PRODUKTY i METODY „EnviAgri”
Kalkulator bilansowania glebowej materii organicznej –
METODA BILANSOWANIA GLEBOWEJ MATERII ORGANICZNEJ
Wstęp
Glebowa materia organiczna (GMO) ma zasadniczy wpływ na właściwości chemiczne, fizyczne i biologiczne gleby i jest jednym z podstawowych czynników decydujących o jej żyzności. Znaczenie materii organicznej w glebie objawia się w szczególności jej wpływem na zdolności gleby do gromadzenia i dostarczania roślinom niezbędnych składników odżywczych (takich jak azot, fosfor, potas, wapń i magnez) oraz retencjonowania wody i węgla. Materia organiczna wiąże składniki odżywcze roślin i zapobiega ich wypłukiwaniu do głębszych warstw gleby (w tym zmniejsza wymycie azotanów), oraz wynoszeniu w wyniku spływu powierzchniowego.
Bardzo cenną właściwością materii organicznej jest jej zdolność do magazynowania znacznych ilości wody. W tym zakresie wykazano, że zwiększenie zawartości materii organicznej w glebie nieuprawianej o 1% powoduje zwiększenie jej wilgotności objętościowej1 o 0,051 cm3·cm-3 [Scott i in. 1986]. Z tego wynika, że przyrost materii organicznej o 1 % w warstwie gleby 0-30 cm zwiększa objętość wody w niej zawartej o 153 m3. Zatem poprzez wzbogacenie gleb (szczególnie naturalnie suchych i piaszczystych) w materię organiczną poprawia się warunki wodne gleby istotne dla rozwoju roślin.
Rola glebowej materii organicznej jest też niezwykle istotna z punktu widzenia sekwestracji węgla z atmosfery bowiem wiązanie węgla przez rośliny i ich rozkład przyczynia się do redukcji CO2 w atmosferze i przeciwdziała zmianom klimatycznym. W związku z tym iż glebowa materia organiczna jest czynnikiem sprzyjającym łagodzeniu skutków zmian klimatu i budowania odporności ekosystemów rolniczych, różne strategie i programy polityczne, takie jak Europejski Zielony Ład, Australijska Inicjatywa Rolnictwa Węglowego oraz amerykańska Ustawa o Czystej Energii i Bezpieczeństwie, wspierają rolników w stosowaniu gospodarki rolnej, która może zwiększyć sekwestrację dwutlenku węgla w glebie [Kizeková i in. 2024], tj. zwiększyć w niej zawartość materii organicznej.
W Polsce przeciętna zawartość materii organicznej w glebach użytków rolnych w warstwie (0-25 cm), kształtuje się na poziomie 2,2% [Jończyk i in. 2008 za: Terelak 2001]. Według klasyfikacji stosowanej w Polsce 6,2% powierzchni użytków rolnych charakteryzuje
się glebami o niskiej zawartości próchnicy, 49,8% - średnimi, 33,4% - wysokimi i 10,6% - bardzo wysokimi [Jończyk i in. 2008 za: Terelak 2001]. Stosując klasyfikację zgodną z kryteriami Europejskiej Bazy Danych o Glebach (ESB), aż ok. 90% gleb użytków rolnych w Polsce należałoby zaliczyć do klasy o niskiej i bardzo niskiej zasobności w materię organiczną [Kuś 2015 za: Gonet 2007]. W literaturze światowej powszechnie przyjmuje się, że 3,4% glebowej materii organicznej (2% węgla organicznego) za wartość krytyczną. Poniżej tego progu GMO gleby są zagrożone pustynnieniem i powinny być wprowadzone działania sprzyjające wzrostowi w nich zawartości materii organicznej [Kuś 2015].
W kontekście powyższego i uwzględniając dane na temat stanu zawartości materii organicznej w glebach użytków rolnych w Polsce, należy stwierdzić, że stan ten wymaga poprawy. Na poziomie gospodarstwa, do podstawowych czynników wpływających na proces akumulacji materii organicznej w glebie zalicza się płodozmian, sposób zagospodarowania resztek pożniwnych, uprawa międzyplonów, stosowanie nawozów naturalnych i organicznych a także intensywność uprawy roli.
