Fosfor w glebie. Jak wykorzystać zasoby, które już są? cz. I

Niewielkie zasoby surowców, załamanie łańcuchów dostaw spowodowane przez pandemie COVID-19, a w końcu dramatyczny wzrost nośników energii, poskutkowały tym, że ceny nawozów fosforowych w Polsce biją historyczne rekordy. Sytuacja ta stanowi niewątpliwie wyzwanie dla producentów rolnych, którzy muszą zapewnić odpowiednią ilość fosforu roślinom, aby utrzymać wysokie plonowanie i ekonomiczną opłacalność działania. Czy w tym celu jedynym rozwiązaniem jest dostarczenie tego pierwiastka w postaci nawozów mineralnych? Otóż nie – można wykorzystać moc natury.

Szacowanie zawartości i metody ich uwalniania

Okazuje się, że na wielu polach istnieje szansa na znaczne ograniczenie nawożenia fosforem dzięki obecności w glebie mineralnych zapasów tego pierwiastka. Roślina nie może bezpośrednio pobrać fosforu z tych form, jednak dzięki działalności pożytecznych mikroorganizmów możliwe jest uruchomienie i udostępnienie tego pierwiastka z zapasów obecnych w glebie. Aby zweryfikować czy zastosowanie pożytecznych mikroorganizmów pozwoli ograniczyć stosowanie nawozów w pierwszej kolejności należy ocenić zasobność gleb w możliwe do udostępnienia przez mikroorganizmy związki fosforu. Próby określania ilości zapasowych, potencjalnie dostępnych dla roślin form tego pierwiastka w glebie rozpoczął Agro Smart Lab. Wyniki z kilkuset badań gleby wydają się być obiecujące.

Fosfor w glebie

Całkowita zawartość fosforu w glebach waha się od 50 do 3000 mg P/ kg.  Największa jego ilość znajduje się w przypowierzchniowych warstwach gleby, a zmniejsza się wraz z głębokością profilu glebowego. Fosfor występuje zarówno w związkach organicznych, jak i mineralnych. Organiczne związki fosforu znajdują się w próchnicy, fitynie, fosfolipidach i kwasach nukleinowych. Występują głównie w formie organicznych estrów kwasu fosforowego, a ich ilość, w zależności od rodzaju gleby, wynosi od 15 do 80% fosforu całkowitego. Aby fosfor w związkach organicznych mógł zostać pobrany przez roślinę konieczne jest jego przekształcenie w formę mineralną przy udziale mikroorganizmów glebowych. W reakcji hydrolizy z wykorzystaniem enzymu – fosfatazy, dochodzi do przekształcenia organicznych związków fosforu w takie formy mineralne, które roślina może pobrać. Proces ten zależny jest od wilgotności, temperatury, odczynu i rodzaju gleby, a także zawartości węgla organicznego i jego stosunku do ilości fosforu. Mikroorganizmy glebowe zaczynają przekształcać organiczne związki fosforu jedynie w przypadku, gdy w glebie brakuje mineralnych form tego pierwiastka.

Ze względu na przydatność dla roślin, wśród mineralnych (nieorganicznych) związków fosforu w glebie, wyróżnić możemy dwie podstawowe formy w jakich występuje:

• Dostępną, dzielącą się na aktywną i ruchomą,
• Zapasową.

FORMA DOSTĘPNA

Forma aktywna to jony kwasu fosforowego (V) występujące w roztworze glebowym, które pobierane są bezpośrednio przez korzenie roślin. Do formy ruchomej należą nieorganiczne związki fosforu rozpuszczalne w wodzie i słabych kwasach, takie jak bezpostaciowe fosforany glinu i żelaza czy wodorofosforany wapnia i magnezu. Zawartość formy aktywnej i ruchomej stanowi pulę dostępnego fosforu, która może być bez problemu wykorzystana przez roślinę. Formę dostępną oznacza się podczas standardowych analiz wykonywanych w laboratoriach chemicznych. Zazwyczaj, dla metody ogrodniczej (uniwersalnej), prawidłowy przedział zawartości powinien wynosić pomiędzy 40 a 70 mg/dm³. Ilość tej formy zależy od odczynu gleby, największa biodostępność fosforu uwidacznia się w glebach o odczynie wahającym się od 6 do 7. Ponadto, dostępność fosforu zależy od występowania rozpuszczalnych form glinu, żelaza, manganu, magnezu i wapnia (ich wysoka zawartości obniżać będzie dostępność fosforu), a także od temperatury, wilgotności oraz działalności mikroorganizmów.

