Opracowanie sposobów i metod badania gleb mających zastosowanie w systemie rolnictwa precyzyjnego

24 września 2016Artykuły

1. Metody określania potrzeb nawozowych roślin

Wymagania pokarmowe – odpowiadają ilości składnika, jaką roślina musi pobrać w swoim rozwoju ontogenetycznym dla wydania maksymalnego, możliwego do uzyskania w danych warunkach plonu części użytkowych.
Potrzeby nawozowe – odpowiadają natomiast ilości składnika, jaką należy dostarczyć w formie nawozów, aby roślina mogła zrealizować swoje wymagania pokarmowe.
Potrzeby nawozowe mogą być wyliczone na podstawie-potrzeb pokarmowych roślin;

potrzeby pokarmowe = plon t/ha · pobranie składnika kg/t
Przy uprawie roślin w środowisku bezglebowym wymagania pokarmowe odpowiadają potrzebom nawozowym.
Przy uprawie w środowisku glebowym potrzeby nawozowe mogą być natomiast mniejsze lub większe od wymagań pokarmowych.

  • mniejsze wówczas, gdy gleba wykazuje dużą naturalną zasobność i rośliny pobierają znaczne ilości danego składnika z jego form aktywnych i ruchomych
  • większe na glebach o małej zasobności, gdy znaczna ilość składników wprowadzanych w nawozach przechodzi w formy niedostępne dla roślin (zapasowe).

2. Prawa nawozowe

Prawo minimum i optimum

W 1855 r. J. von Liebig, twórca mineralnej teorii odżywiania roślin, podał w następującym brzmieniu swoje prawo minimum: „wielkość plonu rośliny zależy od tego składnika pokarmowego, który znajduje się w glebie w najmniejszej ilości”.

y=0 przy całkowitym braku składnika pokarmowego nie uzyskuje się dadnego plonu rośliny

W miarę zwiększania ilości tego składnika w podłożu, plon proporcjonalnie wzrasta (y = bx), a po osiągnięciu punktu c nie stwierdza się już wpływu danego składnika na wielkość plonu.
Należy przyjąć, że od tego punktu inny składnik pokarmowy znajduje się w minimum i jego ilość ogranicza dalszy wzrost plonu.
Bardziej rozszerzony charakter nadał prawu Liebiga 100 lat później ekolog francuski A. Voisin:
„niedobór lub nadmiar jednej substancji przyswajalnej w glebie ogranicza skuteczność działania innych substancji i w następstwie powoduje zmniejszenie plonów roślin”.

Prawo przyrostów mniej niż proporcjonalne

W 1909 r. niemiecki chemik rolny E. A. Mitscherlich formułuje regułę; „plon rośliny (y) wzrasta wraz ze zwiększeniem ilości czynnika wzrostu (x) w sposób proporcjonalny do różnicy plonu już osiągniętego i plonu maksymalnego (A) możliwego do uzyskania w danych warunkach”.

jednostka Baule’a odpowiada ilości danego składnika przy której uzyskuje się plon y odpowiadający połowie plonu maksymalnego

3. Funkcje nawożenia (produkcji)

Przez pojęcie funkcji nawożenia należy rozumieć ilościową zależność między dawką nawozów a wielkością uzyskanego plonu roślin opisaną równaniem matematycznym.
Ilość funkcji matematycznych jest, nieskończona i wyboru jednej z nich dokonuje się na podstawie analizy statystycznej, oceniając odchylenie danych doświadczalnych od danych wyznaczonych z funkcji.

Funkcja wielomianowa liniowa

Jest to funkcja nieskończenie rosnąca, przy czym przyrost plonu jest proporcjonalny do dawki nawozów. Funkcja nie ma, oczywiście, ekstremum i dlatego nie można z niej wyliczyć optymalnej dawki nawozów. Posługiwanie się tą funkcją nie prowadzi do użytecznych wniosków i nie jest ona obecnie w praktyce używana.

Funkcja wielomianowa kwadratowa

Funkcja ta przewiduje zarówno dodatni (do punktu ekstremalnego), jak i ujemny (po przekroczeniu tego punktu) przyrost plonu w miarę zwiększania dawek nawozów.
Można z niej wyznaczyć optymalną dawkę składnika xopt. i maksymalny plon roślin ymax.
Funkcja wielomianowa 2° jest powszechnie, wykorzystywana do wyznaczania zależności między dawką składników pokarmowych i wielkością plonów roślin w doświadczeniach ścisłych i produkcyjnych.

4. Wyznaczanie potrzeb nawozowych roślin

Przy wyznaczaniu potrzeb nawozowych roślin wykorzystuje się:

  • funkcje produkcji,
  • wskaźniki zasobności gleby (analizę gleby)
  • wskaźniki stanu odżywienia roślin (analizę roślin)

Konieczna jest przy tym znajomość wymagań pokarmowych, tzn. ilość składników, jaką roślina musi pobrać dla wydania maksymalnego plonu organów użytkowych.

