SŁOMA CENNYM NAWOZEM
Szacuje się, że plony słomy zbóż i rzepaku w Polsce wynoszą około 30 mln ton. Corocznie wykorzystuje się w produkcji rolnej około 15 mln ton tej masy (ściółki, podłoża do uprawy grzybów itp.). Przemysłowe bezściołowe technologie chowu zwierząt powodują ograniczone zapotrzebowanie na słomę i dostępność obornika, jako prekursora próchnicy. Obserwowany rozdział produkcji roślinnej od produkcji zwierzęcej spowodował, że udział zbóż i kukurydzy w strukturze zasiewów często przekracza 70%. W takich gospodarstwach często na całym areale po żniwach pozostaje słoma i, nie mogąc jej wykorzystać w produkcji zwierzęcej oraz nie posiadając odpowiedniej wiedzy, rolnicy ulegają pokusie i wykorzystują słomę do przetwarzania na energię dla własnych celów lub sprzedają ją do wytwarzania brykietów. W wyniku tego narasta proces degradacji naszych gleb, co w dłuższym okresie przyczyniać się będzie do spadku ich żyzności i zmniejszania zasobów próchnicy.
Zmniejszanie zawartości substancji organicznej w glebach skutkować będzie zarówno pogorszeniem jakości plonów, obniżeniem zdolności sorpcyjnej i retencji wód, jak i zwiększoną podatnością na przesuszenie oraz zwiększoną podatnością na erozję wodną i wietrzną. Idealnie byłoby, gdyby w każdym gospodarstwie co najmniej ¼ pól corocznie mogła być nawożona obornikiem lub kompostami. Wprowadzona po przekompostowaniu materia organiczna zwracałaby do gleb szereg mikroskładników pokarmowych oraz pozwalałaby na odtwarzanie próchnicy glebowej. Jednakże tak nie jest i dlatego racjonalne zagospodarowanie słomy, zapewniające odtworzenie zasobów próchnicy w celu zachowania jej zdolności produkcyjnych, jest wyzwaniem dla współczesnego rolnictwa. Żyzność gleb rolnicy poprzez odpowiednie płodozmiany budowali przez pokolenia. Biomasę można wywieźć z pola dość łatwo, natomiast ponowne odbudowanie materii organicznej w glebie jest procesem złożonym i długotrwałym.
Prowadzona gospodarka, polegająca na przedkładaniu chwilowych korzyści materialnych, uzyskiwanych w efekcie sprzedaży słomy, prowadzi nieuchronnie do degradacji gleb w wyniku zaniedbania odtwarzania próchnicy. Dla rolnika oznacza to w dłuższej perspektywie pozbawianie się wydajnego warsztatu pracy. W przypadku przyorania samych resztek pożniwnych (ściernisko i korzenie) tzw. współczynnik reprodukcji materii organicznej jest ujemny. Regularne przyorywania słomy zapewniają utrzymanie żyzności gleby w efekcie zwiększania poziomu próchnicy, co oznacza poprawę właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych gleby.
Większa zawartość próchnicy podtrzymuje tak bioróżnorodność organizmów glebowych, jak i zmniejsza podatność gleb na procesy erozyjne oraz zwiększa ich żyzność. Ponadto przyorana słoma zapewnia powrót do gleby składników mineralnych niezbędnych dla rozwoju roślin (Tabela 1). Większa zawartość próchnicy podtrzymuje bioróżnorodność organizmów glebowych, jak i zmniejsza podatność gleb na czynniki stresowe.
Właściwie prowadzona technologia przyorywania i dodatkowego nawożenia mineralnego zapewnia odbudowę i ustabilizowanie próchnicy. Należy podkreślić, że wzrost zawartości próchnicy o 1% zwiększa o 30% retencję wodną gleb.
Słoma zawiera znaczne ilości złożonych związków organicznych, takich jak celuloza (30–35%), hemicelulozy (30–38%) oraz ligniny (18–22%), które mogą być rozkładane jedynie przez drobnoustroje (bakterie i grzyby). Rola pozostałych organizmów glebowych (pierwotniaków, mikro- i mezofauny) w tych procesach jest ograniczona jedynie do mechanicznego rozdrabniana resztek pożniwnych. Racjonalne wykorzystanie słomy jako źródła do budowy próchnicy w glebach uprawnych zależne jest od zrozumienia funkcjonowania określonych zespołów drobnoustrojów odpowiedzialnych za poszczególne procesy glebowe oraz ich wzajemnych zależności we wspólnocie mikroorganizmów glebowych. Brak zrozumienia tych zależności prowadzi często do podejmowania błędnych decyzji, wywołujących zarówno wymierne szkody ekonomiczne jak i środowiskowe.
