Jak poprawić efektywność nawozów azotowych
Azot – jeden z najważniejszych składników pokarmowych – jest niezbędny i niezastąpiony w procesie uzyskiwania zadowalających plonów. Pokrycie zapotrzebowania roślin na ten pierwiastek to podstawa osiągnięcia optymalnej struktury plonu ziarna o dobrej jakości. Nawożenie azotowe jest także, zwłaszcza w ostatnim czasie, jednym z najistotniejszych kosztowo czynników produkcji roślinnej.
dr inż. Tomasz Piotrowski
Na efektywność ekonomiczną nawożenia azotowego bezwzględny wpływ mają czynniki, które mogą ograniczać jego działanie plonotwórcze. W literaturze naukowej wymienia się m.in.: dostępność wody, odczyn gleby, stan fizjologiczny roślin wynikający z warunków pogodowych, miejsce w płodozmianie, poziom zachwaszczenia, stan porażenia roślin chorobami, występowanie szkodników, termin siewu. Rolnik ma wpływ tylko na niektóre z tych czynników. Podejmując się racjonalizacji nawożenia azotowego upraw, należy dążyć również do optymalizacji tych wszystkich elementów.
Skuteczność nawożenia azotem – charakterystyka
Najistotniejsze ze wspomnianych już czynników wpływających na skuteczność nawożenia azotem zostały scharakteryzowane poniżej.
Odczyn i zasobność gleby
Uregulowanie odczynu gleby powoduje wzrost plonów w wyniku poprawy warunków wzrostu systemu korzeniowego oraz polepszenia właściwości środowiska glebowego. Poprawa jego parametrów fizycznych, chemicznych i biologicznych przyczynia się do lepszego wykorzystania wszystkich składników pokarmowych, w tym oczywiście także azotu. Obniżenie wartości pH gleby poniżej poziomu optymalnego dla azotu (pH 6–8) prowadzi do szybkiego spadku efektywności plonotwórczej tego pierwiastka. Przy pH < 5 występują zakłócenia w pobieraniu azotu i znaczne ograniczenie efektywności nawożenia, także poprzez zwiększenie jego strat.
Dawka i termin aplikacji.
Ilość stosowanego składnika powinna wynikać z zapotrzebowania rośliny na azot, zarówno w całym okresie wegetacji, jak i w określonych fazach rozwojowych. Z tego właśnie powodu stosuje się podział nawożenia tym składnikiem na dawki. Umożliwia to pokrycie zapotrzebowania rośliny na azot w zależności od tempa wzrostu i stadiów rozwojowych. Daje też możliwość korygowania nawożenia w trakcie sezonu wegetacyjnego w zależności od potrzeb łanu i przebiegu pogody. Ważne jest, aby poszczególne dawki azotu wyprzedzały okresy największej wrażliwości roślin na odżywienie tym składnikiem.
Ochrona upraw
Chwasty konkurują z roślinami uprawnymi o dostęp do wody, światła i składników pokarmowych. Choroby i szkodniki także należą do grupy biologicznych czynników ograniczających wzrost i plonowanie roślin. W pierwszej kolejności należy zadbać o eliminację roślin konkurencyjnych, a w celu zwiększenia odporności na patogeny zapewnić dostateczne zaopatrzenie roślin w odpowiednie składniki pokarmowe, chroniąc organy ich absorpcji.
Nawożenie startowe. Stymuluje ono rozwój systemu korzeniowego rośliny, pozwalając na korzystanie z większej objętości pokarmowych zasobów glebowych stanowiska. Wpływa to na lepsze wykorzystanie przez rośliny zastosowanych dawek nawozów, czego najczęstszym dowodem jest zwiększone plonowanie. Plantacje charakteryzują się lepszym wigorem początkowym rośliny, przyspieszeniem rozwoju oraz lepszym wyrównaniem wschodów. W późniejszym okresie obserwuje się przyspieszenie kwitnienia i dojrzewania.
Azot w nawozach
W nawozach azot obecny jest w trzech formach: azotanowej – saletrzanej (N-NO3-), amonowej (N-NH4+) i amidowej (N-NH2). Każda z nich charakteryzuje się innym sposobem działania, a zastosowanie odpowiedniej formy azotu uzależnione jest przede wszystkim od aktualnych potrzeb roślin.
