M A R IU S Z F O T Y M A , S T A N IS Ł A W G O S E K
ELEMENTY BILANSU FOSFORU JAKO PODSTAWA NAWOŻENIA TYM SKŁADNIKIEM
Zakład Naw ożenia IU N G w Puławach
W S T Ę P
Podstawowym źródłem wiedzy i zaleceń dotyczących nawożenia fosfo rem są w Polsce wyniki doświadczeń wieloletnich ze wzrastającymi daw kami tego składnika. Doświadczenia takie, założone w latach 1962— 1964 w niemal 50 punktach na terenie całego kraju, ulegały ostatnio stopnio wej likwidacji i przewiduje się całkowite ich zakończenie w 1985 r. Ostatnio opublikowano obszerną syntezę wyników 48 doświadczeń pro
wadzonych przez okres 1 2 lat i 28 doświadczeń prowadzonych przez
16 lat [7]. Synteza ta, mimo posługiwania się dosyć złożonymi metodami statystycznymi i obszernym materiałem dokumentacyjnym, nie może być w bezpośredni sposób wykorzystana w elektronicznym systemie doradz twa nawozowego. Ciekawą metodę ilościowego wyznaczania elementów bilansu fosforu, na podstawie analogicznych doświadczeń prowadzonych
w NRD, zaproponowali R i c h t e r i K e r s c h b e r g e r [8, 9, 10].
Z uwagi na analogię zagadnienia i po porozumieniu z autorami1 wyko rzystano opracowaną w NRD metodę do powtórnej analizy wyników do świadczeń własnych.
W Y Z N A C Z A N IE W S P Ó Ł C Z Y N N IK Ó W B IL A N S O W Y C H F O S F O R U
M e t o d y k a . Współczynnik bilansowy (Bilanzkoeffizient) jest to sto sunek ilości fosforu pobranej z maksymalnym plonem roślin do optymal nej dawki nawozów, którą trzeba zastosować dla uzyskania tego plonu. Współczynniki takie odbliczono według metody NRD dla każdego z 48 do świadczeń wieloletnich w sposób następujący:
1 W tym m iejscu składam y serdeczne podziękowanie Doktorow i M anfredow i Kerschbergerow i i Profesorowi D itm arow i Richterowi za cenne w skazów ki udzie lone w trakcie pracy i policzenie części m ateriału w ośrodku obliczeniow ym Institut für Pflanzenernährung w Jenie.
17ô M. Fotyma, S. Gosek
— dla każdego roku badań ( 1 2— 16 lat) i każdego obiektu nawozowe
go (obiekt bez fosforu, 36 kg P20 5, 72 kg P20 5, 144 kg P205 na hektar
na rok) 2 wyznaczono różnicę bilansową fosforu x odejmując pobraną ilość składnika z uzyskanym plonem rośliny od jego ilości zastosowanej w nawozach. Różnice bilansowe dla obiektu P0, a najczęściej i obiektu Рзб były ujemne, dla pozostałych obiektów dodatnie. Metodą regresji wyznaczono następnie zależność pomiędzy tak wyliczoną różnicą bilan sową x a różnicą plonu roślin przeliczonego na jednostki zbożowe y. Różnicę plonu obliczono dla każdego roku badań i każdego obiektu na wozowego w stosunku do uzyskanego w tym roku plonu maksymalnego. Zależność y = j{x) opisywano funkcją wielomianową drugiego stopnia:
y = a1 + b1x + b 2x 2
Z pochodnej tej funkcji [6] wyznaczono optymalną przyrodniczo (.) i eko
nomicznie (..) wartość Xopt
bl 0,0 2- Л
л - ° р , • = - 2 ^ - - o p t . . = —
-gdzie: 0 , 0 2 jest przyjętym stosunkiem kosztu 1 kg P2Os do wartości
1 jednostki zbożowej plonu.
Wartość x opt.. należy rozumieć jako optymalną różnicę bilansową fos foru, przy której uzyskuje się plon roślin najbardziej (ale ekonomicznie) zbliżony do plonu maksymalnego. Wartość taką uzyskano dla każdego z analizowanych doświadczeń:
— posługując się wyliczonymi różnicami bilansowymi fosforu wy znaczono dla każdego doświadczenia zależność pomiędzy dawką nawozów 2 a różnicą bilansową fosforu x . Zależność z = j(x) opisywano krzywą wielomianową pierwszego stopnia:
z = C + b tx
Podstawiając do tego równania wartość a:opt.., i rozwiązując je według 2,
obliczono dawkę nawozów zopt—, Przy której uzyskuje się optymalną róż nicę bilansową fosforu, a w konsekwencji — plon najbardziej zbliżony do plonu maksymalnego;
— odejmując od wartości zopt.. wartość xopt.. uzyskuje się pobranie fosforu (£opt..) z plonem najbardziej zbliżonym do plonu maksymalnego:
Eo p f . ~opt** *^opt**
2 Niezgodnie z przyjętą w Rocznikach G leboznaw czych zasadą, w pracy w y ra żano zawartość fosforu zawsze w form ie P20 5. W ynika to z utylitarnego charakteru badań i um ożliwia zastosowanie ich w yników w pow szechnym doradztwie naw ozo w ym . W form ie tlenkow ej przedstawione są liczby graniczne zawartości fosforu w glebie.
