STANISŁAW D RZY M A ŁA , A G N IESZK A M A C K IEW IC Z
WPŁYW UPROSZCZEŃ W UPRAWIE ROLI
POD KUKURYDZĘ NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI
CHEMICZNE GLEBY
IMPACT OF TILLAGE MINIMIZATION ON MAIZE CROPPING
ON SOME CHEMICAL PROPERTIES OF SOIL
K atedra G leboznaw stw a A kadem ii Rolniczej im. A .C ieszkow skiego w Poznaniu
A b stra ct: The impact o f different types o f tillage (conventional, conservation-till and zero-
tillage) o f maize on some chemical properties during 5-years o f field experiment was studied. The research were carried out on soils classified as Luvisols, with texture o f loam y sands underlied by loams. The results o f this experiment show that chemical characteristics o f soil are changing depends on the type o f tillage. After 5 years of no-till the soil organic matter slightly increased in the top (0—10 cm) layer. Concentration o f available phosphorus under zero-tillage was in this layer also highest. But the highest content o f potassium in the surface layer occur red under conventional tillage.
Słowa kluczow e: kukurydza, uproszczenia, uprawa „zerowa”, właściwości chemiczne gleby. Key words: maize, conservation-till, zero-tillage, soil chemical properties.
WSTĘP
U proszczenia czy ograniczenia upraw y roli polegają na elim inow aniu zabiegów upraw y gleby przez agregatowanie narzędzi uprawowych, spłycaniu lub elim inow aniu orki głębokiej, prow adzeniu pasow ej upraw y w ąskich rzędów aż do całkow itego zaniechania upraw y i stosow ania siew u bezpośredniego, co zw ane je s t „u p raw ą zerow ą” . Różnego rodzaju uproszczenia upraw y roli są ju ż szeroko stosow ane na św iecie, głów nie w U SA [Hill 1990, Pudełko i in. 1994]. W Polsce bad an ia nad uproszczeniam i upraw y roli oraz nad ich w pływ em na efekty agrotechniczne (plony, zachw aszczenie, jakość ziarna itp.) są ju ż dość liczne [Dubas i in. 1995, D zienia 1995, M enzel 2001]. W ostatnich latach coraz szerzej badany jest rów nież w pływ uproszczeń uprawy roli, a szczególnie tzw. upraw zerowych na zmiany, jakie zachodzą w środowisku glebow ym , tj. w e w łaściw ościach fizycznych, chem icznych i biologicznych gleby [Radecki, Opic 1991, Opic 1996, M ackiew icz 2003].
96 S. D rzym ała, A. M ackiew icz
Z asadniczym celem pracy było określenie oddziaływ ania różnych sposobów uproszczeń upraw y roli pod kukurydzę w m onokulturze na w ybrane w łaściw ości chemiczne wierzchniej warstwy gleby w czasie pięcioletniego doświadczenia polowego. D o św iad czen ie obejm ow ało szeroki zakres system ów u p raw o w y ch od up raw y konw encjonalnej, poprzez uproszczenia aż do siewu bezpośredniego włącznie.
Istotnym zagadnieniem była również możliwość odniesienia wyników badań do zmian w łaściw ości fizycznych gleby i do efektów agrotechniczno-ekonom icznych tego dośw iadczenia, które to aspekty były szeroko i szczegółow o analizow ane w pracach D rzym ały i M ackiew icz [2003] oraz M enzela [2001].
METODYKA
W arunki g leb o w e i sch e m a t d o św iad c zen ia
Doświadczenie polowe założono na glebach płowych wytworzonych z piasków gliniastych zalegających płytko na glinach zwałowych. Pole doświadczalne Katedry Uprawy Roli i Roślin Akademii Rolniczej w Poznaniu (ZDD Swadzim) zlokalizowane jest w obrębie równiny dennomorenowej zlodowacenia bałtyckiego, stadiału poznańskiego.