Ze względu na ważne rolno-środowiskowo-klimatyczne znaczenie glebowej materii organicznej istnieje potrzeba dbałości o jej zasoby, tak żeby nie tylko nie ulegały one ubytkowi czy nawet utrzymywały się na stałym poziomie, ale były też powiększane. Działania prowadzone w tym kierunku powinny uwzględniać sporządzanie bilansów glebowej materii organicznej. W ramach projektu EnviAgri naukowcy z Instytutu Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie opracowali komputerowy program pozwalający takie bilanse wykonywać na podstawie danych obejmujących w szczególności powierzchnię upraw, poziom uzyskiwanych plonów oraz ilości stosowanych nawozów naturalnych w gospodarstwie. Program ten jest oparty na przedstawionej niżej metodzie.
Metoda bilansowania glebowej materii organicznej w gospodarstwie rolnym
Informacje wprowadzające
Uznaną metodą sporządzenia bilansów glebowej materii organicznej (GMO) jest metoda VDLUFA (Stowarzyszenie Niemieckich Instytutów Rolniczych) opracowana w celu analizy i oceny poziomu zasilania gruntów ornych w GMO [Ebertseder i in. 2014]. Opiera się ona na wynikach wieloletnich badań polowych i danych dotyczących zarządzania gospodarstwem (prowadzonych od lat 70. XX w.). Metoda VDLUFA dostarcza podstawowych informacji na temat dopływu materii organicznej do gleb uprawnych, co jest pożądane z punktu widzenia działań prowadzonych na rzecz żyzności gleby i ochrony środowiska. Nie jest jednak odpowiednia do precyzyjnego przewidywania zmian zawartości GMO lub jej zasobów. Idę bilansu VDLUFA wyraża rys. 1.
Rys. 1. Saldo bilansu glebowej materii organicznej (GMO) jako różnica między reprodukcją (dostawą) a degradacją (mineralizacją) substancji organicznej w glebie. Źródło: opracowanie własne
Bilanse glebowej materii organicznej sporządzane są na poziomie całego gospodarstwa oraz na poziomie pola w płodozmianie. Bilans GMO dla gospodarstwa dotyczy gruntów ornych gospodarstwa rolnego w jednym roku. Dostarcza informacji o tym, jak prowadzona w gospodarstwie produkcja roślinna na gruntach ornych wpływa na saldo bilansu GMO. Bilans GMO dla pola uwzględnia dane pole w całym płodozmianie. Jest to klasyczna forma bilansu GMO i dostarcza informacji na temat oczekiwanego długoterminowego trendu w kierunku optymalnej zawartości GMO.
Bilansowanie glebowej materii organicznej w skali całego gospodarstwa
Saldo bilansu glebowej materii organicznej zgodnie z założeniami VDLUFA na poziomie gospodarstwa rolnego można wyznaczyć na podstawie następującego równania:
gdzie:
Ni – ilość zastosowanych nawozów naturalnych i organicznych, t;
wNi - wskaźniki zdolności reprodukcji materii organicznej dla różnych materiałów organicznych wnoszonych do gleby, kg C⋅t-1 świeżej masy – wg. Ebertseder i in. [2014].;
Rj - powierzchnia upraw gatunków roślin wzbogacających glebę w materię organiczną, ha;
wRj - wskaźniki reprodukcji materii organicznej dla roślin wzbogacających glebę w materię organiczną, kg CGMO ⋅ha-1⋅rok-1 – wg. Ebertseder i in. [2014];
Dk - powierzchnia upraw gatunków roślin zubażających glebę w materię organiczną, ha;
wDk - wskaźniki degradacji materii organicznej dla roślin zubażających glebę w materię organiczną, kg CGMO⋅ha-1⋅rok-1 – wg. Ebertseder i in. [2014];
GO – powierzchnia gruntów ornych w gospodarstwie, ha.