— zgodnie z definicją podaną na wstępie metodyki, wyliczano osta tecznie współczynnik bilansowy fosforu (A>Pt--) jako iloraz:
W ten sposób każde z doświadczeń, obejmujące 48 (4 obiektyX 12 lat) do 64 (4 obiektyX16 lat) obserwacji, było ostatecznie scharakteryzowane trzema wartościami pomocniczymi xopt.., z0?t.., E0pt.. i jedną wartością zasadniczą Aopt... Przykładowe wyliczenia wartości x , z, E, A dla jednego z punktów doświadczalnych za okres 16 lat przedstawiono na ryc. 1.
Rys. 1. W yznaczanie w spółczynnika bilansowego fosforu na przykładzie dośw iad czenia przeprowadzonego w PTR Bojanowo
y —• różnica plonu w dt jedn. z b .-h a -1 w stosunku do plonu maksymalnego w danym roku, X — różnica bilansowa fosforu w kg PjOg-ha-1, z — dawka nawozu w kg P ^ - h a - 1
Fig. 1. D eterm ination of the phosphorus balance coefficient on an exam p le of the experim ent carried out at B ojanow o
y — yield, difference in grain u n its-h a -1 in relation to the maximum yield in the given year, X — phosphorus balance difference in kg PaOj-ha-1, z — fertilizer rate in kg P ,C V h a -‘
Średnio dla 42 analizowanych doświadczeń plon zbliżony najbardziej do plonu maksymalnego uzyskano przy dodatniej różnicy bilansowej fosforu wynoszącej 35 kg P20 5-ha“ 1-rok™1 (tab. 1). Do uzyskania takiej różnicy bilansowej konieczne było regularne stosowanie dawki 102 kg
P20 5‘ ha“1*rok“ 1. Optymalna dawka fosforu pokrywa się dosyć dokładnie
z dawką wyliczoną w cytowanej syntezie [7], wykonanej metodami kla sycznymi. Średni współczynnik bilansowy fosforu wynosi 66, a więc po branie fosforu z plonem maksymalnym stanowi 66% w stosunku do opty malnej dawki fosforu w nawozach. Odwracając tę zależność można
wy-178 M. Fotyma, S. Gosek
źrećr.ie v; arte:; c i с.): a r • ; to г у :л и f> я. се Л с.-".vin;! с::- :.ia -г:-.:: :: г ' iah i r e i
À'ean value r, charact -rizir.g th? expe rirr.onts, irc]\;.;in ta o ir v-.ri- M l i t v
o.tti.r.-C h a r ;i •: t e r y ? t ;; к a C h a ra c te r is tic s Liczebność ■ ; oświad czeń number o f e x p e r i ments n
}-. 6:';nica oila n gov;a
Balance <5ifforonco, * opt l:,- P„Oc .h â 1. r o k " 1 ć S Optymalna dav/ka fo s fo ru Cotimum ohosnho- rus r a t e ; z<)pt kg P ^ . h ä 1 .ro k -1
i'o rr r.i' fo sfo ru
?. pi on or.! maksy
malnym Phosphorus uptake ■.vith the maximum
“ opt kg P20 - .h S ’ .ro k “ 1 a il - o'.vy j fo rfa ru ! Paosaaorus j 1-ir.ee j co? i'fic iæ t
A śred n ia Mean 42x 35,1 102 67 CG Odchylenie standardowe Standard d e v ia tio n - 22,51 26,1 I7,i 32,5 Skrajne war t o ś c i iSxtrerae valu es - - 30 do 77 21 d: 143 38 do K ‘3 AA do 24 3
x J pozostałych sześciu doświadczeniach zajaâno ś c i r.i j uciov.modnione
This r e la tio n s h ip has not been in the remaining s ix experiments
I a b e i a 2
W artości współczynników k o r e la c ji d la analizowanych zmiennych Values o f c o r r e la t io n c o e f f i c i e n t s f o r the v a r ia b le in v e s t ig a t e d Zawartość fo s fo ru vt g le b ie Phosphorus content in s o i l *1 P r o c e n t c z ę ś c i s p ła w ia ln y c h P e r c e n t o f c la y p a r t i c l e s x 2 Plon uaksyiaalny Maximum y ie ld X3
Procent r o ś lin oko powych i pastewnych Ter cent o f ro o t ar.d fodder crops.
x 4 pH g le b y s o i l pH x 5 *2 - 0 ,1 3 - - - -X3 ГЛ CM 0 1 0 ,4 2 - - -X4 с ,25 - 0 , 3 2 - 0,30 - -x 5 - 0 , 1 1 0,31 0,12 - 0,39 -у/а/ 0,33 0,53 0 ,0 2 - C,06 0 , 2 1
liczyć wartość, przez którą należy pomnożyć pobranie fosforu z plonem, aby wyliczyć optymalną dawkę fosforu w nawozach:
W analizowanych doświadczeniach przeciętna optymalna dawka fos foru w nawozach była o 51% większa od ilości fosforu pobranej z plo nami roślin.
Współczynnik bilansowy A miał w poszczególnych doświadczeniach bardzo różną wartość, która wahała się od 44 do 243 (tab. 1). Z wyko rzystaniem regresji wielokrotnej starano się wyznaczyć czynniki, które wywierają istotny wpływ na wielkość współczynnika A. W rachunku regresji jako zmienną zależną traktowano współczynniki A y } a jako zmienne niezależne: przeciętną dla doświadczenia zawartość przyswajal nego fosforu w glebie х ъ zawartość części spławialnych w glebie x 2> wielkość maksymalnego plonu x 3, procentowy udział w zmianowaniu roślin okopowych i pastewnych x 4 i przeciętną wartość pH gleby x 5. Obli czenia i interpretację wyników wykonano w Institut für Pflanzenernäh rung w Jenie (tab. 2).