B adania glebow e prow adzono rów nocześnie z agrotechnicznym i [M enzel 2001] przez pięć lat (1996-2000) jako doświadczenie statyczne w układzie bloków losowych (.split-splot) z dw om a badanym i czynnikam i w czterech pow tórzeniach polow ych. Badanymi czynnikami były: uprawa jesienna (A - pełna, В - uproszczona, С - „zerowa”) i w iosenna (a - pełna, b - uproszczona, с - „zerow a”).
B adania w łaściw ości chem icznych gleb prow adzono na następujących 4 kom binacjach polow ych, charakteryzujących różne m etody uproszczeń w upraw ie roli: A a - głęboka orka (30 cm ) jesienią+ kultywator, wał strunowy i siew tradycyjny wiosną, Ba - płytka orka (10 cm) jesienią + kultywator, wał strunowy i siew tradycyjny wiosną, Ca - bez upraw jesien ią + orka (25 cm), brona i siew bezpośredni wiosną,
Cc - bez upraw jesien ią i bez upraw w iosną + siew bezpośredni.
Poniew aż w szystkie pow yższe kom binacje upraw ow e prow adzono w 4 p ow tó rzeniach, łącznie badaniam i objęto 16 poletek doświadczalnych.
W czasie 5 lat dośw iadczenia polow ego upraw iano kukurydzę w m onokulturze. Ziarniaki w ysiew ano na poletkach (5,6 x 6,2 m) w 8 rzędach, w rozstaw ie 70 cm, w rzędzie co 17 cm. Do obserw acji i zbioru przeznaczano 6 rzędów środkow ych. P rzedplonem dla kukurydzy była pszenica ozim a upraw iana po rzepaku. W każdym roku dośw iadczenia w kw ietniu stosow ano następujące naw ożenie m ineralne przed siewem: N - 24 kg/ha; P20 5 - 80 kg/ha; K 20 - 120 kg/ha w form ie Polifoski oraz 90 kg/ha N w form ie m ocznika. We w szystkich kom binacjach upraw ow ych naw ozy wysiano na powierzchnię gleby bez przykrycia. Szczegóły agrotechniczne doświadczenia zaw arte są w pracach M enzela [2001] i M ackiew icz [2003].
B ad ania laboratoryjne
W celu oznaczeń podstawowych właściwości chemicznych, po zakończeniu 5. roku dośw iadczenia pobrano do w oreczków przy pom ocy laski Egnera próbki złożone (średnie) z dwóch głębokości w arstw y om o-próchnicznej: 0 -1 0 cm i 10—20 cm.
D o ozn aczeń w łaściw o ści chem icznych w y k orzy stan o m etod y p o w szech n ie stosow ane w gleboznaw stw ie [M ocek i in. 2000]:
♦ odczyn gleby (pH) - m etodą potencjom etry czną, stosując zespoloną elektrodę i roztw ór lm o l KC1 • dm-3,
♦ w ęgiel organiczny (C org.) - m etodą Tiurina,
♦ zaw artość próchnicy - stosując ogólnie przyjęty przelicznik: % próchnicy = % C org. • 1,724,
♦ azot ogólny (N) - m etodą K jeldahla,
♦ form y przysw ajalne potasu (K) i fosforu (P) - m etodą Egnera-R iehm a.
W celu w łaściw ej interpretacji w yników oznaczono skład g ranu lom etry czny (uziarnienie części ziem istych < 2,0 m m ) m etodą areom etryczną B ouyoucosa w modyfikacji Prószyńskiego,
W szystkie oznaczenia laboratoryjne wykonywano w 2 -3 powtórzeniach, z których wyliczano wartości średnie, a wyniki poddano standardowym obliczeniom statystycznym.
WYNIKI BADAŃ
Analiza uziamienia przeprowadzona dla poziomu omo-próchnicznego (Ap) wykazała bardzo duże wyrównanie badanego obiektu doświadczalnego pod względem zawartości poszczególnych frakcji g leb o w y c h .
