Zakwaszenie gleb Odczyn gleby wpływa na

Nowe środki ulepszania gleby do redukcji
zanieczyszczeń i rewitalizacji ekosystemu
glebowego – Biorewit
Szkolenie prowadzone w ramach realizacji programu LIFE+
LIFE10 ENV/PL/661
Wpływ rolnictwa na niekorzystne zmiany w naturalnym środowisku
dr inż. Katarzyna Dziedziczak
mgr inż. Bogusław Kowalski
Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy w Radomiu
Degradacja gleb i spadek ich żyzności
Gleba jest mieszaniną: minerałów (45%), wody
(25%), powietrza (25%) i materii organicznej (5%).
Ta
ostatnia
jest
najważniejsza,
bo
to
z niej powstaje próchnica decydująca o żyzności
ziemi.
Gleba obok powietrza i wody jest jednym z podstawowych elementów biosfery.
Charakteryzuje się ona określonymi właściwościami fizyko-chemicznymi oraz biologicznymi,
ukształtowanymi pod wpływem naturalnych i antropogenicznych czynników procesu
glebotwórczego. Proces tworzenia się gleby trwa stale, lecz jest bardzo powolny.
Na wytworzenie warstewki o grubości 2,5 cm potrzeba od 100 do 2500 lat, zależnie
od warunków środowiska. O wiele szybciej natomiast przebiega proces niszczenia czy
degradacji.
Gleba zaopatruje rośliny w wodę i mineralne składniki pokarmowe, a jej żyzność zależy
od składu mechanicznego, właściwości fizyko-chemicznych i biologicznych oraz w bardzo
znacznej mierze od prowadzonej gospodarki nawozowej.
Gleba należy do tych zasobów przyrody, które łatwo ulegają dewastacji,
a jednocześnie z uwagi na produkcję roślinną i zwierzęcą przedstawia dla człowieka
podstawową wartość.
Degradacja gleb
Degradacja - przez to pojęcie rozumie się
zmiany jej właściwości fizycznych, chemicznych
i biologicznych, powodujących obniżenie lub
zniszczenie aktywności biologicznej. Degradacja
pogarsza stan higieniczny środowiska, powoduje
zmniejszenie produktywności, a w konsekwencji
może doprowadzić do zupełnego wyłączenia gleby
z produkcji.
Zanieczyszczenia zmieniają skład i stan gleby pod względem chemicznym, fizycznym
i biologicznym. Nadmierne stosowanie nawozów sztucznych i korzystanie ze środków
ochrony roślin skutkują zakłóceniem przebiegu wegetacji roślin i degradacją struktury gleb.
Prowadzi to do obniżenia urodzajności gleb, co z kolei wpływa na zmniejszenie plonów.
Proces degradacji nieustannie przyspiesza!
Jak długo jeszcze i jak daleko się posunie?
Czy starczy ziemi na wyżywienie wciąż rosnącej populacji naszego globu?
Zauroczeni nowoczesnością, postępem i zachłanną konsumpcją udajemy, że
wszystko jest w porządku!
Przyczyny degradacji gleb
Zasobność, żyzność i urodzajność nie są właściwościami
stałymi. Istnieje wiele czynników powodujących
jednocześnie degradację środowiska glebowego. Wśród
nich można wymienić m.in.:











zakwaszenie;
niewłaściwa gospodarka próchnicą;
erozja;
zasolenie;
zagęszczenie gleby;
osuwiska;
wylesienie;
zmiany klimatyczne;
rolnictwo;
spadek różnorodności biologicznej;
pustynnienie.
Zakwaszenie gleb
Odczyn gleby wpływa na:
 tworzenie struktury gruzełkowatej gleby – na glebach kwaśnych następuje degradacja
chemiczna i rozpad struktur wtórnych minerałów ilastych;
 efektywność wykorzystania składników pokarmowych z nawozów mineralnych;
 rozwój systemu korzeniowego;
 aktywność mikroorganizmów glebowych na glebach kwaśnych – wzrasta ilość i aktywność
grzybów glebowych oraz zmniejsza się udział i spada aktywność bakterii nitryfikacyjnych
i symbiotycznych;
 na glebach kwaśnych wzrasta ruchliwość metali ciężkich – zwłaszcza kadmu, ołowiu i glinu.
Nagromadzenie metali ciężkich w glebie może doprowadzić do ich nadmiernej koncentracji
w roślinach. Wysoka zawartość tych metali w owocach i warzywach dyskwalifikuje ich
przydatność do konsumpcji.