W dalszym ciągu metodą regresji krokowej (step-wise) eliminowano zmienne, które okazały się nieistotne przy poziomie ufności a = 5%. W najlepiej dopasowanym modelu pozostały następujące współczynniki regresji: liniowy i kwadratowy dla x x (tzn. zawartości przyswajalnego fosforu w glebie), liniowy dla x 2 (tzn. zawartości części spławialnych) oraz kwadratowy — na granicy poziomu ufności dla x 3 (tzn. poziomu plonów). Wartość współczynnika bilansowego A dla fosforu jest zatem w naj większym stopniu uzależniona od zawartości przyswajalnego fosforu w glebie oraz od gatunku gleby, tzn. zawartości części spławialnych. Wy korzystując metodę grupowania średnich i odczytów z wykreślonych ręcznie krzywych regresji oraz dokonując pewnych ekstrapolacji w na wiązaniu do wyznaczonych wcześniej wartości w NRD, określono przy bliżone wartości współczynników bilansowych fosforu w grupach składu mechanicznego i zasobności gleb w fosfor (tab. 3).
Optymalna dawka nawozów fosforowych na glebach o bardzo niskiej zawartości fosforu odpowiada pobraniu składnika z plonami roślin zwięk szonemu o 82 do 122% (współczynniki 1,82— 2,22). Analogicznie na gle bach o wysokiej zawartości fosforu optymalna dawka nawozów odpowiada
Г a b 4 : - 3
P rz y b liż o n e w a rtośc i współczynnika bilansowego A i je g o odwrotności V d la gleb P o ls k i
Approximate vnlues o f the baü'ince c o e f f i c i e n t A and i t s in v e rs e s 7
fo r P o lish s o ils
Grupa gleb S o i l group
P r z e d z ia ł znw artości fo s fo ru -• Phosphorus content in t e r v a l bardsc very < i niska low 5 mg niska 5-10 low ne średnia - medium 10-15 ng wysoka - high >15 mg A V A V A V A V Eardzo le k k ie - Very lig h t p1» pe 45 2,22 60 1,67 80 1,25 130 0,77 Le к kio - ^ L ig h t Pß l » PGIB 50 2,00 65 1,54 85 1,18 140 0,71 śre d n ie Kediun 53 1,39 70 1,43 90 1 ,1 1 145 0,70 C ię ż k ie j Heavy Q&t 55 1,02 75 1,33 95 1,05 150 0,67
pobraniu fosforu z plonami roślin, zmniejszonemu o 23—33% (współ czynniki 0,77— 0,67). Na glebach tych można zatem gospodarować z pew nym ujemnym bilansem fosforu. Należy podkreślić, że liczebność do świadczeń, zwłaszcza 16-letnich, na glebach o średniej i wysokiej zawar tości fosforu była stosunkowo niewielka i uzyskane dane są znacznie pewniejsze i bardziej reprezentatywne dla gleb o bardzo małej i małej zawartości tego składnika. Bardzo niewielką również liczbę doświadczeń zlokalizowano na glebach ciężkich wytworzonych z glin i dlatego podane tutaj wartości współczynników bilansowych mogą być obarczone dużym błędem.
180 M - Fotyma, S. Gosek
W Y Z N A C Z A N I E Z M IA N Z A W A R T O Ś C I F O S F O R U P R Z Y S W A J A L N E G O W G L E B IE
M e t o d y k a . Zmiany zawartości przyswajalnego fosforu w glebie były uzależnione od wielkości dawek nawozów fosforowych i czasu ich stosowania, a ściślej od różnicy bilansowej fosforu. Dla ilościowego wy znaczenia tych zmienności zastosowano dwie metody oparte o rachunek korelacji i regresji. W metodzie pierwszej jako zmienną zależną у trak towano zawartość fosforu w glebie, a jako zipienną niezależną liczbę lat prowadzenia badań x. Rachunek wykonano dla każdego obiektu na wozowego (Po, P36, P72) P144) oddzielnie oraz dokonując wstępnie podziału materiału doświadczalnego na grupy według wyjściowej zawartości przy swajalnego fosforu w glebie. W metodzie drugiej, opracowanej przez K e r s c h b e r g e r a i R i c h t e r a [9], obliczono dla każdego doświad czenia oddzielnie średnie roczne zmiany zawartości fosforu u zależnie od średnich wielkości nadwyżki bilansowej tego składnika Q zgodnie ze wzorem:
u = K + b 1-Q gdzie К i b1 są stałymi równania.
Dane wejściowe do rachunku regresji przygotowano w następujący sposób:
— dla każdego roku badań i każdego obiektu nawozowego wyzna czono różnicę bilansową fosforu x w sposób opisany w metodyce, cz. I. Różnice bilansowe dla kolejnych lat sumowano (rok pierwszy i drugi, pierwszy do trzeciego itd.) i dzielono przez liczbę lat n, uzyskując war tości średnie:
— dla każdego obiektu nawozowego i każdego roku badań obliczono różnicę pomiędzy aktualną zawartością fosforu i zawartością wyjściową Gd. Różnice te dzielono przez liczbę lat uzyskując średnie zmiany za wartości fosforu przyswajalnego w glebie:
Gd u= ---n
Przy takim sposobie postępowania eliminowano przypadkowe, niekie dy duże, wartości różnic bilansowych i różnic zawartości fosforu, jakie wynikały z błędów losowych lub błędów technicznych w prowadzeniu doświadczenia.
