Wpływ czynników antropogenicznych na wymywanie potasu z gleby.

WPŁYW CZYNNIKÓW ANTROPOGENICZNYCH NA
WYMYWANIE POTASU Z GLEBY
Daniel Milczarek
Opiekun naukowy dr inż. Barbara Murawska,
Koło Naukowe Chemii Rolnej
Opiekun Koła
dr inż. Barbara Murawska
Wydział Rolniczy,
Akademia Techniczno Rolnicza w Bydgoszczy
1. STRESZCZENIE
Celem pracy było określenie na ile w kontrolowanych warunkach odczyn zastosowanego
roztworu (symulowany kwaśny deszcz ) oraz nawożenie potasowe , azotowe, azotowo-potasowe i
azotowo-fosforowe łącznie, wpływają na proces wymywania potasu z badanej gleby. Na podstawie
uzyskanych wyników stwierdzono, że wymywanie jonów potasowych na ogół istotnie zależało od
odczynu roztworu wodnego (pH 6,9; 4,5) stosowanego do ich wymywania. Przemywanie gleb
symulowanym kwaśnym opadem spowodowało średnio o 14% większe wymycie jonów
potasowych w porównaniu z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną. Wymywanie jonów
potasowych zależało również od zastosowanego nawożenia mineralnego. Najwięcej jonów
potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku potasu, a najmniej po dodaniu azotanu(V) amonu,
po łącznym dodaniu potasu i azotu najwięcej w wariancie z saletrą amonową. Badania modelowolaboratoryjne wykazały pośrednio, że straty jonów potasowych na drodze wymywania mogą
wpływać na zubożenie gleby w składniki zasadotwórcze, a tym samym na degradację środowiska.
Z ekologicznego punktu widzenia mają one wpływ na równowagę jonów eutroficznych, a tym
samym na skażenie wód gruntowych.
2. WSTĘP
Potas wprowadzony do gleby w formie nawozów potasowych wykorzystywany jest w 6070% przez rośliny, a znaczna jego część ulega uwstecznieniu bądź stratom w wyniku wymywania
w głąb profilu glebowego. Straty w wyniku wymywania stanowią ważny problem ze względu na
możliwość zanieczyszczania wód gruntowych i powierzchniowych. Z danych literaturowych
wynika, że intensywność wymywania potasu jest wypadkową wpływu wielu czynników
przyrodniczych i antropogenicznych, m. in.: ilości opadów atmosferycznych, gatunku gleby,
uziarnienia, pojemności kompleksu sorpcyjnego, zmianowania roślin i rodzaju stosowanego
nawożenia. Badania wykazały, że straty potasu w przeliczeniu na hektar mogą wahać się od 5 do
300 kgK·rok-1. Zestawione przez Gorlacha (1992) wyniki badań wskazują, że ilość potasu, który
może zostać wymyty poniżej strefy korzeniowej roślin mieści się w granicach od 18 do 63
kgK2O·rok-1, natomiast według Czuby (1995) straty te wahają się od 16,6 do 41,5 kgK·rok-1.
Według Pondela i Terelaka (1986) roczne straty potasu mieszczą się w zakresie od 4,2 aż do 249
kgK·ha-1·rok-1. Ważną rolę w zabezpieczeniu gleby przed stratami tego składnika na drodze
wymywania odgrywa rodzaj gleby oraz pojemność kompleksu sorpcyjnego, czego potwierdzeniem
są badania licznych autorów (Sykut 1979, Mazur 1977, Ruszkowska 1988, Pondel 1991,
Murawska 1997, Spychaj-Fabisiak 1998). Straty składników nawozowych na drodze wymywania
oprócz negatywnych skutków dla środowiska, mają także aspekt ekonomiczny, który obecnie ma
duże znaczenie ze względu na wysokie koszty nawożenia mineralnego. Mając na uwadze fakt
wstąpienia Polski do krajów Unii Europejskiej z dniem 1.V.2004r. sprawą ważną są badania
prowadzone
na
temat
zminimalizowania
niekorzystnego
oddziaływania
czynników
antropogenicznych na środowisko.