Gleby o odczynie kwaśnym uznaje się za chemicznie zdegradowane, w których zamiera
życie biologiczne, giną pożyteczne drobnoustroje, a rozwijają się grzyby.
W Polsce odsetek gruntów kwaśnych i bardzo kwaśnych jest od lat bardzo poważny i na
przestrzeni ostatnich lat wzrasta. W kraju mamy ok.28% gleb bardzo kwaśnych, a blisko
31% gleb kwaśnych – wymagających pilnie wapnowania. Zajmujemy pod tym względem
jedno z ostatnich miejsc w Europie.
Spadek żyzności gleb
Żyzność gleby nie jest rozumiana jedynie jako
dostępność składników pokarmowych dla roślin, lecz
jest zjawiskiem o charakterze biologicznym,
zachodzącym w glebie o niezaburzonym przebiegu
procesów życiowych.
Najważniejszym czynnikiem prowadzącym do spadku żyzności gleby jest niewłaściwa
gospodarka próchnicą.
Do obniżenia zawartości próchnicy w glebie przyczynia się:
 zmniejszenie ilości pozostawianych na polu resztek pożniwnych;
 zwiększenie mineralizacji substancji organicznej w skutek intensywnej uprawy
i przewietrzania gleby;
 rozkład próchnicy w wyniku stosowania fizjologicznie kwaśnych nawozów;
 aktywacja mikroflory pod wpływem nawożenia mineralnego.
Charakterystyka próchnicy glebowej
Próchnica (humus) jest bezpostaciową Substancją
Organiczną (SO) o ciemnej barwie występującą w glebie,
powstającą z rozłożenia martwych resztek roślinnych
i zwierzęcych. Stanowi ona 70÷80% całości SO gleby.
Skład chemiczny próchnicy: 60% C, 30% O, 6% N, 1,2% P,
0,9% S oraz wiele mikroelementów. Proporcjonalny stosunek
najważniejszych makroelementów w próchnicy C:N:P:S wynosi
więc odpowiednio 10:1:0,2:0,15. Głównym składnikiem
próchnicy są kwasy humusowe.
Poziom próchniczy jest najwyższym poziomem gleby, znajdującym się tuż pod okrywą
roślinną. Jego miąższość wynosi ok. 10 cm. W pionowym przekroju profilu glebowego
widoczny jest jako najciemniejsza warstwa (A). Na tym właśnie poziomie, zachodzi proces
humifikacji, który daje początek próchnicy.
Powstawanie i rozkład próchnicy jest procesem ciągłym, ale zachodzącym bardzo wolno.
Szacuje się, że powstanie 1 cm tego poziomu, w zależności od miejscowych
warunków trwa od 200 do 500 lat.
Gleba zasobna w próchnicę
Gleba uboga w próchnicę
Próchnica z wapniem tworzy związki mniej rozpuszczalne w wodzie, co zapobiega
ich wypłukiwaniu w głąb gleby. Związki te cementują gruzełki i uodparniają je na
działanie wody. Zjawisko to jest bardzo korzystne i pożądane szczególnie na glebach
ciężkich. Gleba taka, gdy jest nadmiar wody nie zlepia się, a w okresach suszy nie
twardnieje i nie tworzy na swojej powierzchni skorupy.
Fizyczne działanie kwasów humusowych
 modyfikują strukturę gleby;
 zwiększają pojemność wodną gleby,
a przez to zmniejszają zagrożenie suszą;
 zapobiegają pękaniu gleby, powierzchniowemu odpływowi wody
i erozji gleby poprzez zwiększenie zdolności koloidów do wiązania wody;
 poprawiają strukturę, zapobiegają utracie wody i składników pokarmowych
w lekkich glebach piaszczystych;
 rozluźniają gleby zwięzłe i poprawiają ich przewietrzanie;
 ciemniejszy kolor gleby zwiększa absorpcję energii słonecznej.
Chemiczne działanie kwasów humusowych
 neutralizują pH gleby;
 wzbogacają glebę w substancje organiczne i mineralne;
 poprawiają dostępność składników pokarmowych
i wody dla roślin;
 zatrzymują rozpuszczalne w wodzie nawozy mineralne w strefie korzeniowej i zmniejszają
ich wypłukiwanie;
 działają jako naturalny czynnik chelatujący jony metali w środowisku zasadowym i ułatwiają
ich pobieranie przez system korzeniowy;
 zwiększają konwersję składników pokarmowych (NPK i mikroelementów) do form
dostępnych dla roślin;
 zwiększają pobieranie azotu przez rośliny;
 zmniejszają reakcje fosforu z wapniem, żelazem, magnezem i glinem przez co zwiększają
ich dostępność dla roślin;
 uwalniają CO2 z CaCO3 umożliwiając użycie w fotosyntezie;
 zmniejszają dostępność substancji toksycznych z gleby.