SŁOMA MOŻE SPRAWIAĆ KŁOPOTY
Najczęściej negatywny wpływ przyorywanej słomy ujawnia się w przypadku jej przyorania bez rozdrobnienia i wymieszania przed orką w uprawach ozimin w mokrych latach, tak na glebach zwięzłych jak również zakwaszonych. Obserwuje się żółknięcie ozimin po wschodach oraz ich słabe przezimowanie. Najczęściej fakt ten wyjaśniany jest szerokim stosunkiem węgla do azotu (C:N) w słomie, który w skrajnych przypadkach osiąga wartość nawet 100:1. Porównuje się ten wskaźnik do wartości C:N w dojrzałym oborniku, gdzie wynosi on około (15÷20):1. Dlatego panuje powszechne przekonanie, że gorsza kondycja ozimin po przyoraniu słomy wynika z ograniczenia dostępności azotu, znajdującego się w glebie, dla roślin, który konkurencyjnie zużywają drobnoustroje glebowe dla swojego rozwoju, wykorzystując związki organiczne słomy.
Jednakże, główną przyczyną gorszej kondycji ozimin po przyoraniu słomy jest akumulacja w glebie produktów fermentacji, prowadzonych przez bakterie. W wa- runkach nadmiernego uwilgotnienia i zakwaszenia, bakterie wykorzystują produkty rozkładu słomy do procesów fermentacji i wydzielają kwas octowy, propionowy, mlekowy i masłowy, etanol, butanol oraz aceton. Produkty te, jak również kwasy fenolowe, będące produktami hydrolizy lignin, m.in. kwas benzoesowy, salicylowy i syryngowy, są fitotoksyczne. Wrażliwość różnych gatunków roślin na oddziaływanie tych kwasów jest zróżnicowana i zależy od odczynu gleby. W glebach kwaśnych kwasy organiczne są bardziej toksyczne, ponieważ są rozpuszczalne w lipidach membranowych komórek korzeni. To powoduje ich uszkodzenie: nekrozy, zwiększoną podatność na infekcje, ograniczenie pobierania składników pokarmowych. Efektem ich oddziaływania jest żółknięcie roślin po wschodach.
Produkty fermentacji zwiększają wypadanie roślin po wschodach oraz powodują gorsze przezimowanie. Ponadto kwasy te w warunkach beztlenowych, np. w okresach intensywnych opadów, mogą być łatwo wykorzystywane przez bakterie redukujące siarczany do siarkowodoru, który również jest toksyczny. Powoduje on „duszenie” się roślin, przez co zwiększa ich podatność na infekcje. Również bakterie denitryfikacyjne w warunkach beztlenowych wykorzystują kwasy organiczne i redukują azotany do form gazowych azotu, powodując znaczne straty tego składnika.
Prowadzone badania na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu wykazały w latach 1998-1999 ze znaczną ilością opadów ograniczenie wschodów i przezimowania zarówno pszenicy jak i rzepaku o 10-15% nawet na glebach lekkich z przyoraną słomą bez jakiegokolwiek nawożenia, co związane było ze zwiększoną zawartością kwasów organicznych w poziomie akumulacyjnym gleb (Tabela 2).
JAK RACJONALNIE WYKORZYSTAĆ RESZTKI POŻNIWNE?
Powszechnie panuje pogląd, że w celu ograniczenia negatywnych skutków przyorywania słomy należy zastosować nawożenie azotem, co oczywiście ogranicza negatywne skutki przyorywania słomy i akumulację produktów fermentacji. Zastosowanie nawożenia azotem bezpośrednio na słomę przed jej przyoraniem powoduje przyspieszenie mineralizacji. Jednakże w znacznym stopniu ogranicza to procesy transformacji słomy w substancje próchniczne. Jedynie zastosowanie gnojowicy do nawożenia pól bezpośrednio przed przyorywaniem słomy, ze względu na zawarte w niej składniki pokarmowe dla roślin, można uznać za racjonalne, chociaż odbudowa próchnicy jest wtedy również w znacznym stopniu ograniczona.