Forma azotanowa charakteryzuje się szybkim działaniem – roślina w krótkim czasie zaopatrzana jest w azot. Przyjmuje się, że jest to forma typowo pogłówna, uzupełniająca, która działa szybko, ale w krótkim czasie. Nie jest zalecana do aplikacji dużej dawki azotu. Atutem tej formy azotu jest brak konieczności mieszania jej z glebą, a także sprzyjanie pobieraniu przez rośliny potasu, magnezu i wapnia. Wady azotu azotanowego to łatwość ulegania stratom w wyniku wymywania i denitryfikacji. Może również przyczynić się do zmniejszenia mrozoodporności roślin, gdyż wpływa na większe uwodnienie ich tkanek. Jednym z najpopularniejszych nawozów saletrzanych jest saletra wapniowa.
Azot amonowy jest wolniej pobierany przez rośliny i może być zatrzymywany w glebie. Przyczynia się do rozwoju systemu korzeniowego oraz wpływa korzystnie na pobieranie przez rośliny fosforu, siarki i boru. Forma typowo przedsiewna, dobrze działająca w niskich temperaturach. Po aplikacji wskazane jest wymieszanie z glebą. Azot amonowy ulega nitryfikacji, czyli utlenieniu NH4+ do NO3- (formy saletrzanej, najszybciej pobieranej przez rośliny). Może zostać unieruchomiony między pakietami minerałów ilastych (jest wtedy czasowo niedostępny dla roślin) oraz w niekorzystnych warunkach ulec stratom w postaci amoniaku. Może też zostać przekształcony w glebową materię organiczną lub ulec immobilizacji, czyli wbudowaniu w ciała mikroorganizmów. Do nawozów amonowych zaliczany jest siarczan amonu. Jest on dobrze rozpuszczalny w wodzie, do stosowania przedsiewnego. Po rozsianiu nawóz ten wymaga wymieszania z glebą. Pozostawienie go na powierzchni prowadzi do utleniania się i strat azotu.
Forma amidowa azotu podlega najdłuższemu rozkładowi w glebie – musi ona przekształcić się do formy amonowej, a w dalszej kolejności może przejść do postaci azotanowej. Przejście formy amidowej w formę dostępną dla roślin wymaga wody i odpowiedniej temperatury. Nawozy z tą formą azotu efektywniej działają w wyższych temperaturach, hydroliza mocznika silnie uzależniona jest od temperatury gleby. Zaletą tej postaci azotu jest udostępnianie roślinom składnika przez dłuższy czas, w warunkach niekorzystnych może być dostępny dopiero po 20 dniach. Po aplikacji wskazane jest wymieszanie z glebą. Przykładem nawozu amidowego jest mocznik.
Wśród nawozów azotowych dostępne są mieszaniny zawierające azot w różnych formach. Nawozy saletrzano-amonowe to np. saletra amonowa. Jest ona łatwo rozpuszczalna w wodzie, zawiera dwie formy azotu – azotanową i amonową. Do tej grupy nawozów zaliczany jest m.in. saletrzak. Natomiast roztwór saletrzano-mocznikowy zawiera azot w formie amonowej, azotanowej i amidowej. Jest to płynna mieszanina saletry amonowej i mocznika.
Straty azotu
Od początku rozwoju chemii rolnej wiedziano o nieuniknionych stratach azotu w trakcie produkcji rolniczej i wszystkie dostępne dane wskazywały, że są one duże. Zatem całą uwagę skupiano na odpowiednim gospodarowaniu nawozami naturalnymi, głównym źródłem strat. Rozwój przemysłu azotowego w drugiej połowie XX wieku skutkował łatwą dostępnością tanich nawozów azotowych i dlatego przestano postrzegać straty azotu jako przyrodnicze lub ekonomiczne ograniczenie produkcji. Dopiero stwierdzenie ujemnych skutków zanieczyszczania wody do picia azotanami pochodzącymi z rolnictwa zwróciło uwagę opinii publicznej na ten dział gospodarki jako źródło zanieczyszczania środowiska, zwłaszcza zasobów wody. W ocenie strat azotu do zasobów wody głównie ilościowe znaczenie mają azotany i ich wymywanie do wód gruntowych. Straty azotu amonowego i organicznego są nieporównywalnie mniejsze. Stosunkowo małe straty azotu następują również w wyniku spływu powierzchniowego lub erozji. Wynika to z bardzo dobrej rozpuszczalności azotanów w roztworze glebowym i niesorbowaniu ich przez glebę. W wyniku zbyt dużych strat azotu, nawet pomimo zastosowania optymalnych dawek tego składnika, obserwuje się bardzo często jego niedobory w uprawach.