W Y N I K I O B L IC Z E Ń
W obiekcie kontrolnym P0 mimo ujemnego bilansu fosforu nie stwier dzono istotnych zmian zawartości przyswajalnych form tego składnika w glebie (tab. 4). Przy bardzo małej i malej wyjściowej zawartości
fos-Ï а о й i а 4
ń’cr.óiczyn n iki równania r e g r e s j i y *= a + bx
C o e ffic ie n t s c f ïho re g re s s io n equation y = a + bx
Zawartość fo s fo ru ;v g le b ie i'hosphoxuo content in r o i l Licsba doświadczeń Number o f experim ents Współczynniki równania Equation c o e f f ic ie n t s Dav.lta fo s fo ru , kg/ha Phosphorus r a t e , kg/ha 0 36 72 144 Bardzo n ia ка a 4,1543 4.2132 4,4821 5,1457 Very low ^ Г|С b 0,0164 0,2733 0,4175 0,6303 IS К 0,чС 0,97 C, 93 0,97 wisl'.a a 7,1462 6,7781 7,0563 7,8343 Lov, 5-10 ” E 14 Ъ 0,0175 0,2472 0,4123 0,5745 i В С, jO 0,96 0,93 0,56 orodnia i wysoka a 1 5 ,зеез 15,3431 13,BCC7 16,7737
Sodium and high ^ Ю mg 16 b -0,02533 0,1565 0,3026 0,4792
0,2:5 0,ü0 0,53 0,93
i r z e c iç t n io a 3,2223 3,0596 8 , 44S7 9,2112
i..scn 43 Ъ 0,0055 0,2 335 0, 33 39 0,5701)
h 0,35 0,58 0,99 0,57
у - zawartość fo s fo ru •.? r:g f,,0 - /1 0 0 g gleb y - phosphorus content in /.g Pp0,-/100 g o f сï o i l
- u p ï ум la t 1, 2 . . . 1G lapse o f years 1 , 2 . . . 16
foru zaznaczyła się nawet tendencja do pewnego wzrostu tej zawartości. Jedynie w glebach o średniej i dużej wyjściowej zawartości fosforu, przy braku nawożenia tym składnikiem wystąpił nieznaczny i nie udowod niony spadek zawartości fosforu w miarę upływu lat prowadzenia badań. We wszystkich nawożonych obiektach stwierdzono systematyczny i udo wodniony przyrost zawartości przyswajalnego fosforu w glebie. Przecięt ne wartości tego przyrostu wynosiły od 0,23 mg dla rocznej dawki P3e
182 Fotyma, S. Gosek
do 0,57 mg P0O5/IOO g gleby na rok dla dawki P144. Przyrost zawartości
fosforu był tym większy, im gleba wykazywała mniejszą wyjściową za wartość przyswajalnych form składnika. W przeciągu 16 lat badań wy liczony z równania regresji przeciętny dla wszystkich gleb przyrost za
wartości fosforu wynosił: około 3,7 mg P2O5 dla dawki Рзв, około 6 mg
P0O5 dla dawki P 72 i około 9 mg P 205 dla dawki P144.
Zmiany zawartości fosforu w glebie stanowiły wypadkową procesów pobierania P przez rośliny oraz uruchamiania i uwsteczniania składnika w glebie. W glebach obiektów kontrolnego i z najmniejszą dawką fosforu przeważały procesy uruchamiania P glebowego, gdyż mimo ujemnego bilansu składnika bądź nie stwierdzono zmian zawartości jego przyswa jalnych form (obiekt P0), bądź następował przyrost zawartości w obiek cie Рзб- W glebach obiektów ze średnią i dużą dawką nawozów przewa żały procesy uwsteczniania fosforu, gdyż przyrost zawartości przyswa jalnych form P był znacznie mniejszy od wartości nadwyżki bilansowej składnika.
Dla celów doradztwa nawozowego bardziej interesująca jest zależność pomiędzy zmianą zawartości fosforu w glebie u i różnicą bilansową skład nika Q. Zależność tę wyznaczono dla każdego doświadczenia oddzielnie
T a b e l a 5
'.V'.pJ ' cri.vnnii:i rô.vna.: rejresji wraz z charai:terystyk-ą statystyczną
С ic:i ; oL' re rr o js io n equations jo i n t l y with the s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r is t ic s ,
u = К + ^ ti-irai. te гул Łyka C h a ra c te ris tic s Liczba со j ‘.viadc»e:; l.-jr.har o f Wartość współczynników Value o f c o e ff ic ie n t s d la u-1 ag fo r U=1 mg У, Ь1 Jxcdnirt - iti-v.n Cd c! y io П io I. * r. ci Г'i jv/o
itnnd- rd d e via tio n J krajne warto:’;ci i x t .томе v:iluoa 4 '/ 0 ,1 6 0 0 ,2 0 0 - 0 ,2 8 5 do 0 ,9 0 5 0 ,0 0 7 6 0 ,0 0 2 7 0 ,0 0 4 do 0 ,0 1 3 110
“ il pozostałych tr/^cłi doświadczeniach, zależn ości nie udowodnione
!:hia re la tio n s h ip lias not been proved in the renaining three experiments
cytowaną metodą [9]. W tabeli 5 przedstawiono wartości współczynników równania regresji liniowej:
u = K + b , Q
wraz z ich charakterystyką statystyczną. W ostatniej kolumnie tabeli zamieszczono wielkość nadwyżki bilansowej fosforu, jaka jest konieczna
dla zwiększenia zawartości składnika w glebie o 1 mg P20 5/100 g gleby.
