ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 520: 151-158 DZIAŁANIE OBORNIKA NA GLEBIE BARDZO KWAŚNEJ I WYCZERPYWANEJ ZE SKŁADNIKÓW POKARMOWYCH PRZEZ WIELE LAT Stanisław Mercik 1, Wojciech Stępień 2 1 Wszechnica Mazurska w Olecku 2 Katedra Nauk o Środowisku Glebowym, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wstęp Zasobność gleb Polski w dostępne formy podstawowych składników pokarmowych (P, K, Mg) w 50-60% jest niska lub bardzo niska. Na podobnym poziomie kształtuje się równieŝ silne zakwaszenie gleb [FOTYMA i in. 2001]. Przy obecnym poziomie zuŝycia nawozów mineralnych i wapna nie naleŝy liczyć na poprawienie tych właściwości gleb. NiezaleŜnie od tego na przestrzeni kilkunastu lat malało pogłowie zwierząt gospodarskich, a tym samym równieŝ produkcja nawozów naturalnych. Z tego powodu zawartość próchnicy w glebie utrzymuje się przewaŝnie na bardzo niskim poziomie [SZAFRANEK 2000], a w niektórych rejonach przy niskim poziomie nawoŝenia [BLECHARCZYK 1999; STANISŁAWSKA-GŁUBIAK, KORZENIOWSKA 2005] występuje nawet tendencja ubytku próchnicy w glebach. Znaczące zwiększenie próchnicy w glebie moŝe nastąpić w wyniku zwiększenia poziomu nawoŝenia nawozami organicznymi, a nawet, jak wykazały badania MERCIKA i in. [2005] oraz MERCIKA i in. [1999], w wyniku systematycznego stosowania stosunkowo wysokich dawek nawozów mineralnych. Przy braku moŝliwości znaczącego poprawienia właściwości gleb nawozami mineralnymi i wapnem, poszukiwane są sposoby złagodzenia ujemnego wpływu niedoboru tych składników pokarmowych, na plonowanie i cechy jakościowe roślin. Dotychczasowe wyniki badań wskazują, Ŝe najlepszym sposobem na złagodzenie ujemnych skutków tak zdegradowanych gleb moŝe być nawoŝenie iem [BAUMECKER, ELLMER 1999; ŁABĘTOWICZ i in. 1999; STĘPIEŃ 2004]. Znacznie większy jest wpływ nawoŝenia iem na gleby jednostronnie wyczerpanych z dostępnych form fosforu, potasu lub azotu. Prezentowane w niniejszej pracy badania, uzupełniają wiedzę w tym zakresie. W pracy przedstawiono bowiem działanie a w ciągu kilkunastu lat jego stosowania, na glebie bardzo kwaśnej lub jednostronnie wyczerpanej z dostępnych form P, K i N. Materiał i metodyka W Stacji Doświadczalnej Wydziału Rolnictwa i Biologii SGGW w Skierniewicach nieprzerwanie od 1923 r. prowadzone są doświadczenia przy uprawie roślin w
152 S. Mercik, W. Stępień róŝnych systemach zmianowania i nawoŝenia. Wyniki prezentowane w niniejszej publikacji pochodzą z dwóch pól, na których nie uprawia się roślin motylkowych, a nawozy mineralne stosowane są co rok według schematu: 0, CaNPK, NPK, PK, PN, KN w dawkach: Ca - 1,6 t ha -1 CaO co 4 lata i co rok 90 kg N, 26 kg P i 91 kg K ha -1. Na jednym z tych pól nie stosuje się a od 1923 r., natomiast na drugim od 1992 roku stosuje się co 3-4 lata w dawkach 30 t ha -1. Do chwili obecnej zastosowano czterokrotnie, ostatnio jesienią 2004 r. Rośliny na tych polach uprawiane są w zmianowaniu dowolnym z przewagą (ok. 70%) roślin zboŝowych, a w pierwszym roku po zastosowaniu a uprawia się ziemniaki. Doświadczenia prowadzone są na glebie płowej o składzie granulometrycznym piasków gliniastych w warstwie do 40 cm i gliny