Poziom strat potasu jest ważnym czynnikiem wpływającym na pobieranie tego składnika z
gleby przez rośliny oraz na efektywność nawożenia potasem. Należy przypuszczać, że o
potencjalnych możliwościach strat potasu decydują specyficzne właściwości fizykochemiczne
poszczególnych typów gleb oraz czynniki antropogeniczne, a także termin stosowania nawożenia
mineralnego.. Wielkość tych strat bada się w specjalnie opracowanych modelowych badaniach
laboratoryjnych.
Celem pracy było określenie na ile w kontrolowanych warunkach odczyn zastosowanego
roztworu (symulowany kwaśny deszcz ) oraz nawożenie potasowe , azotowe, azotowo-potasowe i
azotowo-fosforowe łącznie, wpływają na proces wymywania potasu z badanej gleby.
3. METODYKA BADAŃ
Doświadczenie laboratoryjne prowadzono w oparciu o próbkę gleby ,którą pobrano z
regionu Pomorza i Kujaw. Materiał glebowy poddano podstawowej analizie chemicznej.
Doświadczenie prowadzono przy zastosowaniu cylindrów z PCV, długości 50 cm i średnicy 4 cm
z lejkowatym zwężeniem na dole i wkładką przepuszczalną dla wody i symulowanego kwaśnego
deszczu. Cylindry napełniono glebą , następnie z wkraplacza wprowadzono wodę redestylowaną
(pH=6,9) lub symulowany kwaśny deszcz (pH=4,5) początkowo bardzo wolno, aż do pełnego
nawilżenia gleby. Dodatek soli wprowadzano na głębokość około 5 cm w postaci
5 cm3
roztworów KCL, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4NO3, NH4H2PO4, (NH4)2SO4+KCL, NH4NO3+KCL,
NH4H2PO4+ KCL: W uzyskanych przesączach oznaczono zawartość potasu, a wyniki w mg
K/dm3 przedstawiono w tabeli 2.
Warianty doświadczeń
Przemywanie
wodą redestylowana (pH=6,9)
symulowanym kwaśnym opadem
(pH=4,5)
Wypełnienie kolumn glebą
bez N bez K +N
+K
1
2
3
4
8
9
10
11
+NK +NP.
5
6
12
13
+NPK
7
14
4. OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW
Straty składników pokarmowych powstające w wyniku wymywania z gleb należy obecnie
rozpatrywać nie tylko z punktu widzenia ekonomii produkcji rolnej, ale także w aspekcie
ekologicznym skutków tego zjawiska. W związku z narastającym problemem zanieczyszczenia
wód destrukcji gleby, aspekt drugi staje się coraz bardziej znaczący. Przemieszczanie się
związków chemicznych z wodą infiltrującą w głąb gleby lub z wodą spływów powierzchniowych,
zależy od wielu czynników, co utrudnia prawidłowe śledzenie tego procesu. W związku z tym
zdania dotyczące oceny wpływu składników nawozowych na zanieczyszczenie środowiska
(głównie wód) na drodze wymywania są podzielone [Kostuch1981, Pondel 1989]. Z badań
literaturowych wynika, że intensywność wymywania K, uzależniona jest od szeregu czynników,
takich jak skład mechaniczny, typ gleby, kwasowość, poziom i forma nawożenia oraz wysokość
opadów [Dechnik i in. 1991, Spychaj-Fabisiak i Murawska 1994, Kaczor 1997]. Podkreśla się
również, że kwaśne opady powodują niekorzystne zmiany w środowisku glebowym. Przenikanie
kwasów z atmosfery wpływa na procesy chemiczne i biologiczne zachodzące w glebie
przyczyniając się do ich strat na drodze wymywania.