Średnia zaw artość części spław ialnych (< 0,02 mm ) na w szystkich kom binacjach polow ych dośw iadczenia w ynosi 18%, a zaw artość frakcji ilastej (< 0,002 m m ) - 8% (tab.3). W edług pow szechnie stosowanego dotąd podziału Polskiego Tow arzystw a Gleboznawczego [Mocek i in. 2000] jest to piasek gliniasty mocny, zaś według najnowszej Polskiej N orm y PN-R-04033 [1998] - glina piaszczysta.
Jedną z w łaściw ości chem icznych m ającą ogrom ny w pływ na w arunki w zrostu i rozw oju roślin je s t odczyn gleby. O dczyn (pH KC1) gleby przed ro zp o częciem d ośw iadczen ia - pom ierzony w próbce średniej (zbiorczej) z p oziom u orno- próchnicznego w ynosił 6,3. W roku 2000, tj. po 5 latach dośw iadczenia odczyn badano na dw óch głębokościach poziom u om o-próchnicznego (0 -1 0 cm; 10-20 cm), dzięki czem u m ożliw e było uchw ycenie kierunku i tendencji zm ian tej cechy pod w pływ em uproszczeń upraw ow ych przeprowadzonych w doświadczeniu. W rezultacie stw ierdzono brak istotnych różnic w odczynie gleby pom iędzy kom binacjam i Aa i Ba, gdzie prow adzono upraw ę jesienną. N atom iast różnice pom iędzy poletkam i Aa i Cc na głębokości 0 -1 0 cm sięgają średnio 0,39 jednostek pH przy w yższym pH pod upraw ą „zerow ą” . N a głębokości 10-20 cm odnotow ano w każdym przypadku nieco w yższe wartości odczynu gleby w obrębie danej kom binacji. N iem niej jed n ak na tym obiekcie badaw czym i w tych określonych w arunkach agrotechnicznych zauw ażono tendencję nieznacznego wzrostu odczynu gleby pod wpływem prowadzonych uproszczeń w upraw ie, zw łaszcza na poletkach kom binacji Cc - pod upraw ą zerow ą (tab .l). G eneralnie po 5 latach dośw iadczenia obserwuje się obniżenie pH w stosunku do stanu w yjściowego.
98 S. D rzym ała, A. M ackiew icz
TABELA 1. Odczyn w wierzchnich warstwach gleby po 5 latach doświadczenia, średnie z powtórzeń polowych (I-IV)
TABLE 1. Soil reaction in surface layers after 5 years of experiment, mean from field replications (I-IV) Kombinacje polowe Field combinations Aa Ba Ca Cc Głębokość Depth (cm) 0 - 1 0 10-20 0 -1 0 10-20 0 - 1 0 10-20 0 -1 0 10-20 pH H ,0 6,49 7,00 6,51 6,98 6,72 7,35 6,78 7,38 KC1 5,67 6,13 5,61 6,19 6,04 6,53 6,06 6,49
Podobniejak zmiany w odczynie gleby tak i procesy ewentualnego nagrom adzania się su bstan cji organicznej pod w pływ em prowadzenia uproszczeń w uprawie trwają średnio kilka lub kilkunastu latach. Średnia zawartość próchnicy w poziomie Ap (0-30 cm) przed założeniem doświadczenia wynosiła 1,40. Analizując kształtow anie się zaw artości próchnicy w „próbkach zbiorczych” wszystkich powtórzeń i kombinacji polowych, zwracają uwagę nieznaczne zmiany (często „nieistotne” statystycznie) w próchniczności badanych gleb.
Najniższą zawartością substancji orga nicznej w w arstw ie 0 -1 0 cm (średnie z powtórzeń I-IV ) cechowały się poletka, na których prowadzono pełną uprawę jesienną i wiosenną tzn. na kombinacji Aa. Niewielki wzrost zawartości substancji organicznej następował przy ograniczaniu uprawek na poszczególnych kom binacjach polowych. Kom binacje Cc - pozbaw ione upraw j e siennych i wiosennych cechowały się zawsze najwyższą zawartością substancji organicznej w warstwie 0 -10 cm. N a głębokości 10-20 cm, pomimo że uzyskane wartości liczbowe opisujące tę cechę są niższe od adekwatnych w warstwie 0-10 cm, to nadal utrzymuje się zależność wyższej zawartości węgla organicznego na obiektach z wysokim stopniem uproszczeń w uprawie. Reasumując, po 5-letnim okresie doświadczalnym badań, zauważa się tendencję w kierunku wzrostu zawartości substancji organicznej przy uprawie zerowej w porównaniu z uprawą płużną (tab. 2).