lekkiej w warstwach głębszych. Bardziej szczegółowa charakterystyka gleb, warunków klimatycznych oraz schematy doświadczeń wieloletnich zostały opublikowane w pracy MERCIKA i STĘPNIA [2005]. Po zbiorach ziemniaków w 2005 roku, uprawianych a od 1923 roku oraz uprawianych na u stosowanym od 1992 r. zostały pobrane próbki gleb, w których oznaczono: ph potencjometrycznie, węgiel organiczny metodą pośrednią, azot ogólny metodą Kjeldahla, przyswajalne formy K i P metodą Egnera-Riehma, wymienny magnez w octanie amonu (1 mol dm -3 ), pojemność sorpcyjną metodą Kappena. Zamieszczone w pracy plony roślin obejmują okres od 1992 i są średnią z 4 lat (ziemniaki) lub 3 lat (owies). Wyniki i dyskusja Plony ziemniaków były znacznie bardziej zróŝnicowane na poszczególnych kombinacjach na polu a niŝ z iem (tab. 1). Na podkreślenie zasługuje fakt, Ŝe z badanych 3 składników pokarmowych (N, P, K) największą obniŝkę plonów, na polu a, otrzymano na poletkach fosforu (KN) a najmniejszą azotu (PK). Jest to bardzo nietypowe działanie tych składników pokarmowych, co wskazuje jak bardzo gleba jest wyczerpana z dostępnych form fosforu i potasu. Z tego powodu największy przyrost plonów ziemniaków pod wpływem a otrzymano przy nawoŝeniu NK (o 103%) a najmniejszy przy nawoŝeniu PK o 38%w stosunku do obiektu a. Stwierdzono równieŝ znacznie większe działanie a przy pełnym nawoŝeniu mineralnym na glebie niewapnowanej - NPK (62%) niŝ na wapnowanej - CaNPK (28%). Wyniki te wskazują, Ŝe regeneracyjne działanie a na plonowanie moŝe być bardzo duŝe na glebach bardzo ubogich w fosfor i bardzo kwaśnych, mimo Ŝe zawiera najmniej P i mało wpływa na odczyn gleb. Takie działanie a moŝe wynikać z tego, Ŝe zmniejsza on aktywność jonów glinu, który uwstecznia dostępne formy fosforu i nie działa on wtedy toksycznie na system korzeniowy roślin. Znaczne złagodzenie ujemnego wpływu niedoboru fosforu na glebie bardzo kwaśnej otrzymał równieŝ STĘPIEŃ [2004]. Tabela 1; Table 1 Plony bulw ziemniaków i ziarna owsa (t ha -1 ) na polu a (od 1923) i z iem (od 1992) w zaleŝności od wieloletniego nawoŝenia mineralnego
NawoŜenie Fertilization DZIAŁANIE OBORNIKA NA GLEBIE BARDZO KWAŚNEJ... 153 Yields of potato tubers and oat grains (t ha -1 ) on soil (since 1923) and with (since 1992) depending on long term mineral fertilization ziemniaki; potato a Plony; Yields (t ha -1 ) owies; oat a Przyrost plonu Yields increase (%) ziemniaki potato 0 8,80 14,87 1,19 1,72 69 44 CaNPK 16,02 20,49 3,89 4,05 28 4 NPK 12,26 19,87 3,34 3,70 62 11 PK 11,08 15,32 1,21 1,85 38 53 PN 8,71 15,94 2,00 2,89 83 45 KN 7,87 15,98 0,90 2,07 103 130 średnie; Mean 10,79 17,08 2,09 2,71 64 48 NIR; LSD 1,62 0,36 owies oat Jeszcze większe obniŝenie plonu spowodowane brakiem fosforu w glebie na polu a otrzymano przy uprawie owsa. RównieŜ i w tym przypadku znacznie złagodził ujemny wpływ braku fosforu, gdyŝ zwiększył plony o 130% przy nawoŝeniu KN i tylko o 11% przy nawoŝeniu NPK. Podobne były zwyŝki plonów owsa pod wpływem a na obiektach nienawoŝonych azotem (PK) lub potasem (NP) (45-53%), a bardzo małe przy pełnym nawoŝeniu mineralnym (CaNPK i NPK). W przeciwieństwie do ziemniaków mały efekt nawoŝenia