mg K*dm-3
Rys.1 Wpływ symulowanego kwaśnego opadu i dodatku soli azotowych na
wymywanie z gleby jonów potasowych
pH 4,5
pH 6,9
12
7,08
9,83
9,08
9,38
8,99
4
10,11
8
0
siarczan amonu
azotan amonu
diwodorofosforan amonu
dodatek soli
W przeprowadzonych badaniach modelowych nad stratami potasu wykazano, że pod wpływem
symulowanego kwaśnego opadu wymywały się na ogół znaczne ilości jonów potasowych
niezależnie od dodatku soli. Stwierdzono, że przemywanie gleby symulowanym kwaśnym opadem
(pH 4,5) spowodowało średnio niezależnie od zastosowanej soli istotnie większe wymycie o 1,30
mg K ·dm-3 w porównaniu z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną (pH 6,9) (tab.1).
Największą różnicę stwierdzono po zastosowaniu diwodorofosforanu amonu (NP) oraz po
łącznym dodatku chlorku potasu i azotanu amonu, odpowiednio: 2,75 i 1,94 mg K·dm -3, co
stanowiło 28% i 17% (rys.1 i 2).
Rys.2 Wpływ symulowanego kwaśnego opadu i dodatku NK i NPK
na wymywanie z gleby jonów potasowych z badanej gleby
mg K*dm-3
12
pH 4,5
9,31
10,55
9,52
9,94
10,92
4
11,46
pH 6,9
8
0
siarczan amonu+chlorek
potasu
azotan amonu+chlorek
potasu
diw odorofosforan
amonu+chlorek potasu
dodatek soli
Kwaśne opady powodują niekorzystne zmiany w środowisku glebowym. Zakwaszenie gleby
powoduje zmianę jej właściwości fizykochemicznych. Kwaśne opady wpływają również na
zmiany mikroflory glebowej i jej aktywności; obniżenie wartości pH wpływa na wzrost zawartości
pierwiastków toksycznych (żelazo, mangan) oraz przyczynia się do zmniejszenia ilości i
dostępności substancji odżywczych. Potas będący jednym z ważniejszych składników
pokarmowych, ulega wymywaniu wskutek negatywnej działalności kwaśnych opadów, czego
potwierdzeniem są uzyskane wyniki badań. Na jego ruch w glebie duży wpływ ma odczyn, który
oddziaływuje na skład roztworu glebowego, skład elektrostatyczny i właściwości fizykochemiczne
koloidów, co w efekcie rzutuje na właściwości sorpcyjne gleb.
Gorlach (1984) podaje, że z gleb kwaśnych nasyconych jonami A+3 i H+ wymywanie jest
łatwiejsze. Również według Spychaj-Fabisiak i Murawskiej (1994) oraz Murawskiej i SpychajFabisiak (1997) kwaśne opady w końcowym efekcie zubażają gleby w składniki o charakterze
zasadowym. Z badań literaturowych wynika, że istnieje korelacja między rodzajem zastosowanego
nawozu azotowego i nawozów mineralnych a ilością wymywanych składników pokarmowych do
wód gruntowych, w tym również potasu (Falkowski i Olszewska 1979). W przeprowadzonych
badaniach stwierdzono również istotne zróżnicowanie ilości wymywanych jonów potasowych po
zastosowaniu zarówno dodatku różnych rodzajów soli jak również po łącznym zastosowaniu
azotu, potasu i fosforu (rys. 3,4).