Wielkość tę wyliczono z przekształcenia równania regresji
и - К
1
-0,160
Przeciętna wartość nadwyżki bilansowej fosforu, koniecznej dla zwięk
szenia zawartości przyswajalnych form składnika w glebie o 1 mg
P2O5/IOO g gleby, wynosi więc: 1 1 0 kg P203 na ha.
Współczynniki regresji i współczynniki Qi miały w poszczególnych doświadczeniach bardzo różne wartości. Z wykorzystaniem regresji wie lokrotnej starano się znaleźć związek pomiędzy wielkością tych współ czynników a skwantyfikowanymi cechami gleby, takimi jak procent części spławialnych x lf wyjściowa zawartość przyswajalnego fosforu x 2 i odczyn pH gleby x 3.
Korelacje interesujących zmiennych były stosunkowo luźne (tab. 6).
Stwierdzono jednak istotny związek wartości К i blr a szczególnie war-T a b e l a в
Wartości wзрс >cz yr.r.iû ,v k o re la c ji d la analizowanych zmiennych Value 3 of corrélation coefficients fe r she va riV olea analysed
К Ъ1 Ч 1 Х1 х2 + С ,21 - - - -s - 0,71 - о,7б - - -K1 со 0 1 + 0,22 - с , 13 - -х г - 0,52 - 0,31 - 0,50 - 0,10 -*3 + 0,15 + 0,13 i о го + С, 10 + 0,31 К, Ъ ,, q - z t a b e l i 5 - K, t , , Ц - as ln ?abla 5
- procent c z ę ś c i spław ialnyoh, ^ “ zawartość fo s fo ru w g le b ie
x 1 - par cent o f cla y p a r t ic le s , x 2 - phosphorus content in s o i l
, - pH gleb y
, х^ - s o i l pH
tości Qi, z zawartością przyswajalnego fosforu w glebie x 2 oraz związek bliski istotnemu wymienionych zmiennych z zawartością w glebie czą steczek spławialnych x x. Analizując bliżej te zależności stwierdzono, że nadwyżka bilansowa fosforu konieczna dla zwiększenia zawartości przy
swajalnego składnika w glebie o stałą wartość (na przykład o 1 mg) jest
tym mniejsza, im gleba wykazywała większą wyjściową zawartość fosfo ru oraz mniejsza na glebach średnich i ciężkich w stosunku do gleb bardzo lekkich i lekkich (tab. 7). Z uwagi na bardzo nierównomierny rozkład liczebności doświadczeń w grupach gleb zróżnicowanych pod względem zawartości fosforu i składu mechanicznego, zrezygnowano z wyznaczania równań regresji dla każdej z tych grup lub też z posługi wania się równaniem regresji wielokrotnej. Współczynniki regresji oraz wyznaczone z tych równań wartości Qi dla gleb o zróżnicowanej zawar
tości fosforu należy zwiększyć o 1 0% na glebach bardzo lekkich i lekkich,
134 M- Fotyma, S. Gosek
b e 1 a 7
. + o^. Q
c o e ff ic ie n t s o f reg res sio n ecuations ала Qi valu es fo r d if f e r e n t s o ils n = :: j. ь о • üav/arioje p r ï jp s v.-a 0 . I no i'o Г о s fo r u .Yapôïrczj'nniici r e g r e s ji R egression c o e f f ic ie n t s о art о 66 Q1 Values o f /dla u=1 ng P2°5 / fo r n=1 ta-j P2°5 .100 г“1 Globy/ .100 г;-1 o f 3 o il/ A v '.iln b le
::!:os;i’ioru3 coûtent p rzec iętn a
L ver Г; co d la Gleb - fo r 3 o ils К Ь 1 b-.rdzo Io.:.:ich i lfji-.):ich vcrv li c h t чпd li f'h t średn ic:’ i c ię ż k ic h medium and heavy ia rJ zo r.i3l.z ;, rJ Very low 0, 15 4 о,осб9 123 135 110 ->,1C;wa 5,1-10 ar low ?, 156 0,001о 111 122 100 śred n ia i wvsокa
Уз dii:.Ti ani hirh
~ > 10 щ:
0,1 71 0, ‘JC3 100 110 90
W Y Z N A C Z A N I E D A W E K N A W O Z Ó W F O S F O R O W Y C H
Można wyróżnić dwa zasadnicze rozwiązania tego zadania. W rozwią zaniu optymalizacyjnym wyznacza się dawkę nawozów zapewniającą uzyskanie maksymalnego (możliwego w danych warunkach) plonu roślin na określonej glebie. Zakłada się wówczas, że gospodarstwo ma możliwość zakupu dowolnej ilości nawozów. W rozwiązaniu alokacyjnym poszukuje się sposobu optymalnego rozdysponowania określonej puli nawozów, tak aby uzyskać największy elekt globalny w postaci przyrostu zbiorów. Przy ograniczonej ilości nawozów, dawki ich w poszczególnych gospodar stwach i na poszczególnych polach będą oczywiście mniejsze od dawek optymalnych.