W łatwiejszy i tańszy sposób możemy zapobiegać negatywnemu oddziaływaniu przyoranej, w warunkach wilgotnej jesieni słomy, jak również ograniczyć zużycie nawozów azotowych przez prosty zabieg wapnowania w formie węglanowej lub wapnem magnezowo-wapniowym. Możliwe jest wykorzystanie nawet dolomitów dobrze rozdrobnionych (0–2 mm), o odkwaszających słabych właściwościach, zawierających cenne mikroelementy (m.in. cynk, molibden), które zostają udostępniane pod wpływem kwasów organicznych produktów fermentacji. W celu ograniczenia negatywnych skutków procesów rozkładu słomy wystarczająca jest dawka 250–750 kg CaO · ha-1 w formie CaCO3, pod warunkiem wcześniejszego uregulowanego odczynu gleby na danym stanowisku. Sole wapniowe i magnezowe kwasów organicznych nie są rozpuszczalne i przestają negatywnie wpływać na wzrost roślin oraz nie podlegają dalszemu utlenianiu w warunkach beztlenowych przez bakterie produkujące siarkowodór, metan i redukujące azotany.
Przeprowadzone badania porównawcze nad tempem mineralizacji rozdrobnionej słomy kukurydzianej w dawce równoważnej 20 tonom na 1 ha, wymieszanej z glebą, wykazały, że zastosowanie azotu mineralnego na słomę jest „zapałką”, która inicjuje intensywne biologiczne „spalanie”. Zastosowanie saletry amonowej oraz siarczanu amonu w dawce 7 kg N na 1 tonę słomy już po upływie trzech miesięcy spowodowało praktycznie całkowitą mineralizację węgla organicznego, wprowadzonego w postaci słomy do gleby. Całkowita zawartość węgla organicznego w glebie wróciła do poziomu wyjściowego. Nawożenie azotem w przeciwieństwie do wapnowania nie zmienia w istotny sposób kierunku procesów metabolicznych drobnoustrojów glebowych, natomiast zwiększa tempo mineralizacji materii organicznej i emisję dwutlenku węgla oraz ogranicza tworzenie próchnicy i procesy wiązania wolnego azotu. W przeciwieństwie do na- wożenie azotem wapnowanie, szczególnie formą pylistą, zwiększyło w znacznym stopniu akumulację kwasów huminowych, które stanowią istotną frakcję sub- stancji próchnicznych w glebie (Tabela 3). Zabieg wapnowania słomy pozwala na istotne ograniczenie zużycia nawozów azotowych oraz na poprawę żyzności gleb w efekcie zwiększenia zawartości związków próchnicznych i polepszenia struktury gleb.
CZY WARTO STOSOWAĆ PREPARATY MIKROBIOLOGICZNE?
Równocześnie wśród rolników narasta zainteresowanie możliwością wykorzystania różnego rodzaju biologicznych preparatów, zawierających mikroorganizmy jako tańszej alternatywy w stosunku do nawożenia słomy azotem. Często podnoszony jest argument, że obserwowane negatywne skutki przyorywania słomy możemy zniwelować, stosując preparaty biologiczne przyśpieszające roz- kład słomy, bo zastosowanie biopreparatów pozwala na zwiększenie aktywności biologicznej gleb. Tendencja ta jest również odzwierciedleniem panującego wśród konsumentów, nie do końca uzasadnionego odczucia, że konwencjonalne rolnictwo, wykorzystujące nawozy mineralne oraz syntetyczne środki ochrony roślin, jest „gwałtem” na środowisku. Na bazie narastającego zapotrzebowania konsumentów na naturalną żywność produkowaną bez „chemii”, tzw. ekologiczną, pojawiło się na rynku wiele preparatów biologicznych, które reklamowane są jako alternatywne rozwiązania zastępujące nawozy mineralne i środki ochrony roślin. Wiele tych środków, według deklaracji ich producentów, zawiera mikroorganizmy glebowe, które mają być panaceum na wszystkie problemy współczesnego rolnictwa.