Rys.3 Średnie ilości wymywanych jonów potasowych z badanej gleby po
zastosowaniu soli azotowych i potasowych oraz kwaśnego deszczu
mg K*dm-3
12
12,91
11,71
10,25
11,15
8
chlorek potasu
siarczan amonu
azotan amonu
diwodorofosforan
amonu
4
0
dodatek soli
Najwięcej jonów potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku potasu, nieco mniej po dodaniu
siarczanu (VI) amonu (rys.3). Natomiast po łącznym zastosowaniu dodatku nawozów mineralnych
najwięcej potasu wymyto z gleby, do której dodano zarówno chlorek potasu i azotan amonu oraz
chlorek potasu i siarczan amonu (rys.4). Stwierdzono, że średnio niezależnie od badanych
czynników antropogenicznych (symulowany kwaśny opad, dodatek soli), istotnie najwięcej jonów
potasowych wymyto po łącznym zastosowaniu chlorku potasu i azotanu amonu, najmniej zaś po
zastosowaniu diwodorofosforanu amonu. Różnica ta wynosiła 2,03 mg K·dm-3 co stanowiło 24%
(rys. 3 i 4).
mg K*dm-3
Rys.4 Średnie ilości wymywanych jonów potasowych z badanej gleby po
łącznym zastosowaniu NPK i chlorku potasu niezależnie od wartości pH
roztworu
10,49
9,93
4
10,43
8
siarczan amonu+chlorek
potasu
azotan amonu+chlorek
potasu
diwodorofosforan
amonu+chlorek potasu
0
dodatek soli
Podobne zależności wpływu nawożenia na ilość wymywanych jonów potasu stwierdzili
inni autorzy [Dechnik i in. 1991 Spychaj-Fabisiak i Murawska 1994, Kaczor 1997]. SpychajFabisiak i Murawska (1994) w przeprowadzonych badaniach modelowych stwierdziły, że
sumaryczne średnie wymywania K, istotnie zależało od stosowanego nawożenia. Według tych
autorek najwięcej składników pokarmowych wymyto z gleb po zastosowaniu chlorku potasu,
natomiast istotnie mniej po zastosowaniu azotan(V) amonu.
Przeprowadzone badania wykazały, że starty potasu w istotny sposób zależały od odczynu
roztworu stosowanego do przemywania gleby oraz dodatku soli oraz dowiodły, że straty potasu w
głąb profilu glebowego są istotne i przez to nieobojętne dla środowiska naturalnego jak i
ekonomiki nawożenia.
5. WNIOSKI
1. Wymywanie jonów potasowych na ogół istotnie zależało od odczynu roztworu wodnego (pH
6,9; 4,5) stosowanego do ich wymywania. Przemywanie gleb symulowanym kwaśnym opadem
(pH 4,5) spowodowało średnio o 14% większe wymycie jonów potasowych z gleby w porównaniu
z obiektami przemywanymi wodą redestylowaną (pH 69).
2. Wymywanie jonów potasowych zależy od dodatku zastosowanego nawożenia mineralnego.
Najwięcej jonów potasowych wymyto po zastosowaniu chlorku potasu, a najmniej po dodaniu
azotan(V) amonu. Natomiast po łącznym dodaniu azotu i potasu najwięcej w wariancie – azotan
(V) amonu i chlorek potasu
3. Badania modelowo-laboratoryjne wykazały pośrednio, że straty jonów potasowych na drodze
wymywania mogą wpływać na zubożenie gleby w składniki zasadotwórcze, a tym samym na
degradację środowiska.
Z ekologicznego punktu widzenia mają one wpływ na równowagę jonów eutroficznych, a tym
samym na skażenie wód gruntowych.
6. SPIS LITERATURY
1.Czuba R., 1986: Nawożenie. Praca zbiorowa. PWRiL Warszawa.
2.Dechnik J., Kaczor A., 1991. Wpływ symulowanego kwaśnego deszczu na niektóre
właściwości gleby lessowej w warunkach zróżnicowanego nawożenia dolomitem. Rocz. Glebozn.,
t.XIII, 3/4, 53-59.
3.Falkowski M., Olszewska L., Kukułka J., 1979. Wpływ nawożenia UZ na skażenie wód
gruntowych azotem azotanowym. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 221, 153-159.
4.Gorlach S., 1984. Zapobieganie skutkom zakwaszenia gleb substancjami emitowanymi do
atmosfery. Nowe Rolnictwo 12, 24-25.