Biologiczne działanie kwasów humusowych
 stymulują wzrost roślin (wyższa produkcja biomasy)
poprzez zwiększenie suchej masy plonu;
 stymulują enzymy roślin i zwiększają ich produkcję;
 zwiększają naturalną odporność roślin na choroby i szkodniki;
 stymulują wzrost korzeni, szczególnie pionowych, przez co zwiększają pobieranie składników
pokarmowych,
 zwiększają oddychanie korzeniowe;
 sprzyjają tworzeniu chlorofilu, cukrów i aminokwasów w roślinach i wspomagają fotosyntezę;
 zwiększają zawartość witamin i minerałów w roślinach;
 zwiększają zdolność kiełkowania nasion i ich żywotność;
 poprawiają jakość plonu, wygląd i wartość odżywczą;
 stymulują wzrost i namnażanie pożytecznych mikroorganizmów glebowych (m.in. Azotobacter
i Nitrosomonas).
Erozja gleb
Erozja gleby jest to proces niszczenia gleby przez czynniki zewnętrzne, takie jak woda
i wiatr. Szczególnie groźna erozja gleb występuje na obszarach górskich, gdzie cząsteczki
glebowe zmywane są przez wody opadowe.
Erozja gleby jest jednym z czynników degradujących środowisko przyrodnicze, a zwłaszcza
rolniczą przestrzeń produkcyjną. Jej skutki przejawiają się w niekorzystnych, przeważnie
trwałych zmianach warunków przyrodniczych (rzeźby, gleb, stosunków wodnych, naturalnej
roślinności) i warunków gospodarczo-organizacyjnych (deformowanie granic pól,
rozczłonkowanie gruntów, pogłębianie dróg, niszczenie urządzeń technicznych). Zmiany takie
prowadzą do obniżenia potencjału produkcyjnego ziemi i walorów ekologicznych krajobrazu.
Erozja wodna
Erozja wietrzna
Ciężka erozja gleby w wyniku intensywnych upraw
Wypłukiwanie składników mineralnych i zanieczyszczenie wód gruntowych
Nawozy azotowe
Ochrona środowiska przyrodniczego nierozerwalnie
wiąże się z problemem dotyczącym wody, gdyż obok
powietrza i gleby zajmuje ona w przyrodzie pozycję
wyjątkową. Wysoka chemizacja rolnictwa powoduje,
że spływy powierzchniowe z terenów rolniczych
zawierają znaczne ilości składników mineralnych,
które przyczyniają się do nadmiernego użyźnienia, a
w efekcie do zanieczyszczenia wód gruntowych
i powierzchniowych.
Nieracjonalnie prowadzona działalność rolnicza uważana jest za najistotniejsze źródło, zarówno
punktowych jak i obszarowych zanieczyszczeń azotowych odprowadzonych do wód
powierzchniowych i gruntowych. Stosowanie dużych dawek nawozów azotowych wpływa na
skażenie azotanami wód gruntowych. Około 50% płytkich studni kopanych w obszarach
rolnych naszego kraju, a użytkowanych do celów spożywczych, podlewania czy pojenia
zwierząt ma przekroczony dopuszczalny limit azotanów w wodzie (powyżej 10 mg N-NO3∙ dm-3), co stwarza szereg zagrożeń dla człowieka. Azot w formie azotanowej przedostaje się z
wód gruntowych do powierzchniowych zbiorników wodnych powodując ich eutrofizację.
Nawozy fosforanowe
Drugim źródłem zanieczyszczeń mających negatywny
wpływ na środowisko naturalne są nawozy fosforowe.
Uważa się, że wprowadzony ładunek fosforu może
powodować siedmiokrotnie większy wzrost suchej
masy glonów niż ładunek takiej samej ilości azotu.
W przypadku fosforu, jego związki obecne w wodach
powierzchniowych intensyfikują proces eutrofizacji w
zbiornikach wodnych.
Obecnie mimo spadku zużycia nawozów fosforowych w rolnictwie, zanieczyszczenie wód nie
maleje. Właściwości sorpcyjne gleb pozwalały, tylko do pewnego momentu, na akumulację
fosforu. Jednak w ostatnich latach obserwuje się wysycenie możliwości sorpcyjnych gleb, co
skutkuje uwalnianiem się fosforanów. Zjawisko to nosi nazwę „chemicznych bomb
czasowych”.