Bilansowanie glebowej materii organicznej na poziomie pola
Saldo bilansu glebowej materii organicznej na poziomie pola określa wzór w postaci:
gdzie:
Ni – ilość nawozów naturalnych i organicznych zastosowanych na działkę rolną, t;
wNi - wskaźniki zdolności reprodukcji materii organicznej dla różnych materiałów organicznych wnoszonych do gleby, kg C⋅t-1 świeżej masy – wg. Ebertseder i in. [2014];
Aj - powierzchnia działki rolnej zajęta przez uprawę wzbogacających glebę w materię organiczną, ha;
wRj - wskaźniki reprodukcji materii organicznej dla roślin wzbogacających glebę w materię organiczną, kg CGMO⋅ha-1⋅rok-1 – wg. Ebertseder i in. [2014];
Ak - powierzchnia działki rolnej zajęta przez uprawę zubażających glebę w materię organiczną, ha;
wDk - wskaźniki degradacji materii organicznej dla roślin zubażających glebę w materię organiczną, kg CGMO⋅ha-1⋅rok-1 – wg. Ebertseder i in. [2014];
A – powierzchnia działki rolnej, ha.
przy czym: w zależności od rodzaju upraw w plonie głównym w danym roku człony równania (Aj ⋅ wRj) i (Ak ⋅ wDk) występują alternatywnie.
Ocena wyników bilansów glebowej materii organicznej
Interpretację uzyskanych wyników obliczeń sald GMO przeprowadza się na podstawie systemu ich oceny opracowanego przez VDULFA. W ramach tego systemu wyodrębnione jest 5 klas sald GMO oznaczonych nazwami: „bardzo niskie”, „niskie”, „zrównoważone”, „wysokie” i „bardzo wysokie”, o zdefiniowanym za pomocą liczb granicznych zakresie. Do każdej klasy przypisana jest jej ocena i związane z nią zalecenie dotyczące sposobu postępowania na rzecz optymalizacji salda GMO. Klasyfikacja zasobności gruntów ornych w materię organiczną wg kryteriów VDULFA została opracowana oddzielnie dla gospodarstw prowadzących integrowaną produkcję roślinną2 i dla gospodarstw ekologicznych.
Literatura
Ebertseder, T., Engels C., Heyn J., Reinhold J., Brock C., Fürstenfeld F., Hülsbergen K.-J., Isermann K., Kolbe H., Leithold G., Schmid H., Schweitzer K., Willms M., Zimmer J. 2014. Humusbilanzierung. Eine Methode zur Analyse und Bewertung der Humusversorgung von Ackerland. Standpunkt, Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA), Speyer. s. 21.
Jończyk K., Jadczyszyn J., Filipiak K., Stuczyński T. 2008. Przestrzenne zróżnicowanie zawartości materii organicznej w glebach polski w kontekście ochrony gleb i ich rolniczego wykorzystania. Studia i Raporty PIG-IUNG Zeszyt 12, s. 133-142.
Kizeková M., Kanianska R., Jančová Ľ., Čunderlík J., Dugátová Z. 2024. Carbon and Nitrogen Stocks in Agricultural Soils under Different Natural Conditions and Management in Slovakia. Land 13, no. 2: 179. https://doi.org/10.3390/land13020179
Kuś J. 2015. Glebowa materia organiczna – znaczenie, zawartość i bilansowanie. Studia i raporty IUNG-PIB. Z. 45(19) s. 27-53.
Scott, H.D., L.S. Wood, and W.M. Miley. 1986. Long-term effects of tillage on the retention and transport of soil water. Arkansas Water Resources Research Center. Publication Number 125 ss. 39.
Opracowanie wykonał:
Stefan Pietrzak
Instytut Technologiczno-Przyrodniczy – Państwowy Instytut Badawczy
Wilgotność objętościowa Θ, jest to stosunek objętości wody zawartej w glebie Vw, do objętości całej próby gleby V.↩︎
Integrowana produkcja roślin jest systemem gospodarowania uwzględniającym wykorzystanie w sposób zrównoważony postępu technologicznego i biologicznego w uprawie, ochronie i nawożeniu roślin, przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa środowiska przyrodniczego.↩︎