5. Ocena zasobności gleby w przyswajalne składniki pokarmowe

Pojęcie zasobności i przyswajalności

Zasobność oznacza zawartość przyswajalnych form składników pokarmowych w glebie. Składnik przyswajalny to składnik zdatny do absorpcji przez rośliny.
Przyswajalność oznacza ilość składnika zawartego w glebie, która może być efektywnie pobrana przez rośliny.
Pod względem przyswajalności można wyróżnić w glebie trzy grupy form składników pokarmowych:

  • stabilne — trudno uruchamiane
  • mniej stabilne łatwiej uruchamiane
  • formy bezpośrednio przyswajalne [Gorlach i Mazur 2001].

Zasobność jest częścią pojęcia żyzności gleby, rozumianej jako jej zdolność do zaopatrywania roślin w wodę i składniki pokarmowe.W najprostszym ujęciu zasobność definiujemy jako zawartość w glebie dostępnych dla roślin form składników mineralnych [Fotyma i Mercik 1992].

Całkowita ilości składników mineralnych w glebie jest mało użyteczna. Dostarcza ona danych o zasobie składników pokarmowych w glebie, ale nie informuje o tej ich ilości, jaka obecnie znajduje się w niej w formie bezpośrednio dostępnej dla roślin.

Przykładowo zawartości fosforu ogólnego w glebie wynoszącej 0,05—0,18% P2O5, co w przeliczeniu na warstwę orną 1 ha gleby daje 300—6000 kg P2O5, można by sądzić, że zaopatrzenie w fosfor jest wystarczające.

Tymczasem nawet gleby zawierające duże ilości fosforu ogólnego często wykazują niedobór fosforu przyswajalnego dla roślin i bez nawożenia fosforowego uzyskanie wysokich plonów nie jest możliwe. Dotyczy to oczywiście i innych składników pokarmowych, tak makro- jak i mikropierwiastków. Dlatego przyjmuje się że, całkowita ilość składników mineralnych znajdujących się w glebie nie może być miarą ilości tych składników, które są łatwo dostępne dla roślin [Lityński i Jurkowska 1982].

6. Metody badania gleby w składniki pokarmowe

Opracowano specjalne metody pozwalające na oznaczenie w glebie zawartości składników pokarmowych przyswajalnych dla roślin. Podział metody oznaczenie w glebie przyswajalnych zawartości składników pokarmowych:

  • Metody biologiczne (pośrednie), w których zasobność gleby w składniki pokarmowe określa się na podstawie rosnących na niej roślin (ich wyglądu, plonu, składu chemicznego)[Lityński i Jurkowska 1982]. Metody biologiczne nazywane są także testami biologicznymi.
  • Metody chemiczne (bezpośrednie), w których bada się glebę bezpośrednio, oznaczając zawartość badanego składnika pokarmowego w wyciągach przy użyciu różnych roztworów ekstrakcyjnych. Metody chemiczne nazywane są także testami chemicznymi i fizykochemicznymi, albo potocznie tzw. analizą gleby.

7. Testy biologiczne

U podstaw tych testów leży założenie, że masa rośliny lub ilość pobranego przez roślinę składnika jest proporcjonalna (a niekiedy równa) do ilości tego składnika, znajdującego się w glebie w formie przyswajalnej.

W obrębie testów biologicznych wyróżniamy metody:

  • mikrobiologiczne
  • wazonikowe
  • doświadczenia wazonowe (wegetacyjne)
  • doświadczenia polowe

Metody mikrobiologiczne

W klasycznych metoda mikrobiologicznych wykorzystuje się grzyby Aspergillus niger oraz Cunninghamella elegans. W obydwu metodach sporządza się pożywkę, zawierającą wszystkie niezbędne dla tych grzybów składniki mineralne, z wyjątkiem jednego składnika badanego. Jedynym źródłem tego składnika jest nasycona pożywką gleba. Glebę lub ściślej glebę z pożywką szczepi się zarodnikami Aspergillus lub Cunninghamella i po określonym czasie inkubacji oznacza się masę grzybni lub mierzy jej średnicę. Przyrost masy (średnicy) jest proporcjonalny do zawartości badanego składnika pokarmowego w glebie, a więc do jej zasobności w ten składnik [Fotyma i Mercik 1992].