R o z w i ą z a n i e o p t y m a l i z a c y j n e . W rozwiązaniu tym na leży się posługiwać współczynnikami bilansowymi dla fosforu. Po usta leniu wielkości oczekiwanego plonu roślin oblicza się ilość fosforu, jaką rośliny muszą pobrać z gleby i nawozów. W tym celu można wykorzystać tabele jednostkowego pobrania składników z plonem danej rośliny [6]. Pobranie fosforu należy zwiększyć o wielkość wynikającą ze współczyn nika bilansowego dla określonych warunków glebowych (tab. 3), wyli czając optymalną dawkę nawozów zgodnie ze wzorem:
gdzie:
p — optymalna dawka fosforu w nawozie, Ep — pobranie fosforu z oczekiwanym plonem, ^opt — współczynnik bilansowy (z tab. 3).
Ze wzoru tego wynika również w sposób bezpośredni wielkość nad wyżki bilansowej fosforu Q:
Q = P - E p
Wartość Q dla gleb o bardzo małej, małej i średniej zawartości fosforu będzie dodatnia, a dla gleb o dużej zawartości (> 15 mg na 100 g gleby) przybiera znak ujemny (tab. 3). Wartość tę można podstawić do odpo wiedniego równania regresji z tab. 7 i wylicza się przyrost zawartości przyswajalnego fosforu w glebie, jaki będzie towarzyszył zastosowaniu odpowiedniej dawki nawozów. Rachunek optymalizacyjny lepiej jest pro wadzić dla całego obiegu zmianowania z następnym podziałem wyli czonej dawki nawozów pod poszczególne, uprawiane w tym zmianowaniu rośliny. Postępowanie takie daje następujące korzyści:
— umożliwia prawidłowe uwzględnienie fosforu z obornika, którego efekt rozciąga się na kilka lat,
— stwarza możliwość kontroli poprawności nawożenia na drodze okre sowego (co 4—5 lat) oznaczania zawartości przyswajalnego fosforu w glebie,
— zapewnia uwzględnienie wrażliwości poszczególnych gatunków roś lin na niedobór fosforu w glebie.
R o z w i ą z a n i e a l o k a c y j n e . W rozwiązaniu tym należy
uwzględnić pulę nawozową, jaka pozostaje do dyspozycji gospodarstwa lub innej jednostki obszarowej. Przede wszystkim wylicza się całkowitą ilość nawozów zgodnie z postępowaniem optymalizacyjnym. Ilość ta bę dzie oczywiście większa od tej, która pozostaje do dyspozycji. W dalszym ciągu dokonuje się zwiększenia wartości współczynników bilansowych (z tab. 3) zachowując ich proporcje podane w tej tabeli dla określonych warunków glebowych. Zwiększenie wartości współczynników powoduje spadek zapotrzebowania na nawozy, ale kosztem wielkości plonów roślin. W wyniku „ krokowego” postępowania dochodzi do zrównania wyliczo nej i pozostającej do dyspozycji puli nawozowej. Do dokonywania wy liczeń trzeba z reguły korzystać z pomocy odpowiednio oprogramowanej maszyny elektronowej.
D Y S K U S J A W Y N I K Ó W
Koncepcja współczynników bilansowych (jakkolwiek inaczej nazywa nych) nie jest nowa. Współczynniki były od dłuższego czasu wykorzysty wane w różnych, zwłaszcza niemieckich, systemach nawożenia. B u c h
n e r i S t u r m [1] podają mnożnikowe wartości takich współczynników
określonych jako Klassenfaktor, dla wyróżnionych przedziałów zawar tości fosforu w glebie. W przedziale zawartości bardzo małej wartości współczynnika wynoszą tam 2,5—3,5, małej — 2,0—2,5 i średniej — 1,5.
1 8 6 M. Fotyma, S. Gosek
Dawka fosforu w nawozach stanowi iloczyn pobrania składnika z plonami roślin i odpowiedniego Klassenfaktor.
W Bawarii stosuje się współczynniki sumujące [2], które wynoszą od powiednio 90, 40 i 10 kg P2O5 na glebach o bardzo małej, małej i śred niej zawartości fosforu. Dawka fosforu w nawozach stanowi sumę po brania składnika z plonami roślin i odpowiedniego naddatku fosforu na poprawę zasobności gleby. Doświadczalne uzasadnienie współczynników bilansowych na podstawie wyników wieloletnich doświadczeń z nawoże niem fosforem można jednak znaleźć po raz pierwszy w cytowanej pracy K e r s c h b e r g e r a i R i c h t e r a [10]. Współczynniki wyznaczone przez tych autorów mają wartości bardzo zbliżone do wynikających z podsumowania doświadczeń przeprowadzonych w naszym kraju. Dla gleb o niskiej, średniej i wysokiej zawartości fosforu podano odpowied nie wartości A 46, 67 i 141, a więc niemal dokładnie odpowiadające ana logicznym wartościom dla Polski (tab. 3).
Nadwyżki bilansowe fosforu, jakie zgodnie z przedstawioną koncepcją należy stosować na glebach wykazujących małą i średnią zawartość przy swajalnego składnika, prowadzą do systematycznego zwiększania tej za wartości. W licznych badaniach [4] starano się ustalić ilościowe zależ ności pomiędzy dawką fosforu lub nadwyżką bilansową P a przyrostem zawartości przyswajalnej formy tego składnika w glebie. F o t y m a i K ę s i k [4] zestawili wartości tzw. równoważników bilansowych fosfo ru. Równoważnik bilansowy odpowiada przyrostowi zawartości fosforu na jednostkę zastosowanej nadwyżki bilansowej tego składnika. Przecięt na wartość równoważnika bilansowego w zestawionych badaniach w y nosiła 0,30, tzn. dla uzyskania przyrostu zawartości przyswajalnej formy składnika w glebie o jednostkę należy zastosować około trzech jednostek nadwyżki bilansowej fosforu.