Całkowita ilość azotu i fosforu, jaka trafia do wód Bałtyku sprawia, że Polska jest na
pierwszym miejscu wśród krajów nadbałtyckich, będąc odpowiedzialną za 34% zrzutów
fosforu i 27% azotu do morza.
Wpływ działalności rolniczej
na zanieczyszczenie powietrza
Większość wytwarzanych w rolnictwie gazów zaliczana jest
do tzw. gazów cieplarnianych (dwutlenek węgla, metan,
tlenki azotu i amoniak), powodujących ocieplenie klimatu.
Emisja tlenków azotu ma miejsce w glebie, w czasie stosowania nawozów mineralnych
i organicznych jak również podczas biologicznego wiązania azotu.
W ogólnej puli emitowanych gazów cieplarnianych w Polsce około 25% metanu i 60%
tlenków azotu pochodzi z rolnictwa. Amoniak w formie gazowej lub soli amonowych
opada wraz z deszczem na powierzchnię, powodując jej zanieczyszczenie, a jony
amonowe, ulegając procesowi nitryfikacji, przyczyniają się do zakwaszania gleby.
Szacuje się, że straty azotu nawozowego na skutek utleniania się amoniaku i tlenków
azotu do atmosfery mogą sięgać do około 20%.
Zanieczyszczenie gleb i wód powodowane przez produkcję szklarniową
Uprawa warzyw pod osłonami w Polsce jest
prowadzona na bardzo wysokim poziomie. Produkcja
ogrodnicza pod osłonami prowadzona jest w Polsce w
dwóch typach osłon: w szklarniach i tunelach foliowych.
W namiotach foliowych uprawiane są przede wszystkim
warzywa.
Średnio 61 % powierzchni ich uprawy znajduje się pod folią wysoką, a na szklarnie
przypada 38 %.Odmienna sytuacja występuje w produkcji kwiaciarskiej, która
prowadzona jest w większej części w szklarniach. Dotyczy to szczególnie kwiatów
ciętych. Ale i tu widoczny jest wyraźny wzrost znaczenia namiotów foliowych. Ich udział
w produkcji kwiatów wzrósł z 40 % w latach 2000-2001 do 46% w latach 2006-2009.
W technologii upraw pod osłonami nadmiar pożywki
(wyciek, przelew, wody drenarskie) wypływający z mat
uprawowych, odprowadzany jest w niekontrolowany
sposób w głąb gruntu szklarni lub do ścieków, bez
możliwości ich odzyskania. Składniki pokarmowe w tych
przelewach, przemieszczając się wraz z frontem
zwilżania, dostają się do wód gruntowych, a następnie do
studni i rzek, powodując zanieczyszczenie środowiska
naturalnego.
Straty składników pokarmowych w bezglebowej uprawie warzyw w przeliczeniu na 1 hektar
wynoszą odpowiednio:
N-NO3:
K:
P:
Ca:
Fe:
330-231 kg;
53-413 kg;
7-54 kg;
23-178 kg;
do 3,46 kg.
Problem z utylizacją szklarniowych podłoży inertnych
W intensywnych uprawach pod osłonami istotną rolę
odgrywają podłoża inertne, tj.: wełna mineralna,
keramzyt i pianka poliuretanowa. W Polsce
najpowszechniej stosowanym podłożem w uprawie
bezglebowej jest wełna mineralna. W procesie
eksploatacji, podłoża te ulegają zakażeniu i muszą być
wymieniane na nowe; poprzednie zaś stanowią odpad
poprodukcyjny,
który
nie
ulega
biodegradacji
i zasila składowiska odpadów.
Dlaczego producenci wełny nigdy nie chwalą się, jak właściwie przebiega proces jej produkcji?
To właśnie technologia produkcji powoduje największe niszczenie środowiska.
Najważniejszy i bardzo skrzętnie ukrywany aspekt to: zatruwanie atmosfery gazami
cieplarnianymi - CO2. Do wyprodukowania 1 tony wełny mineralnej należy stopić
od 1100 do 1300 kg skał bazaltowych z dodatkami. Aby stopić bazalt – twardą skałę
wulkaniczną, trzeba dostarczyć ogromnych ilości energii, najczęściej w postaci węgla. Bilans
energetyczny w produkcji wełny to od 7 do 14 GJ energii zużywanej do
wyprodukowania 1 tony gotowego surowca! Tak bardzo energochłonny proces
powoduje powstawanie ogromnych ilości CO2 i ogromnie obciąża środowisko. Aby
wyprodukować wełnę na 1 ha szklarni musimy zatruć atmosferę 13600
kilogramami dwutlenku węgla.