Czytając opisy szeregu biopreparatów, zawierających różnego rodzaju mieszaniny żywych mikroorganizmów, znajdujemy z reguły enigmatyczne stwierdzenia typu: „aktywna flora mikrobowa” czy „preparat składa się z trzech grup mikroorganizmów: bakterie kwasu mlekowego, drożdże, bakterie fotosyntetyczne”. Znamienny jest komentarz, poświęcony wartości różnych mikrobiologicznych środków ochrony roślin, nawozów, aktywatorów i środków kondycjonujących gleby, przedstawiony przez Dunigan`a już w 19791 roku. Napisał on: „Ich sposób działania jest z reguły okryty całunem tajemniczości oraz brak jest powtarzalnych danych podpierających twierdzenia o ich skuteczności. Większość tych stwierdzeń oparta jest jedynie na świadectwach rolników. Twierdzenia o wyższych plonach lub o zmniejszaniu pewnych problemów związanych z uprawą gleb, niestety, są bardzo często apelami do rolników. Zmienności wyników w doświadczeniach polowych są większe od 20% i bardzo rzadko niższe od 5%.” Komentarz ten nie stracił na aktualności.
Na temat roli drobnoustrojów w glebie rozpowszechnianych jest szereg informacji, które można określić jako mity. Do najczęściej przytaczanych należy stwierdzenie, że stosowanie nawozów mineralnych i środków ochrony roślin powoduje wyjałowienie gleb i dlatego niezbędne jest przywrócenie życia biologicznego. Poziom akumulacyjny gleb uprawnych w naszych warunkach klimatycznych „tętni życiem”. W glebach bielicowych wytworzonych z piasków masa bytujących organizmów sięga 1 – 3 t/ha, a w czarnoziemach wytworzonych z lessów nawet do 10 t/ha. (Rys. 1).
Sensowność stosowania biopreparatów zawierających nawet po kilkaset gra- mów biomasy drobnoustrojów należy rozpatrzyć, biorąc pod uwagę potencjał tej olbrzymiej masy organizmów glebowych2. Dlatego też wątpliwym wydaje się możliwość zmian procesów biologicznych w glebach tak dużej biomasy żywych organizmów w efekcie dodatkowego wprowadzenia tak niewielkiej ilości obcych dla danej gleby drobnoustrojów.
Kolejnym argumentem, wysuwanym przez propagatorów mikrobiologicznych preparatów doglebowych, jest teza o możliwości udostępniania roślinom składników pokarmowych, głównie azotu i fosforu. Jednak proces wiązania wolnego azotu wymaga znacznego nakładu energii. Asymilacja 100 kg azotu w zależności od gatunku bakterii glebowych wymaga zużycia 2-5 ton prostych węglowodanów (glukoza, sacharoza, fruktoza), przy dobrej dostępności przyswajalnego molibdenu, miedzi, magnezu, wapnia, żelaza oraz siarczanów. Równocześnie o te same składniki (organiczne i mineralne) konkurują pozostałe drobnoustroje oraz rośliny. Dlatego teza o możliwości zastąpienia nawożenia roślin azotem poprzez szczepienie gleb bakteriami asymilującymi azot atmosferyczny jest niedorzeczna. Jedynym znanym od wieków sposobem wykorzystania potencjału bakterii, wiążących wolny azot dla zwiększania zasobności gleb w ten składnik pokarmowy, jest uprawa roślin motylkowych. Dominującym składnikiem biomasy w glebach uprawnych są drobnoustroje,
a wśród nich grzyby, których biomasa w skrajnych przypadkach może stanowić aż 80% całości. Odgrywają one decydującą rolę w procesach mineralizacji resztek pożniwnych oraz w tworzeniu próchnicy glebowej. Wśród bakterii dominującą grupę stanowią Gram-dodatnie, a wśród nich promieniowce. Spośród czynników, które w największym stopniu wpływają na aktywność oraz bioróżnorodność drobnoustrojów glebowych, na pierwszym miejscu należy wymienić zabiegi uprawowe. Wieloletnie badania porównawcze nie pozastawiają cienia wątpliwości, że bez względu na system uprawy: biodynamiczny, organiczny czy konwencjonalny, każdy z nich prowadzi do drastycznego i podobnego uproszczenia bioróżnorodności w porównaniu do gleb naturalnych3. Jednocześnie całkowita biomasa pozostaje na podobnym poziomie.
JAK DROBNOUSTROJE PRACUJĄ BEZ AZOTU?