Pow szechnie uw aża się, że na skutek pogorszenia w arunków po w ietrznych i term icznych panujących w glebie nienaruszonej uprawą, zm niejsza się w niej szybkość rozkładu i m ineralizacji substancji organicznej. B adania w łaściw ości fizycznych prow adzone na tym doświadczeniu [Drzymała, M ackiewicz 2004] dość jednoznacznie wykazały m iędzy innymi, większe uwilgotnienie i niższą tem peraturę gleby w okresie w iosennym na poletkach z upraw ą „ zerow ą” .
Z zawartością substancji organicznej w glebie nierozerwalnie związana jest obecność w niej azotu ogólnego. Szczegółow ą analizę na zaw artość tego m akroskładnika przeprow adzono po zakończeniu 5-letniego doświadczenia. N a podstaw ie średnich wartości z poszczególnych kom binacji i pow tórzeń polow ych m ożna w nioskow ać, że dopiero całkow ite zrezygnow anie z upraw y jesienn ej - n iezależnie od tego czy prow adzono upraw y w iosenne (Ca), czy też nie (Cc) - w płynęło na nieznaczne podw yższenie zawartości azotu ogólnego w poziom ie om o-próchnicznym - Ap. Samo spłycenie orki jesiennej (kom binacja Ba) w w arunkach prow adzonego dośw iadczenia nie miało wpływu na zmianę zawartości tego makroskładnika w porównaniu z poletkami z głęboką orką jesien n ą (kom binacja Aa).
TABELA 2. Zawartość materii organicznej i azotu w wierzchnich warstwach gleby po 5 latach doświadczenia, średnie z powtórzeń (I-IV)
TABLE 2. Organie matter and nitrogen content in surface layers after 5 years of experiment, mean from replications (I-IV)
Kombinacje polowe Field combinations Głębokość Depth (cm) С org. (%) Próchnica Organie matter N ogółem N total (%) С : N % t / ha Aa 0-10 0,76 1,32 18,7 0,085 8,9:1 10-20 0,72 1,25 17,7 0,08 9,0:1 Ba 0-0 0,8 1,38 21,2 0,085 9,4:1 10-20 0,70 1,20 18,4 0,08 8,8:1 Ca 0-10 0,83 1,42 20,6 0,09 9,2:1 10-20 0,74 1,28 16,1 0,09 8,2:1 Cc 0-10 0,83 1,43 22,0 0,09 9,2:1 10-20 0,75 1,29 19,9 0,09 8,3:1
W yraźny natom iast okazał się w pływ zaniechania upraw na zaw artość azotu ogólnego na obiektach kombinacji Cc, gdzie odnotowano najw yższą średnią zawartość N -ogółem w poziom ie om o-próchnicznym (tab. 2).
O kreślona dla badanej gleby wartość stosunku w ęgla do azotu w ykazała niższe średnie w artości C:N na obiekcie z pełną upraw ą - Aa w porów naniu z w artością tego stosunku na obiektach z siewem bezpośrednim - Cc. Dow odzi to, iż w arunki glebow e panujące na poletkach kom binacji Cc są nieco odm ienne od panujących na pozostałych obiektach. Gleba pod siewami bezpośrednim i je st bow iem chłodniejsza i w ilgotniejsza. P otw ierd zają to w spom niane ju ż w yniki dotyczące tem peratury i uw ilgotnienia gleby podczas tego doświadczenia [Drzymała, M ackiew icz 2004], stąd też nieco szerszy stosunek C:N przy tej agrotechnice.