W badaniach własnych w celu zwiększenia zawartości fosforu o 1 mg
P0O5 na 100 g gleby trzeba było zastosować przeciętnie 110 kg nadwyżki
bilansowej fosforu. Przyjmując że 1 mg P2O5 na 100 g gleby odpowiada 30 kg fosforu w warstwie ornej, wartość równoważnika bilansowego fos foru wynosi 0,27. W równolegle prowadzonych badaniach w NRD nad wyżki bilansowe fosforu, konieczne do zwiększenia zawartości P w glebie o 1 mg, były o kilkanaście procent mniejsze w porównaniu z wylicze niami na podstawie badań polskich. Świadczy to o większym niż w NRD uwstecznianiu fosforu stosowanego w nawozach w glebach naszego kraju. Jedną z przyczyn tego §tanu rzeczy m,oże być silne zakwaszenie gleb Polski [11].
Współczynniki bilansowe i równoważniki bilansowe fosforu są wy korzystywane w sformalizowanych systemach doradztwa nawozowego z pomocą maszyn elektronowych. Opis stosowanych na skalę produkcyjną systemów programowanego doradztwa nawozowego można znaleźć w końcowym sprawozdaniu grupy roboczej RWPG (Zbiorowa 1981). W NRD
gdzie:
P — optymalna dawka fosforu w nawozach, E.A — pobranie fosforu z oczekiwanym plonem,
ODf i ODyp — dawka nawozów organicznych odpowiednio pod daną
roślinę i pod jej przedplon,
a — równoważnik nawozowy fosforu z nawozów organicznych,
ZAfn — nadwyżka bilansowa fosforu (dodatnia lub ujemna) zależnie
od zawartości składnika w glebie,
ZAf — zwiększenie lub zmniejszenie dawki fosforu zależnie od wraż liwości rośliny na niedobór składnika w glebie.
W polskim systemie programowanego doradztwa nawozowego PDN '(1977) wylicza się dawkę fosforu na podstawie uproszczonego bilansu
tego składnika w glebie zgodnie ze wzorem: P = E • A ~f" ZA pH—OT) p
Dla jasności przyjęto oznaczenia jak we wzorze dla NRD. Wartość nad-
4vyżki bilansowej ZAFN wyznaczono w połowie lat 70-tych [3] wykorzy
stując dwie pierwsze rotacje zmianowań w tych samych doświadczeniach, których analiza stanowi przedmiot dyskutowanej pracy. Uzyskane wów czas równanie regresji miało następującą postać:
y —0,412359—0,104776x1 + 0,01 5890x2 + 0,007331x3
gdzie:
y — zmiana zawartości fosforu w glebie (odpowiada symbolowi u w omawianej pracy),
x 1 — kompleks przydatności rolniczej gleb, x 2 — wyjściowa zawartość fosforu w glebie,
x3 — różnica bilansowa fosforu (odpowiada symbolowi Q w omawia nej pracy).
Współczynnik przy x3 miał niemal analogiczną wartość jak współczyn niki przy Q (tab. 5), do wyznaczenia którego wykorzystano trzecią i czwartą rotację zmianowań tych samych doświadczeń. W omawianej pracy zrezygnowano jednak z wprowadzenia kompleksu glebowego i w yj ściowego zawartości fosforu do równania regresji wielokrotnej i posłużo no się. równaniami regresji prostej dla przedziałów zawartości przyswa-•dawka nawozów fosforowych była dotychczas ustalana na podstawie na
108 Fotyma, S. Gosek
jalnego fosforu w glebie (tab. 7). Postępowanie takie wydaje się prostsze i bardziej bezpieczne, gdyż unika się możliwych korelacji wewnętrznych (interkorelacji) uwzględnionych w rachunku regresji zmiennych.
D EFIN IC JE I W N IO S K I
— Współczynnik bilansowy jest to stosunek ilości fosforu, pobranej z maksymalnym plonem roślin, do optymalnej dawki nawozów, którą trzeba zastosować w celu uzyskania tego plonu. Wartości współczynni ków bilansowych A pozostają w granicach od 45 do 150 i zależą od skła du mechanicznego gleby i jej zasobności w fosfor. Współczynniki bilan sowe wyznaczone w NRD i Polsce mają bardzo podobne wartości.
— Równoważnik bilansowy fosforu odpowiada przyrostowi zawartości przyswajalnej formy P w glebie na jednostkę nadwyżki bilansowej tego składnika. Przeciętna wartość równoważnika bilansowego w Polsce wy nosi 0,27, tzn. dla zwiększenia zawartości przyswajalnego fosforu w glebie
o 1 mg P2O5/IOO g gleby (tzn. około 30 kg na hektar w warstwie ornej)
należy zastosować 110 kg nadwyżki bilansowej fosforu. Równoważnik bilansowy w Polsce jest mniejszy niż w NRD, tzn. w celu uzyskania tego samego przyrostu zawartości fosforu w glebie trzeba zastosować większą o kilkanaście procent nadwyżkę bilansową fosforu.
— Współczynniki bilansowe i równoważniki bilansowe fosforu sta nowią podstawy systemów programowanego doradztwa nawozowego z wykorzystaniem maszyny elektronowej.