iem na plonowanie owsa na glebie bardzo kwaśnej (NPK) moŝe wynikać z tego, Ŝe owies jest bardziej tolerancyjny na silne zakwaszenie gleb. MoŜna było oczekiwać, Ŝe czterokrotne zastosowanie a zwiększy nie tylko zawartość próchnicy oraz składników pokarmowych w glebie, ale równieŝ pojemność sorpcyjną. Tymczasem nie otrzymano znaczących róŝnic w pojemności sorpcyjnej na polu a i z iem (tab. 2). Jedynie na obiekcie kontrolnym (0) większa była pojemność sorpcyjna na obiekcie z iem niŝ tego nawozu. Na podkreślenie zasługuje jednak fakt, Ŝe z trudnych do wytłumaczenia powodów, na obydwóch polach najniŝsza była pojemność sorpcyjna przy pełnym nawoŝeniu mineralnym. Zawartość węgla organicznego nieznacznie tylko zwiększała się w glebie, mimo czterokrotnego zastosowania a w dawce 30 t ha -1 (tab. 2). Średni przyrost C organicznego w glebie po 13 latach systematycznego nawoŝenia iem wynosił 0,26 g kg -1 (975 kg ha -1 ), co w porównaniu do ilości węgla wprowadzonego do gleby z iem stanowi jedynie ok. 8,1%. Tak niski współczynnik humifikacji wskazuje na szybką mineralizację a na glebie nienawoŝonej tym nawozem przez kilkadziesiąt lat. Innym powodem moŝe być to, Ŝe im dłuŝszy jest okres od zastosowania a do pomiaru zawartości C organicznego w glebie, tym mniejsza jest wartość współczynnika humifikacji. Wskazują na to wyniki badań tych samych autorów na innych doświadczeniach wieloletnich [MERCIK i in. 2005]. Przyrost C organicznego w glebie pod wpływem a nie był jednakowy na wszystkich kombinacjach nawoŝenia mineralnego. Największy przyrost węgla organicznego otrzymano w glebie nienawoŝonej fosforem (NK) lub potasem (NP.), natomiast nie otrzymano przyrostu przy pełnym nawoŝeniu mineralnym (CaNPK). Wynika z tego, Ŝe największy przyrost C organicznego pod wpływem a otrzymano na glebie o najmniejszej zawartości próchnicy. Na polu z iem najmniej węgla w glebie
154 S. Mercik, W. Stępień znajduje się na poletkach nie nawoŝonych azotem. Prawdopodobnie wynika to z większej mineralizacji substancji organicznej niŝ na obiektach nawoŝonych tym składnikiem. NawoŜenie Fertilization Pojemność kompleksu sorpcyjnego (T), zawartość azotu ogólnego (N) oraz węgla organicznego (C) w glebach nienawoŝonych (od 1923 r.) oraz nawoŝonych iem (od 1992 r.) w zaleŝności od wieloletniego nawoŝenia mineralnego Cation exchange capacity (CEC), organic carbon and total nitrogen in soils (since 1923) and with (since 1992) depending on long term mineral fertilization T; CEC (mmol+ kg -1 ) a N ogólny; Total N (g. kg -1 ) a C organiczny Organic C (g kg -1 ) a Tabela 2; Table 2 a C : N O 45,7 50,4 0,379 0,473 4,89 5,10 12,9 10,8 CaNPK 43,6 44,1 0,488 0,502 5,60 5,62 11,5 11,2 NPK 48,2 47,8 0,473 0,546 5,51 5,57 11,6 10,2 PK 50,1 50,0 0,415 0,451 5,01 5,09 12,1 11,3 PN 50,0 49,0 0,480 0,524 4,92 5,50 10,3 10,5 KN 47,1 49,1 0,437 0,524 4,80 5,42 11,0 10,3 Średnie; Mean 47,4 48,4 0,445 0,503 5,12 5,38 11,6 10,7 Stosowanie a w nieco większym stopniu zwiększało ilość N ogólnego (o 13%) niŝ C organicznego (o 5%). Wskazuje na to przewaŝnie węŝszy stosunek C : N na polu z iem. Największy przyrost azotu ogólnego w glebie pod wpływem a otrzymano na poletkach