Bezpłużna uprawa roli, oprócz koncentracj i substancji organicznej w górnych warstwach profilu glebowego, może powodować również kumulację innych składników pokarmowych, a zjawisko to występuje wyraźnie w odniesieniu do form przyswajalnych fosforu (tab.3).
Porów nując ze sobą dane dla poszczególnych wariantów upraw ow ych w w arstw ie 0 -1 0 cm, zauw ażalny jest system atyczny w zrost zaw artości przysw ajalnych form P w m iarę ograniczania liczby zabiegów upraw ow ych jesiennych. N ajistotniejsza różnica w zaw artości badanego m akroelem entu dotyczy dwóch skrajnych m etod uprawy, tj. kom binacji A a i Cc. N a poletkach z „ upraw ą zerow ą” zaw artość P je st średnio o 24,5 m g /k g gleby w yższa niż przy upraw ie z głęboką orką. N a głębokości 10-20 cm, pom im o nieco niższej w każdym przypadku zawartości fosforu, utrzym uje się tendencja wzrostu jego zawartości w m iarę rezygnacji z uprawek. Dodatkowo prawie analogiczna zaw artość tego m akroskładnika, cechująca pary kom binacji A a i Ba (upraw a jesienna) oraz C a i Cc (brak upraw jesiennych), w skazuje na w pływ sposobu upraw y roli na zaw artość przysw ajalnego fosforu.
100 S. Drzymała, A. M ackiew icz
TABELA 3. Zawartość przyswajalnego fosforu i potasu w wierzchnich warstwach gleby po 5 latach doświadczenia, średnie z powtórzeń (I-IV)
TABLE 3. Content of available phosforus and potassium in surfoce layers after 5 years of experiment; mean from field replications (I-IV)
Kombinacje polo we Field combinations Głębokość Depth (cm) Frakcje Fractions < 0,02 i <0,002 mm ( % ) P (mg/kg) Klasa zasobności Abundance class К (mg/kg) Klasa zasobności Abundance class Aa 0-10 10-20 18 ; 8 82,5 77,8 II 175,6 125,8 II Ba 0-10 10-20 18 ; 8 86,1 80,7 II 185,9 124,1 II Ca 0-10 10-20 18 ; 8 99,7 82,3 I i 149.6 147.7 i II Cc 0-10 10-20 18 ; 8 107,9 91,6 I 156,4 108,1 II
O dm iennie kształtow ały się zależności zw iązane z rodzajem upraw y a zaw artością w glebie przysw ajalnych form potasu. U trzym ała się tendencja zbliżonych do siebie zaw artości potasu w parach kom binacji Aa i Ba oraz Ca i Cc, gdyż łączy je podobny sposób upraw (lub ich braku) jesiennych. N atom iast średnie w artości z pow tórzeń polow ych dla dw óch skrajnych sposobów upraw y roli w ykazały niższą o około 19 m g K/kg gleby zaw artość analizow anego składnika na obiektach z siew em bezpośrednim - Cc, w odniesieniu do obiektów z pełną upraw ą p łu ż n ą - Aa.
Zawartość przyswajalnych fonu potasu, podobnie jak i pH gleby w badanych warunkach prowadzonego doświadczenia „zachowująsię” odmiennie niż podaje większość autorów [Opic 1996, Opic, Radecki 1991]. Na obecnym etapie badań trudno jednoznacznie określić przyczyny takich rezultatów doświadczenia podobnie jak trudno jednoznacznie określić przyczyny obniżenia plonowania w tym doświadczeniu, które, jak wykazał Menzel [2001 ], przy siewie bezpośrednim było po 5 latach około 25% niższe od uzyskanego przy uprawie tradycyjnej.
N ależy podkreślić, że dość często spotyka się rozbieżne wyniki badań zm ian różnych w łaściw ości gleby i plonow ania roślin w w arunkach system u „no-till” . B adania te w ym agają jeszcze w ielu dośw iadczeń, poszerzeń, w spółpracy interdyscyplinarnej i wieloletniej kontynuacji
WNIOSKI
Przeprow adzone badania i synteza w yników z trw ającego 5 lat dośw iadczenia polow ego ( 1996-2000) na glebach płowych o uziam ieniu piasku gliniastego m ocnego płytko zalegającego na glinie lekkiej), pozw alają na sform ułow anie następujących wniosków i uogólnień.