W chwili obecnej nikła część wełny jest
przerabiana – zwykle kończy ona żywot na
wysypisku w obrębie gospodarstwa, często
wyrzucana jest nielegalnie w lesie lub przy
drogach,
bywa
także
rozdrabniana
rozrzutnikami i worywana w glebę, gdzie
powoduje systematyczny proces jałowienia.
Rozrywane na kawałki i wgniatane w glebę
włókna bazaltowe lub szklane łamią się
i powodują zapylenie powietrza przez wiele
lat, a wdychane osadzają się w płucach.
Pył z wełny mineralnej jest bardzo silnym alergenem. W wielu krajach wprowadzanie wełny
do gleby zostało już zakazane właśnie z powodu pylenia i degradacji gleb.
Po jednorocznym cyklu uprawowym podłoża z racji ich niebiodegradowalności
stają się odpadem powiększającym corocznie składowiska odpadów o masę
rzędu 30 tys. ton tj. 130 tys. m3.
W Unii Europejskiej powierzchnia upraw pod osłonami wynosi 70 tys. ha z czego
80% stanowią uprawy bezglebowe, w tym na wełnie mineralnej uprawianych jest
6 tys. ha. Zatem poprodukcyjny odpad z wełny mineralnej w Unii Europejskiej
szacowany jest na około 500 tys. m3.
Zanieczyszczenie gleb, wód gruntowych oraz niszczenie bioróżnorodności
w naturalnym środowisku przez nawożenie mineralne.
Intensyfikacja produkcji rolnej wiąże się obecnie ze
zwiększonym
używaniem,
a
nawet
częstym
przedawkowaniem środków wspomagających produkcję,
w szczególności nawozów sztucznych i chemicznych
środków ochrony roślin. Problemem stało się nie tylko
obniżenie jej żyzności, ale także wzrost jej zasolenia,
zanieczyszczenie metalami ciężkimi oraz pestycydami.
Nawozy sztuczne stanowią jeden z podstawowych czynników wzrostu
plonów, ale ich długookresowe stosowanie prowadzi do obniżenia
zawartości próchnicy, pogorszenia struktury i właściwości fizykochemicznych gleby oraz jej skażenia.
Intensywne rolnictwo stosujące nawożenie mineralne jest jednym
z największych zagrożeń dla ekohydrosystemu. Jego udział w
zanieczyszczeniu wód związkami azotu oceniany jest na 60%.
Spadek bioróżnorodności
„Bioróżnorodność jest zmiennością żywych organizmów
wszystkich środowisk występujących na Ziemi, włączając
w to siedliska lądowe, morskie, inne ekosystemy wodne
oraz ekologiczne kompleksy złożone z tych siedlisk;
obejmuje ona zróżnicowanie wewnątrzgatunkowe, między
gatunkami i zróżnicowanie ekosystemów. Bioróżnorodność
tworzy podstawę szerokiego wachlarza świadczeń
ekosystemów, który w istotny sposób kształtuje
dobrobyt człowieka.” (Millenium Ecosystem Assesment,
MEA, 2005).
Bioróżnorodność jest jedną z cech krajobrazu i polega na jego strukturalnym zróżnicowaniu.
Obecnie znanych jest na świecie około 1,4 mln gatunków, a w Polsce nieco ponad
60 000 gatunków, z czego królestwo grzybów obejmuje 3630 gatunków, królestwo
roślin 16275, królestwo pierwotniaków 1152 i królestwo zwierząt 35 368.
W ostatnich dziesiątkach lat ubiegłego wieku obserwuje się szybki spadek bioróżnorodności
na świecie.
Rolnictwo jest często postrzegane jako jedno z głównych zagrożeń bioróżnorodności.
Celem zwiększenia produkcji rolnicy upraszczają strukturę upraw, eliminując gatunki
„niepożądane” i tworzą wielkoobszarowe pola, które łatwo jest uprawiać maszynowo.
Upraszczanie krajobrazu, podobnie jak zabiegi agrotechniczne, eliminują wiele gatunków
zwierząt. Miedze, zadrzewienia, oczka wodne, środowiska trawiaste, mokradła itp., są
usuwane. Eliminacja refugiów (obszarów wyróżniających się pod względem
przyrodniczym, na których występują rzadkie, ginące, zagrożone gatunki roślin lub
zwierząt, czy zanikające typy ekosystemów), stosowanie pestycydów, intensywna orka
oraz pogarszanie się warunków wodnych w glebie jest zagrożeniem dla istnienia roślin i
zwierząt.
Dziękuję za uwagę