kontrolnych (0) oraz przy nawoŝeniu KN. Przy takim nawoŝeniu plony były najniŝsze i małe było wyczerpanie gleby z azotu. DuŜy dodatni wpływ na zawartość N w glebie wywierało nawoŝenie tym składnikiem. Na obydwóch polach a i z iem, najmniej N ogólnego znajdowało się w glebie nienawoŝonej tym składnikiem (PK i 0). Z podstawowych składników pokarmowych najwięcej jest w u potasu. Głównie z tego powodu nawoŝenie iem w największym stopniu zwiększało w glebie zawartość tego składnika (tab. 3). Przy 4-krotnym zastosowaniu a wprowadzono do gleby około 660 kg K ha -1, natomiast zwiększyło się w warstwie ornej gleb średnio tylko o 30,5 mg K kg -1 dostępnego (115 kg K ha -1 ) co stanowi 17% w stosunku do dawki. Pozostała część potasu z a (545 kg K ha -1 ) została prawdopodobnie silnie związania przez fazę stałą gleby, pobrana przez rośliny lub została wymyta do głębszych warstw. W obliczeniach tych nie uwzględniono pobrania K przez rośliny, gdyŝ nie oznaczono składu mineralnego łęt ziemniaczanych, które zawierają duŝo potasu. Największy przyrost K dostępnego w glebie pod wpływem nawoŝenia iem otrzymano przy pełnym nawoŝeniu NPK (50,8 mg kg -1 ) i ponad dwukrotnie mniejszy na kombinacjach PK, PN, KN. Na zawartość K w glebie najbardziej wpływało wieloletnie stosowanie soli potasowej oraz poziom plonowania. Najmniej K zawierały gleby nienawoŝone tym składnikiem (0, PN) a najwięcej nawoŝone tylko potasem i fosforem (PK), na których plony, a tym samym pobieranie K przez rośliny było najmniejsze.
DZIAŁANIE OBORNIKA NA GLEBIE BARDZO KWAŚNEJ... 155 Tabela 3; Table 3 Zawartość przyswajalnych form K, P, Mg (mg kg -1 ) w glebach nie nawoŝonych (od 1923 r.) oraz nawoŝonych iem (od 1992 r.) w zaleŝności od wieloletniego nawoŝenia mineralnego NawoŜenie Fertilization Content of available K, P and Mg in soil (since 1923) and with (since 1992) depending on long term mineral fertilization a K P Mg a a 0 53,2 88,8 23,7 35,4 24,8 15,6 CaNPK 101,2 134,0 57,2 61,0 42,4 36,0 NPK 88,8 139,6 64,9 77,1 13,8 21,9 PK 139,2 162,4 78,9 103,6 19,6 19,9 PN 56,0 76,2 77,1 99,0 8,8 9,9 KN 121,6 142,4 26,7 37,2 5,5 8,9 Średnie; Mean 93,4 123,9 54,7 68,9 19,1 18,7 Zawartość fosforu w glebie równieŝ wzrastała po zastosowaniu a, średnio o 14,2 mg P kg -1. JeŜeli zrobimy podobne wyliczenia jak dla potasu, to w stosunku do dawek odnajdywano w glebie znacznie więcej fosforu (37%) niŝ potasu. Przypuszczalnie mniejsze było przemieszczanie fosforu do głębszych warstw gleby i mniejsze pobranie tego składnika przez rośliny. Przyrost fosforu w glebie pod wpływem a był jednak bardzo zróŝnicowany na poszczególnych kombinacjach. Najmniejszy był przy nawoŝeniu CaNPK (6,6%) a największy na obiektach PK (31%). Zawartość fosforu dostępnego w glebie najbardziej zaleŝała od nawoŝenia tym składnikiem i poziomu plonowania. Gleba nienawoŝona fosforem (0, KN) ani iem zawierała 24-27 mg P kg -1, a nawoŝona wyłącznie iem 35-37 mg P kg -1. Natomiast na obiektach nawoŝonych fosforem i przy niskim plonowaniu (PK, PN) zawierała odpowiednio 77-79 mg a i 99 mg P kg -1 z iem. Wyniki te wskazują, Ŝe ilość tego składnika jest tym mniejsza im większy jest plon roślin. Nie