U proszczenia upraw y roli pod kukurydzę spow odow ały stosunkow o niew ielkie zm iany we w łaściw ościach chem icznych gleby. Po 5-letnim okresie dośw iadczalnym m ożna w skazać następujące kierunki i tendencje:
- nieznaczny w zrost substancji organicznej w warstw ie 0 -1 0 cm na obiektach kom bi nacji Cc - pozbaw ionych jakichkolw iek upraw jesiennych i wiosennych,
- zauw ażalny w zrost zaw artości azotu ogólnego oraz poszerzenie się stosunku C:N przy agrotechnice siewów bezpośrednich w porów naniu z obiektam i z pełn ą upra wą, co w skazyw ać m oże na zm niejszenie tem pa rozkładu substancji organicznej w tej kom binacji (niższa tem peratura gleby, w yższe uw ilgotnienie),
- niew ielkie różnice w odczynie w w arstw ie om o-próchnicznej badanych obiektów przy uw idocznieniu się nieznacznie w yższego pH KC1 przy systemie bezuprawow ym , - kum ulację przysw ajalnych form fosforu w warstw ie 0 -1 0 cm w m iarę ograniczania
jesiennych zabiegów upraw ow ych oraz zauw ażalny w zrost zaw artości przysw ajal nych form potasu w tej w arstw ie na obiektach z głęboką upraw ą płużną.
LITERATURA
DRZYM AŁA S., M ACKIEW ICZ A. 2004: Wpływ uproszczeń w uprawie roli pod kukurydzę na niektóre właściwości fizyczne gleby. Rocz. Glebozn. 50,1 ( w druku ), Warszawa.
DUBAS A., MICHALSKI T., SULEWSKA H. 1995: Uprawa kukurydzy w systemie bezorkowym i siewie bezpośrednim w ściernisko po różnych przedplonach. Siew bezpośredni w teorii i praktyce. Materiały Konferencji Naukowej Szczecin-Barzkowice: 71-81.
DZIENIA S. 1995: Siew bezpośrednią technologią alternatywną. Materiały Konferencji N auko wej, Szczecin-Barzkowice: 247-251.
HILL R. L.1990: Long-term coventional and no-tillage effects on selected soil physical proper ties. Soil Sei. Soc. Am. J. 54: 161-166.
M ACKIEW ICZ A. 2003: Wpływ uproszczeń w uprawie roli pod kukurydzę na wybrane właści wości fizyczne i chemiczne gleby. Praca doktorska AR Poznań.
MENZEL L. 2001: Biologiczne i rolnicze skutki stosowania uproszczeń w uprawie roli pod kukurydzę uprawianą w monokulturze. Praca doktorska . AR Poznań .
M OCEK A., DRZYMAŁA S., MASZNER P. 2000: Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wydaw. AR Poznań: 440.
OPIC J. 1996: Siew bezpośredni a właściwości chemiczne i aktywność biologiczna gleby. Post.
N aukR oln. 6 :5 3 -5 9 .
POLSKA NORM A PN-R-04033. 1998: Gleby i utwory mineralne. Podział na frakcje i grupy granulometryczne. Polski Komitet Normalizacyjny ,Warszawa.
PUDEŁKO J., W RIGHT D.L., WIATRAK P. 1994: Stosowanie ograniczeń w uprawie roli w Stanach Zjednoczonych AP. Post. Nauk Roln.V. 153-162.
RADECKI A., OPIC J. 1991: Metoda siewu bezpośredniego w świetle literatury krajowej i zagranicznej. Rocz. Nauk Roln., Seria A, 109: 119-141.
d r hab. Stanisław D rzym ała, prof, nadzw. K atedra G leboznaw stw a A R
ul. M azow iecka 42, P oznań e-m ail; drzym ala@ au. poznan. p l