FORMA ZAPASOWA

Pomimo spadku użycia nawozów fosforowych w ostatnim dziesięcioleciu bilans fosforu w Polsce jest dodatni, a średnia roczna nadwyżka wynosi około 3 kg /ha. Oznacza to, że nadal wnosimy więcej fosforu niż roślina jest w stanie pobrać. Wniesiony i niewykorzystany fosfor ulega jednak bardzo ograniczonemu wymywaniu w głąb profilu glebowego, tak więc straty tego pierwiastka w glebie są niewielkie. Tworzą się związki chemiczne, które unieruchamiają fosfor w wierzchniej warstwie gleby, powodując jego odkładanie się w mineralnych, nieprzyswajalnych przez rośliny formach. Zjawisko przemiany dostępnych dla roślin mineralnych form fosforu w nieprzyswajalne związki zwane jest procesem starzenia lub uwsteczniania i powoduje powstanie zapasów mineralnych tego pierwiastka.

Zjawisko uwsteczniania związków fosforu powoduje, że wniesiony do gleby wraz z nawozami fosfor w formie przyswajalnej dla roślin może bardzo szybko przejść do formy, której roślina nie jest w stanie pobrać. Taka sytuacja powoduje, że tylko część fosforu pochodząca z nawozów jest wykorzystywana przez roślinę.

Proces ten zależny jest przede wszystkim od odczynu gleby, działalności mikroorganizmów, występowania rozpuszczalnych form innych pierwiastków, temperatury i wilgotności. W glebach kwaśnych, o znacznej zawartości przyswajalnego żelaza, glinu i manganu, dostępne formy fosforu mogą przekształcać się w fosforany żelaza, manganu i glinu, o różnej podatności na rozpuszczanie. W glebach o odczynie zasadowym obecność jonów wapnia oraz węglanu wapnia prowadzi do wytrącenia średnio i trudno rozpuszczalnych w wodzie fosforanów wapnia, a przy dalszym przekształceniu w praktycznie nierozpuszczalne związki fosforu i wapnia. Powstałe w procesie uwsteczniania związki fosforu charakteryzują się średnią, niską lub praktycznie zerową zdolnością do rozpuszczenia się w wodzie i kwasach produkowanych przez organizmy żyjące w glebie. Im dłużej dany związek jest uwsteczniany, tym trudniej go rozpuścić i tym trudniej pozyskać z niego dostępny dla roślin fosfor.

Ze względu na możliwą przydatność dla roślin, wśród mineralnych form zapasowych, wyróżnić możemy dwie grupy:

• potencjalnie dostępną, w skład której wchodzą związki fosforu średnio i trudno rozpuszczalne,
• praktycznie niedostępną, do której należą praktycznie nierozpuszczalne związki fosforu.

Głównym mechanizmem rozpuszczania nieorganicznych form zapasowych fosforu przez rośliny i mikroorganizmy glebowe jest zakwaszanie środowiska. Fosforany średnio i trudno rozpuszczalne stosunkowo łatwo ulegają dysocjacji (rozpuszczeniu) w obecności kwasów organicznych produkowanych przez drobnoustroje żyjące w glebie. Praktycznie niedostępne mineralne formy zapasowe występują jako nierozpuszczalne, silnie uwstecznione związki fosforu, z których powstają takie jak minerały jak hydroksyloapatyt czy fluoroapatyt. Udostępnienie fosforu z puli nierozpuszczalnych związków jest znacznie trudniejsze, ponieważ bardzo stabilne wiązania pomiędzy pierwiastkami budującymi silnie uwstecznione fosforany ograniczają rozpuszczanie tych związków przez większość kwasów produkowanych przez bakterie. Przy odpowiednich warunkach i udziale mikroorganizmów glebowych odpowiadających za rozpuszczanie mineralnych związków fosforu możliwe jest udostępnienie roślinom puli pierwiastków z zapasów, przede wszystkim z form potencjalnie dostępnych.

W części drugiej artykułu przeczytacie m.in. o tym W JAKI SPOSÓB UDOSTĘPNIĆ FOSFOR Z ZAPASÓW?

Autorzy:

Oskar Maziarka mgr inż. Nauk o Ziemi i Środowisku

Anna Kunecka mgr inż. Nauk o Ziemi i Środowisku