowany. W obiekcie z nawożeniem mineralnym wartość jej była taka sama jak w obiekcie kontrolnym. Nawozy organiczne obornik oraz gnojowica w II dawce przyczyniły się do istotnego obniżenia gęstości objętościowej. Wskazuje to, że obornik bardziej rozluźniał glebę niż gnojowica. Powyższe wyniki znaj dują potwierdzenie w badaniach Asmusa i in. [1987]. Korzystne działanie obornika na gęstość objętościową wynika przede wszystkim z pozytywnego wpływu tego nawozu na agregację gleby i jej wodoodpomość. W świetle danych Dębickiego [1989] nawożenie mineralne prowadzi najczęściej do degradacji struktury gleby uprawnej. W obrębie obiektów z gnojowicą dawka II, równoważna z obornikiem pod względem ilości wprowadzanego węgla, okazała się skuteczniejsza w działaniu niż dawka I równoważna z obornikiem pod względem ilości wprowadzanego azotu. Wynika to z ilości materii organicznej wprowadzonej z poszczególnymi dawkami tego nawozu. Jak podają liczni autorzy, na gęstość objętościową wpływa w znacznej mierze zawartość próchnicy w glebie [Körschens 1988, Wojtasik 1989 a]. Z badań Mazura [1995] wynika, że wartość próchnicotwórcza gnojowicy, aplikowanej w dawce równoważnej z obornikiem pod względem ilości wprowadzanego węgla, jest o 30% wyższa niż gnojowicy stosowanej w dawce równoważnej z obornikiem pod względem ilości wprowadzanego azotu. Uzupełniające nawożenie mineralne PK zastosowane łącznie z gnojowicą nie miało istotnego wpływu na gęstość objętościową badanej gleby. Nawożenie różnicowało także wilgotność aktualną gleby (tab. 3). Była ona najwyższa na obiektach nawożonych obornikiem i gnojowicą aplikowaną w dawce II. Uzyskane tu wartości były istotnie wyższe w porównaniu z obiektem kontrolnym oraz pozostałymi kombinacjami nawozowymi. W obiektach, w których zastosowano NPK i gnojowicę w dawce I, wilgotność aktualna gleby kształtowała się na poziomie wartości
150 W. Sądej, Z Mazur TABELA 3.Gęstość objętościowa gleby suchej i wilgotność aktualna TABLE 3. Bulk density of dry soil and actual moisture Nawożenie Fertilization Gęstość objętościowa Bulk density [Mg nr3] Wilgotność aktualna Actual moisture [g - 100 grl] [cm3 100 cm 3] Bez nawożenia - No fertilization 1,41 11,6 16,4 Gnojowica I dawka - Slurry rate I 1,39 11,9 16,5 Gnojowica I dawka + PK - Slurry rate I + PK 1,38 12,2 16,8 Gnojowica II dawka - Slurry rate II 1,35 13,5 18,2 Gnojowica II dawka + PK - Slurry rate II + PK 1,36 11,4 15,5 Obornik - Farmyard manure 1,33 13,7 18,2 Obornik + PK - Farmyard manure + PK 1,32 13,0 17,2 NPK 1,41 11,4 16,1 Średnio - Mean 1,37 12,3 16,9 N IR -L S D a,005 0,04 0,5 0,3 stwierdzonej w obiekcie kontrolnym. Nawożenie mineralne PK stosowane łącznie z obornikiem i gnojowicą w dawce II skutkowało spadkiem wilgotności gleby. Tym nie mniej wilgotność aktualna gleby w wymienionych kombinacjach była nadal istotnie wyższa niż w obiekcie kontrolnym. Nawozy organiczne korzystnie wpływały na połową i kapilarną pojemność wodną gleby (rys. 1,2). Największą pojemność połową stwierdzono w obiekcie nawożonym obornikiem. Z danych na rysunku 2 wynika, że była ona relatywnie wyższa o 8,7% w stosunku do obiektu kontrolnego i o 14,0% w stosunku do obiektu nawożonego NPK. Słabszy efekt otrzymano przy stosowaniu