Ochrona azotu w nawozach
Coraz większą rolę w nawożeniu azotowym roślin odgrywają stabilizatory azotu. Na rynku dostępne są ich dwa główne rodzaje o różnym działaniu: inhibitory nitryfikacji i inhibitory ureazy.
Inhibitor nitryfikacji wpływa na przemiany azotu amonowego do azotynów w I etapie tego procesu, utrudniając jego zajście. Spowalnia on i ogranicza rozwój oraz metabolizm bakterii nitryfikacyjnych z rodzaju Nitrosomonas.
Działanie inhibitora ureazy dotyczy rozkładu mocznika w glebie, gdzie proces przekształcania formy amidowej azotu CO(NH2)2 w formę amonową NH4- odbywa się samorzutnie pod wpływem enzymu ureazy. Inhibitory ureazy zapewniają ochronę formie mocznikowej występującej w zastosowanym nawozie, blokując czasowo ureazę – enzym, który katalizuje hydrolizę mocznika w glebie.
Efektem działania inhibitorów jest ograniczenie strat i stabilizacja przyswajalnego azotu w strefie systemu korzeniowego roślin, co powoduje zwiększenie dostępności azotu dla upraw.
Do najnowszych i najbardziej obiecujących inhibitorów ureazy należy grupa związków tiosiarczanowych. Nie wpływają one bezpośrednio na enzym ureazę, a jedynie pośrednio hamują jego działanie po interakcji z glebą. Tiosiarczany reagują szybko i abiotycznie z glebą, tworząc tetrationaty i wyzwalając jony żelaza oraz manganu.
Jednymi z najbardziej obiecujących produktów na rynku, należącymi do grupy tiosiarczanów, są CaTs Tiosiarczan wapnia oraz KTS Tiosiarczan potasu. Podnoszą one efektywność nawożenia azotem i działają jak stabilizatory azotu oraz inhibitory ureazy.
Efektywność tych produktów wykazano w wielu doświadczeniach ścisłych i aplikacyjnych, przeprowadzanych od kilkunastu lat. Ograniczenie strat azotu w formie amidowej, w zależności od formy aplikacji oraz rodzaju nawozu, osiągało poziom nawet 30%.
Korzyści ze stosowania stabilizatorów azotu
W wielu doświadczeniach i badaniach udowodniono, że stosowanie stabilizatorów azotu przynosi korzyści środowisku naturalnemu, jak i uprawom rolnym i ich producentom. Produkty z grupy tiosiarczanów, takie jak CaTs Tiosiarczan wapnia i KTS Tiosiarczan potasu, redukują zanieczyszczenia azotem wód gruntowych i powierzchniowych. Ograniczają jego ulatnianie się do atmosfery, jednocześnie zwiększając produkcję rolną.
Stosowanie inhibitorów nitryfikacji czy inhibitorów ureazy wpływa pozytywnie na gospodarkę nawożeniem azotem, dostosowując dostępność tego składnika w glebie do potrzeb rośliny (patrz wykres 3).
W wielu doświadczeniach i badaniach udowodniono, że stosowanie stabilizatorów azotu przynosi korzyści zarówno środowisku naturalnemu, jak i uprawom i ich producentom.
W wielu doświadczeniach polowych z rzepakiem i pszenicą nawożonych produktem RSM wzbogaconym inhibitorem ureazy wykazano redukcję strat azotu z nawozu nawet o 50–80% w porównaniu do wariantu bez udziału inhibitora. W efekcie działania inhibitorów zaobserwowano też wzrost dostępności azotu glebowego, ograniczenie wymywania azotanów oraz zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 51%.
Pozytywny wpływ przedstawionych rozwiązań na wzrost i rozwój roślin oraz żyzność gleby wydaje się wychodzić naprzeciw obecnej polityce rolnej Unii Europejskiej i naszego kraju, mającej na celu zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska ze źródeł rolniczych.