otrzymano jednoznacznego wpływu nawoŝenia iem na zawartość magnezu wymiennego w glebie. Magnez jest bowiem bardzo łatwo wymywany i dlatego nie naleŝało oczekiwać wzrostu zawartości tego składnika wprowadzanego w stosunkowo niskich dawkach raz na 4 lata z iem. Obornik nawet zmniejszał ilość Mg w glebie przy nawoŝeniu CaNPK i na poletkach kontrolnych, natomiast zwiększał ilość Mg w glebach nawoŝonych NPK i KN. Wnioski 1. Na glebach silnie kwaśnych nienawoŝonych N, P, K od 1923 r. niŝsze plony ziemniaków i owsa otrzymano na obiekcie fosforu (NK) niŝ azotu (PK) i potasu (PN). 2. Na glebach bardzo wyczerpanych z dostępnych form N, P lub K oraz silnie
156 S. Mercik, W. Stępień kwaśnych, największy przyrost plonu pod wpływem a otrzymuje się na obiektach nienawoŝonych fosforem (NK), a w przypadku ziemniaków równieŝ potasem (NK i NP). 3. Po czterokrotnym zastosowaniu a na przestrzeni 13 lat, jedynie 8% węgla z a uległa humifikacji. Pozostała część C org. z a uległo mineralizacji. Przy takim stosowaniu a największy przyrost C org. w glebie otrzymano na obiektach bardzo wyczerpanych z fosforu lub potasu (NK; NP), natomiast azotu ogólnego na glebie wyczerpanej z fosforu (NK) i na kontroli nawozów mineralnych (0). 4. Po czterokrotnym zastosowaniu a na przestrzeni 13 lat odnajdywano w glebie w formie przyswajalnej 37% fosforu i 17% potasu w stosunku do ilości wprowadzonych z iem. Literatura BAUMECKER M., ELLMER F. 1999. Development of soil organic mater content in longterm field trials at Thyrow (Germany). Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 465: 273-279. BLECHARCZYK A. 1999. Forty-years fertilizing experiment in Brody with crops grown continuously and in crop rotation. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 465: 261-272. FOTYMA E., LIPIŃSKI W., PIETRZAK C. 2001. Regionalne zróŝnicowanie odczynu i zawartości składników mineralnych w glebach Polski. Pam. Puławski 124: 69-80. ŁABĘTOWICZ J., KUSZELEWSKI L., KORC M., SZULC W. 1999. Znaczenie nawoŝenia organicznego dla trwałości plonów i równowagi jonowej gleby lekkiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 465: 123-134. MERCIK S., RUMPEL J., STĘPIEŃ W. 1999. Zawartość oraz dynamika rozkładu organicznych związków węgla i azotu w zaleŝności od wieloletniego nawoŝenia mineralnego i organicznego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 467: 159-167. MERCIK S., STĘPIEŃ M., STĘPIEŃ W., SOSULSKI T. 2005. Dynamics of organic carbon content in soil depending on long- term fertilization and crop rotation. Rocz. Glebozn. LVI(3/4): 53-59. MERCIK S., STĘPIEŃ W. 2005. The most important soil properties and yields of plants In 80 th years of static fertilizing experiments in Skierniewice. Fragm. Agron. XXII 1(85): 189-201. STANISŁAWSKA-GŁUBIAK E., KORZENIOWSKI J. 2005. Wpływ róŝnych systemów nawoŝenia na zawartość węgla organicznego w glebie w doświadczeniu 32 letnim. Fragm. Agron. XXII(1): 274-282. STĘPIEŃ M. 2004. Przydatność a do poprawienia produktywności i właściwości gleb zdegradowanych wieloletnim niezrównowaŝonym nawoŝeniem mineralnym. Praca doktorska SGGW Warszawa: 148 ss. SZAFRANEK A. 2000. Wpływ uŝytkowania rolniczego na właściwości fizykochemiczne gleb płowych Wysoczyzny KałuŜyńskiej. Rocz. Glebozn. LI(3/4): 97-105. Słowa kluczowe: wieloletnie nawoŝenie mineralne, nawoŝenie iem, ziemniaki, owies, właściwości chemiczne gleb Streszczenie