5.Gorlach E., Curyło T., 1990. Wpływ odczynu gleby na pobieranie potasu, sodu, magnezu i
wapnia przez różne gatunki roślin. Rocz. Glebozn. TXLI, 1/2 Warszawa, 117-131.
6. Kaczor A., 1997. Odżywianie się roślin w warunkach gleb silnie zakwaszonych. II Międzyn.
Symp. "Przyrodnicze i antropogeniczne przyczyny oraz skutki zakwaszenia gleb". Lublin, 23-
24.09., 23-29.
7. Kostuch R., 1981. Przemienne użytki zielone - ratunek dla gleb. Wyd. PAN, Zakł. Naw. im.
Ossolińskich, 68-81.
8. Mazur T., 1991. Wymywanie składników pokarmowych z gleb nawożonych gnojowicą. Zesz.
Nauk. ART. Olsztyn, Roln. 22, 15-28.
9. Mazur T., 1993. Nawożenie jako czynnik zakwaszenia gleb użytkowanych
rolniczo".
Sympozjum Naukowe. Lublin 1993. Przyrodnicze i antropogeniczne przyczyny i skutki
zakwaszenia gleb19-26.
10.Murawska B., Spychaj-Fabisiak E., 1997. Badania modelowe nad wymywaniem potasu z
gleb. Zesz. Nauk. 208, Ochr. Śród. (1), 117-126.
11.Pondel H., 1989. Wpływ nawożenia mineralnego na chemiczne właściwości gleb oraz wody
gruntowe i powierzchniowe. Wyd. PAN. Zakł. Naw. im. Ossolińskich. 69-81,
12.Pondel H., Ruszkowska M., 1991. Wymywanie składników nawozowych z gleb w świetle
badań IUNG. Rocz. Glebozn. XLII, 3/4, 77-107.
13.Pondel H., Terelak H., 1981. Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa do oceny strat
składników mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puł., 1, 33-63, rainfall acidity.
Ecol. Model., Colorado State Univ
14.Spychaj-Fabisiak E., Murawska B., 1994. Badania nad wymywaniem azotu amonowego z
gleb. Zesz. ProbI Post. Nauk Roln. 414, 21-27.
Tabela 1. Wymywanie potasu z badanej gleby po zastosowaniu soli azotowych,porasowych i
fosforowych [mg·kg-1]
Odczyn roztworu wodnego
pH 6,9
Rodzaj soli
bez N
K
pH 4,5
średnia
+N
1*. KCl
7,92
2.*(NH4)2SO4
7,92
10,06
3.*NH4NO3
7,92
10,25
4.*NH4H2PO4
7,92
5.*(NH4)2SO4+
7,92
KCl
6.*NH4NO3+
7,92
KCl
7.*NH4H2PO4+
7,92
KCl
średnia
7,92
10,16
NIR-LSD p=0,05
(I) pH roztworu (*) 1,2,3,4,5,6,7
(II) Dodatek soli
IxII
+K
+NK
+NP
11,52
-
11,96
-
bez N
K
+N
+K
+NK
+NP
średnia
6,25
-
+NP
K
-
9,72
8,99
9,08
7,08
9,94
8,51
8,51
8,51
8,51
8,51
11,71
10,25
-
12,91
-
13,32
11,12
-
-
9,52
8,51
-
-
-
-
-
10,69
9,31
8,51
-
11,52
11,54
6,25
10,69
9,09
8,51
10,98
0,889; 1,110; ni.; 0,379; 0,967; 1,174; ni.
0,895; 0,724; 0,746; ni.; 1,570; 1,336; 1,696
ni.; ni.; ni.; 2,110; ni.; 1,890; ni.
11,15
-
+NP
K
-
10,71
10,11
9,38
9,83
10,92
14,41
-
-
11,46
-
-
-
12,58
10,55
12,91
13,87
11,15
12,58
10,42