gnojowicy, zwłaszcza w dawce I, gdzie pojemność połowa gleby była zbliżona do obiektu kontrolnego. Mniejszy wpływ gnojowicy na poprawę zdolności retencyjnych gleb wykazał także ASMUS i in. [ 1987]. Uzupełniające nawożenie mineralne PK zastosowane łącznie z nawozami organicznymi przyczyniło do nieznacznego obniżenia zdolności retencyjnych gleby. Powyższe wyniki są zbieżne z opracowaniami Gawrońskiej-Kuleszy [1992], Kaduka [1982] oraz Suwary i in. [ 1996], w których stwierdzono, że gleba nawożona obornikiem ma wyższą zdolność wiązania wody i długotrwałego jej utrzymywania. Ma to istotne znaczenie dla złagodzenia ujemnego wpływu niedostatecznej ilości opadów na wzrost i rozwój roślin. Stosowane systemy nawożenia wpływały również na kapilarną pojemność wodną (rys. 1, 2). Podobnie jak połowa pojemność wodna była ona najniższa w obiekcie kontrolnym i nawożonym NPK. Wzrastała w kombinacjach nawożonych gnojowicą, a najwyższe wartości przyjmowała w glebach nawożonych obornikiem. Na ścisłą zależność pomiędzy połową i kapilarną pojemnością wodną zwracają uwagę Musierowicz i Król [1962]. Nawożenie organiczne korzystnie wpływa na szereg właściwości gleb kształtujących ich żyzność i urodzajność. Zasilana warstwa ulega rozluźnieniu, staje się bardziej pulchna i przepuszczalna wskutek wzrostu porowatości ogólnej. Powstająca w procesie
Wpływ różnego nawożenia na niektóre właściwości fizyczne gleby płowej 151 El połowa pojemność wodna-field water capacity S kapilarna poj emność wodna-capillary water capacity RYSUNEK 1. Polowa i kapilarna pojemność wodna [g 100 g-1]: I - bez nawożenia - no fertilization, II - gnojowica I dawka - slurry rate I, III - gnojowica I dawka + PK - slurry rate I + PK, IV - gnojowica II dawka - slurry rate И, V - gnojowica II dawka + PK - slurry rate II + PK, VI obornik - farmyard manure, VII obornik +PK - farmyard manure + PK, VIII NPK FIGURE 1. Field and capillary water capacity [g 100 g"1]: I - bez nawożenia - no fertilization, II - gnojowica I dawka - slurry rate I, III - gnojowica I dawka + PK - slurry rate I + PK, IV - gnojowica II dawka - slurry rate II, V - gnojowica II dawka + PK - slurry rate II + PK, VI - obornik - farmyard manure, VII - obornik +PK - farmyard manure + PK, VIII - NPK TABELA 4.Wpływ nawożenia na porowatość gleby płowej TABLE 4. Effect of fertilization on porosity of soil lessive Nawożenie Fertilization Porowatość - Porosity [cm? <10 fim 10-1000 fjm <1000 Jim о оо s >1000 fjm ogólna total Bez nawożenia - No fertilization 19,5 14,3 33,8 13,0 46,8 Gnojowica I dawka - Slurry rate I 19,7 15,3 35,0 12,5 47,5 Gnojowica I dawka + PK - Slurry rate I + PK 19,7 15,2 34,9 13,0 47,9 Gnojowica II dawka - Slurry rate II 20,0 15,2 35,2 13,9 49,1 Gnojowica II dawka + PK - Slurry rate II + PK 19,7 15,7 35,4 13,3 48,7 Obornik - Farmyard manure 21,2 15,8 37,0 12,8 49,8 Obornik + PK - Farmyard manure + PK 20,9 15,9 36,8 13,4 50,2 NPK 18,6 15,4 34,0 12,8 46,8 NIR - LSDo=0 05 0,7 0,6 0,6 1,0 1,5