Przy niedoborze azotu drobnoustroje intensywniej przekształcają słomę w sub- stancje humusowe i bakterie „zmuszone” są do wiązania azotu atmosferycznego. Bakterie wiążące azot, tzw. diazotrofy, licznie występują w glebach. Znanych jest kilkaset gatunków bakterii glebowych zdolnych do asymilacji azotu atmosferycznego. Głównym czynnikiem ograniczającym ich aktywność jest zakwaszenie oraz stosowane nawożenie azotem, jak również brak wapnia, magnezu i molibdenu. Bakterie diazotroficzne są „wygodne”, nie wiążą wolnego azotu, jeżeli dostarczymy im tego składnika. Wiele badań wykazało, że zastosowanie na rozdrobnioną słomę węglanów magnezowo-wapniowych przed wymieszaniem z glebą, pozwala uzyskać dodatkowo w glebie 15–25 kg N · ha-1 w efekcie działalności diazotrofów. Szczególnie efektywnego procesu wiązania wolnego azotu możemy oczekiwać w przypadku słomy kukurydzy.
Badania prowadzone w Katedrze Ochrony Roślin UP we Wrocławiu wykazały, że tkanki kukurydzy zasiedlane są przez liczne gatunki bakterii zdolnych do wiązania wolnego azotu. Równocześnie ograniczone są procesy nitryfikacji i wymywania w okresie jesienno-zimowym składników mineralnych do wód gruntowych. Przeprowadzone w latach 2014 – 2015 analizy zawartości azotu mineralnego w glebach wiosną, po szczególnie ciepłej zimie, na terenie Dolnego Śląska, na polach po zastosowaniu pylistego wapna węglanowego jak i pylistych dolomitów na słomę zbóż i kukurydzy, wykazały zawartości azotu w warstwie ornej w zakresie od 75 do 120 kg N ha-1. Jednak należy pamiętać, że wapnowanie słomy nie zastąpi nie- zbędnego zasilenia przedsiewnego azotem w przypadku siewów roślin ozimych. W krótkim okresie od przyorania słomy mogą wystąpić niedobory azotu w glebie, ponieważ w niewielkim stopniu zaszły procesy wiązania wolnego azotu oraz mineralizacji słomy. Również w przypadku siewu zbóż jarych, po mroźnych okresach zimowych, ilość dostępnego azotu dla roślin może być znacznie niższa niż opisana powyżej. W okresach niskich temperatur nie zachodzą procesy mineralizacji i ilość związanego wolnego azotu będzie niewielka.
JAK RACJONALNIE ZASTOSOWAĆ WAPNOWANIE?
Warunkiem skutecznego działania słomy, jako nawozu i czynnika próchniczo-twórczego, jest staranne i odpowiednie jej rozdrobnienie. Dlatego już podczas zbioru przedplonu należy zwracać uwagę na pozostawienie niskiej ścierni oraz intensywne rozdrobnienie i równomierne rozrzucenie słomy po polu (patrz foto poniżej). Podstawowym warunkiem, zapewniającym odpowiednie wykorzystanie słomy, jest uregulowanie odczynu gleby na polach przez odpowiednie wapnowanie, najlepiej wapnem węglanowym, w zależności od aktualnego stopnia zakwaszenia. Bez wcześniejszego uregulowania odczynu zastosowanie jedynie wapnowania węglanami słomy nie zapewni odpowiednich efektów.
Bezpośrednio po zbiorze należy zwapnować, najlepiej wapnem pylistym, rozdrobnioną słomę (Fot. 2) i wymieszać dwukrotne z warstwą gleby na głębokość 8–12 cm za pomocą agregatu z sekcją zębów kultywatorowych (gruberów) (Fot. 3). Uprawę korzystnie jest przeprowadzić ukośnie do kierunku zbioru, co ograniczy powstawanie „mat” ze słomy na dnie bruzd w trakcie orki. Nie należy wykonywać podorywki jak również orki z przedpłużkiem.
Możliwe jest zaniechanie orki pod uprawy jesienne przy wykorzystaniu kompleksowych agregatów uprawowych, zapewniających przedsiewne doprawienie gleby. W przypadku przyorywania słomy pod zasiewy wiosenne, po wymieszaniu słomy z powierzchniową warstwą gleby, zalecane jest wykonanie orki zimowej w ostrą skibę.
W stanowiskach przeznaczonych pod rośliny ozime nawożenie fosforem i potasem najlepiej przeprowadzić bezpośrednio przed uprawami przedsiewnymi.