DZIAŁANIE OBORNIKA NA GLEBIE BARDZO KWAŚNEJ... 157 Wieloletnie statyczne doświadczenia nawozowe w Skierniewicach zostały załoŝone w latach 1922-1924 na 21 polach z uwzględnieniem róŝnych systemów zmianowania i nawoŝenia. Plony ziemniaków i owsa od 1992 oraz właściwości chemiczne gleby z roku 2005 prezentowane w niniejszej publikacji pochodzą z 2 pól z następującym nawoŝeniem: 0, CaNPK, NPK, PK, PN, KN. Na jednym polu rośliny uprawia się w zmianowaniu dowolnym motylkowatych i a, a na drugim motylkowatych ale z iem od 1992 stosowanym co 4 lata w dawce 30 t ha -1. NajniŜsze plony ziemniaków i owsa na polu a otrzymano na poletkach fosforu (NK). Na obiektach tych największy był przyrost plonów pod wpływem a. Największy przyrost C organicznego w glebie po zastosowaniu a otrzymano na poletkach fosforu (NK) i potasu (NP). Tylko 8% węgla z a zostało zmumifikowane. Największy przyrost azotu ogólnego w glebie w wyniku zastosowania a otrzymano na poletkach nie nawoŝonych tym składnikiem (PK i 0). Zawartość dostępnego fosforu i potasu w glebach zaleŝała głównie od nawoŝenia tymi składnikami a mniej od stosowania a. Zastosowanie a najbardziej zwiększało ilość fosforu w glebie na kombinacji PK i KN a potasu na kombinacji NPK. EFFECT OF FARMYARD MANURE () ON VERY ACID SOIL EXCHAUSTED OF MACRONUTRIENT FOR MANY YEARS Stanisław Mercik 1, Wojciech Stępień 2 1 University of Mazuriensis, Olecko 2 Department of Science of Soil Environment, Warsaw Agricultural University, Warszawa Key words: many years mineral fertilization, manure fertilization, potatoes, oat, soil chemical properties Summary Long-term fertilization experiments in Skierniewice were founded in the years 1922-24 in 21 fields, with different rotation and fertilization systems. Potato and oat yields from 1992 and soil chemical properties from 2005, presented in this paper concern two fields with the following fertilization: 0, CaNPK, NPK, PK, PN, KN. In the first field the plants were grown in the arbitrary rotation legumes and and in the other one legumes but with from 1992. The lowest yields of potato and oat on fields, were obtained on plots phosphorus (NK). On those plots biggest yields increase after application was obtained. The biggest organic carbon increase after application was obtained on treatment phosphorus (NK) and potassium (NP). Only 8% of carbon from was transformed into humus. increased the total N content in the soil mostly in treatments nitrogen (PK, 0). As it could be expected the soil content of available phosphorus and potassium depended mostly on the fertilization with those elements. The application of mostly increased the amount of phosphorus in the soil in the PK and KN treatment and potassium in the NPK treatments. Dr Wojciech Stępień
158 S. Mercik, W. Stępień Wydziałowa Stacja Doświadczalna Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Sobieskiego 10 96-100 SKIERNIEWICE e-mail: wojciech_stepien@sggw.pl