Metoda wazonikowa

Metoda Neubauera-Schneidera w której wysiewa się żyto w szalkach (wazonikach) wypełnionych warstwami piasku kwarcowego i badanej gleby. Gęsty wysiew żyta w określonym czasie wegetacji całkowicie wyczerpuje glebę z aktywnych i ruchomych form badanych składników pokarmowych (z reguły przedmiotem badań jest zasobność gleby w fosfor i potas). Następnie rośliny zbiera się, razem z korzeniami, obmywa z gleby i oznacza w 9 nich całkowitą zawartość P i K. Ilość znalezionych składników jest miernikiem zasobności gleby. Wynik tekstu Neubauera lub wartość „N” podawana jest w mg na 100 g gleby, w kg składnika na ha, lub w formie przedziałów odpowiadających stanowi zaopatrzenia roślin w ten składnik.

Doświadczenia polowe

Najbardziej dokładną, jakkolwiek pracochłonną i drogą, metodą określania zasobności gleb są ścisłe doświadczenia polowe. W tym celu wykorzystywano dawniej doświadczenia czynnikowe. Doświadczenia połowę stanowią nadal podstawową metodę oceny zasobności gleby i potrzeb nawozowych roślin, ale ich schematy uległy daleko idącym zmianom. W doświadczeniach jednoczynnikowych stosuje się z reguły kilka poziomów nawożenia danym składnikiem, co umożliwia wyznaczenie odpowiedniej krzywej reakcji ze wszystkimi jej punktami charakterystycznymi. W doświadczeniach wieloczynnikowych najbardziej interesująca jest ocena współdziałań poszczególnych składników nawozowych, opierająca się na ich antagonizmie lub synergizmie. Wyniki doświadczeń wieloczynnikowych z kilku poziomami danego składnika nawozowego pozwalają na wyznaczenie odpowiednich płaszczyzn lub brył reakcji wraz z liniami jednakowego plonu (izoplety) lub jednakowej krańcowej efektywności nawożenia (izokwanty). Doświadczenia połowę wykorzystywane są wreszcie do kalibracji testów glebowych i roślinnych i ustalania potrzeb nawozowych roślin [Fotyma i Mercik 1992].

Ze względu na większą praco- i czasochłonność metod biologicznych nie stosuje się ich do masowych oznaczeń makro- i mikroskładników występujących w glebie w formie przyswajalnej. Często natomiast używa się ich w badaniach naukowych w celu stwierdzenia, czy użyty w diagnostyce gleby odczynnik chemiczny ekstrahuje z gleby istotnie takie (lub 10 bardzo zbliżone) ilości badanego składnika, jakie są dostępne dla rośliny w metodzie biologicznej. Porównuje się np. metody chemicznej ekstrakcji z metodą doświadczeń wegetacyjnych wazonowych lub polowych. Następnie za pomocą współczynnika korelacji liniowej (r) wnioskuje się, czy istnieje i jakiego jest rodzaju zależność między wynikami uzyskanymi za pomocą obu metod. Im współczynnik korelacji jest bliższy jedności, tym zależność jest większa [Lityński i Jurkowska 1982].

8. Testy chemiczne (analiza gleby)

U podstaw analizy gleby leżało pierwotnie założenie, że uda się za pomocą określonej metody chemicznej ekstrahować (przeprowadzać) z gleby taką samą ilość składnika, jaką jest w stanie pobrać roślina testowa.

  • W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono że; próby naśladowania mechanizmu pobierania składników pokarmowych przez rośliny na drodze ekstrakcji chemicznej nie prowadzą do ilościowych wniosków.
  • ilość składnika ekstrahowana z gleby może wykazywać ścisłą korelację z wymaganiami pokarmowymi roślin, albo ogólniej z tzw. wskaźnikami roślinnymi (plon i pobranie danego składnika przez rośliny nienawożone lub ich przyrosty, spowodowane nawożeniem danym składnikiem)

Na tej podstawie określono system nawożenia, na który składają się trzy elementy:

  • wybór testu,
  • kalibracja testu
  • wyznaczenie wielkości dawek nawozów dla przedziałów wartości testu.

Ilość różnych testów glebowych jest w praktyce nieograniczona, problem polega na dokonaniu wyboru określonego testu najlepiej dostosowanego do lokalnych warunków środowiska i gatunków uprawianych roślin.

Kalibracja testu polega na wyznaczeniu jego przedziałów, zwanych również klasami zasobności lub liczbami granicznymi. W obrębie każdej klasy stwierdza się taki sam spadek plonu nienawożonej rośliny testowej lub inaczej mówiąc taką samą zwyżkę plonu pod wpływem nawożenia. Przedziały, albo klasy zasobności wyznaczają, zatem potrzeby nawozowe roślin w stosunku do danego składnika pokarmowego.

W Polsce wszystkie okręgowe stacje chemiczno-rolnicze posługują się jednolitymi testami badania potrzeb wapnowania i zasobności gleb w rozpuszczalne formy makro- i mikroskładników.