L IT E R A T U R A
[1] B u c h n e r A ., S t u r m H.: Gezielter Düngen. D L G Verlag, Frankfurt (Main) 1980.
[2] F i n e k A .: Fertilizers and fertilization. V erlag-C hem ie, W einheim 1982. [3] F o t y m a M. , A d a m u s M. , F i l i p i a k K. , G o s e k S., K o z ł o w s k a H .:
Opracowanie w skaźników optym alizacji nawożenia fosforem . Pam. puł. 1976, 66, 75— 89.
[4] F o t y m a M. , K ę s i k K .: Skutki intensywnego nawożenia fosforem . Post. N auk roi. 1978, 2, 45— 60.
[5] F o t y m a M. , K ę s i k K .: Stan i perspektyw y badań w zakresie przemian fosforu w glebie i nawożenia tym składnikiem . Prace A kadem ii Ekonomicznej W rocław 1984, nr 267, 67— 90.
[6] F o t y m a M .: Prawa i fu nk cje naw ozow e. W : Naw ożenie. 1964.
[7] G o s e k S., A d a m u s M. , F o t y m a M. , K o z ł o w s k a H .: W p ły w dużych dawek naw ozów fosforow ych na plony roślin oraz bilans i zawartość przysw a jalnego fosforu w glebie. Pam. puł. 1984.
{8] K e r s c h b e r g e r M. , R i c h t e r D.: Untersuchungen zur Erhöhung des P -G ehaltes im Boden (D L-M ethods). Arch. Acker., Pflanzenbau, Bodenkd. 16, 1972, 915— 919.
[9] K e r s c h b e r g e r M. , R i c h t e r D .: Beitrag zur Erm ittlung der fü r die Erhöhung des Gehaltes an D L -löslichen Phosphat im Boden notw endigen P-D üngerm engen. Arch. Acker., Pflanzenbau Bodenkd. 22, 1978, 755— 762. {10] K e r s c h b e r g e r M. , R i c h t e r D .: Erm ittlung von Bilanzkoeffizienten für
die P-D üngerbem essung. Arch. Acker., Pflanzenbau, Bodenkd. 22, 1978, 559— 567. [11] K ę s i k K. , F o t y m a M .: W p ły w w apnowania na stan fosforow y gleb. Prace
Akad. Ekon. W rocł. 1984, nr 267, 90— &8.
[12] PD N program owane doradztwo nawozow e, teoretyczne podstaw y doradztwa oraz dokum entacja program owa system u. Puław y 1977.
[13] Zbiorowa — Razrabotka putiej rieszenii dla opriedielenija z pom oszczuju E W M rekom endacji po izpolzowaniju udobrienij w stranach-czlenach SE W . Lipsk 1981. М. ФОТЫМА, С. ГОСЕК ЕЛЕМЕНТЫ БАЛ АН С А ФОСФОРА К А К О СНОВА УДОБРЕНИЯ Э Т И М Э Л Е М ЕН ТО М Отдел удобрения Института агротехники, удобрения и почвоведения в Пулавах Резюме Основу знаний и рекомендаций в области удобрения фосфором составляют в Польше результаты многолетних опытов по удобрению эткм элементом, проводимых в начале 1960-тых годов. Эти результаты были подвергнуты повторной разработкие при использо вании метода предложенного Кербергером и Рихтером в ГДР [8, 9, 10]. Указанные резуль таты позволили определить значения коэффициентов и эквивалентов баланса фосфора. Значения балансовых эквивалентов помешались в пределах 45-150 и были очень сходными с полученными в ГДР. Среднее значение балансового эквивалента фосфора составляло 0,27 и было на около 15-20% меньше, чем в ГДР. Повышение содержания усвояемого фосфора в почвах Польши требует, следовательно, применения высших балансовых прибавок этого элемента, чем в ГДР. Приводится концепция использования коэффициентов и эквивалентов баланса фосфора в оптимизационной и аллокационной системе удобрения этим элементом. Обе системы нуждаются в применении электронной вычислительной техники. М. FOTYMA, S. GOSEK P H O SP H O R U S B A L A N C E E L E M E N T S A S A B A S IS O F F E R T IL IZ A T IO N W IT H T H IS N U T R IE N T
D epartm ent of Fertilization,
Institute of Soil Science and Cultivation of Plants at Puław y
S u m m a r y
A basis of knowledge and recom m endations in the scope of fertilization w ith phosphorus constituted in Poland the results of lo n g-term experim ents on fertiliza tion with this elem ent, carried out since early 1960ies. These results were subjected to a repeated elaboration using the method proposed by Kerschberger and Richter in the G DR [8, 9, 10]. In consequence the values of phosphorus balance coefficients and equivalents have been determined. Values cf the balance coefficients occur w ithin the lim its of 45— 150 and closely approxim ate those obtained in the G D R .
190 M. Fotyma, S. Goseik
M ean values of the balance equivalent of phosphorus amounted to 0.27 and was- by dozen or so per cent less than in the G D R . A n increase of the content of available phosphorus in Polish soils requires thus application of higher balance surplusses of this elem ent than in the G D R . The concept of utilization of the phosphorus balance coefficients and equivalents in an optimization and allocation system of fertilization w ith this elem ent is presented. Both system s require applica tion of the electronic computation technique.
P ro f. dr M ariusz Fotym a Osada Pałacow a — I U N G 24-100 P u ła w y