152 W Sądej, Z. Mazur molowa pojemność wodna-field water capacity capilama pojemność wodna-capillary water capacity RYSUNEK 2. Polowa i kapilarna pojemność wodna [cm3 100 cm-3] FIGURE 2. Field and capillary water capacity [cm3 100 cm-3] humifikacji próchnica glebowa podnosi jednocześnie zdolność wiązania wody, zwiękzając tym samym pojemność wodną gleb. Działanie poszczególnych rodzajów nawozów organicznych może być zróżnicowane. W badaniach własnych (tab. 4) wykazano istotnie słabszy wpływ gnojowicy na kapilarną i połową pojemność wodną niż obornika, pomimo że z nawozami tymi wprowadzono jednakowe ilości substancji organicznej. Również porowatość gleby istotnie wzrosła po 27 latach nawożenia obornikiem. Natomiast nawożenie NPK przyczyniło się do zmniejszenie udziału porów <10 jim. Korzystne działanie substancji organicznej, a szczególnie obornika na właściwości wodno-powietrzne wykazali również Asmus i in. [ 1987], Körschens [1988] oraz Suwara [1999]. WNIOSKI 1. Stosowanie nawozów organicznych, a szczególnie obornika, wpłynęło korzystnie na właściwości fizyczne warstwy ornej gleby. Zwiększyła się jej porowatość, głównie w zakresie porów kapilarnych, kształtujących połową pojemność wodną. 2. Uzupełnienie obornika i gnojowicy o dodatkowe nawożenie mineralne PK nie zmieniło ich korzystnego działania. 3. Długotrwałe, wyłącznie mineralne nawożenie nie wpływało ujemnie na stan zagęszczenia fazy stałej gleby oraz porowatość ogólną, pogarszało natomiast jej zdolności retencyjne.
Wpływ różnego nawożenia na niektóre właściwości fizyczne gleby płowej 153 LITERATURA ASM US F., KITTELMANN G., GÖRLITZ H. 1987: Einfluss langjähriger organischer Düngung auf physikalische Eigenschaften einer Tieflehm-Fahlerde. Arch. f. Acker Pflbau. 31 (1): 41^46. DĘBICKI R., REJMAN J., WONTROBA J. 1989: Oddziaływanie granulatu keratyno-koro-mocznikowego na niektóre właściwości fizyczne gleb. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 370: 21-39. GAWROŃSKA-KULESZA A., LENART S. 1992: Wpływ wieloletniego nawożenia mineralnego i organicznego na niektóre właściwości gleby oraz plonowanie roślin w zmianowaniu 3- i 4- polowym. Rocz. Nauk Roi. Ser. A 109 (3): 33^43. KÖRSCHENS M. 1988: Die Abhängigkeit der Trockenrohdichte von С- und Feinanteilgehalt von Mineralböden. Arch. f. Acker Pflbau. 32 (6): 363-367. KADUK C. 1982: W pływ różnych dawek obornika na właściwości gleby gliniastej ciężkiej i plonowanie pszenicy w okresie trzech lat. Rocz. Glebozn. 33 (1/2): 213-221. M AZUR T. 1995: Stan i perspektywa bilansu substancji organicznej w glebach uprawnych. Z esz. Probl. Post. Nauk Roi. 421a: 267-276. MUSIEROWICZ A., KRÓL H. 1962: W spółzależność między pojem nością wodną połow ą i kapilarną gleb. Rocz. Glebozn. 12: 161-177. SUWARA I., GAWROŃSKA-KULESZA A., KUSZELEWSKI L. 1996: Wpływ nawożenia obornikiem i wapnowania na wybrane właściwości fizyczne gleby. Zesz. Nauk. AR Szczecin, Roi. 172 (62), cz. 2:491-495. SUWARA I. 1999. Rola systemów nawożenia w kształtowaniu niektórych właściwości fizycznych gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 465: 419 426. WOJTASIK M. 1989a: Węgiel organiczny jako wyznacznik naturalnej gęstości gleby. Fragmenta Agron. 3 (23): 93-97. WOJTASIK M. 1989b: W pływ próchnicy na gęstość gleby. Rocz. Glebozn. 40 (2): 21-27. Praca wpłynęła do redakcji we wrześniu 2003 r. D r hab. Wiera Sądej, prof. UW M K atedra Chem ii Środow iska ul.p lac Ł ódzki 4, 10-718 O lsztyn e-m ail: w ersad@ u w m.edu.pl