Wpływ wapnia i zabiegu wapnowania na plonowanie roślin

Wapń jest jednym z najważniejszych makropierwiastków niezbędnych dla roślin. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi około 3,6% jej masy. Jest ona znacznie wyższa w stosunku do pozostałych makroskładników, tj. potasu, magnezu oraz fosforu. Wapń jest dominującym kationem zarówno w kompleksie sorpcyjnym, jak i roztworze glebowym gleb uprawnych. Ilość tego pierwiastka wymiennie związanego przez kompleks sorpcyjny gleby wynosi około 60 – 80% ogólnej jego pojemności. Pierwotnym źródłem wapnia w glebie są minerały wapienne tj.  hornblenda, kalcyt, gips, fosforyt oraz dolomit. Ostatecznie o zawartości wapnia w glebie decyduje głównie rodzaj skały macierzystej, z jakiej powstała gleba oraz stopień zaawansowania w niej procesów wietrzenia i przemywania (Juo i Barber 1969, Barber 1995, Wójcik 1998).

Najczęściej zwartość wapnia w roztworze glebowym wynosi 200 – 300 mg Ca²⁺∙dm^-3. Jest to ilość optymalna dla większości uprawianych roślin rolniczych. Natomiast w przypadku uprawy warzyw zawartość wapnia w glebie powinna być znacznie wyższa i wynosić od 800 mg Ca²⁺∙dm^-3 (dla kapustnych) do 2000 mg Ca²⁺∙dm^-3 dla selera. Pobieranie jonów wapnia (Ca²⁺) przez rośliny jest w znacznym stopniu uwarunkowane genetycznie (Bousquet i in. 1981; Wójcik 1998; Marschner 2012). Rośliny jednoliścienne zazwyczaj pobierają mniejsze ilości wapnia w stosunku do większości roślin dwuliściennych (Loneragan i in. 1968; Loneragan i Snowball 1969; Islam i in. 1987; Wójcik 1998). Jony wapnia jak i pozostałe składniki mineralne pobierane są przez korzenie wraz z wodą. W warunkach polowych niedostateczna ilość wody w glebie jest jednym z decydujących czynników ograniczających pobieranie składników mineralnych przez rośliny (Shear 1975; Wójcik 1998). Niedobór wody w glebie silnie redukuje przemieszczanie się jonów wapnia do powierzchni korzeni ponieważ ograniczona jest transpiracja roślin (Barber 1995).  Wapń pobrany przez korzenie jest w przeważającej ilości transportowany do nadziemnych części rośliny ksylemem. Wiadomo, że ok. 60% całkowitej zawartości wapnia w roślinie jest zmagazynowane w ścianie komórkowej, gdzie tworzy on kompleksy m.in. z celulozą i pektynami – pektynian wapnia tworzący blaszkę środkową (Ryc. 1.)

Wapń jest również kofaktorem enzymów, np. ATPazy, fosfolipazy czy amylazy. Należy podkreślić rolę tego pierwiastka w czasie podziału mitotycznego zachodzącego w merystemach roślin. Procesy te są szczególnie ważne w rozwoju systemu korzeniowego i tworzeniu włośników, co stanowi podstawę budowy przyszłego plonu. Również zbyt niski poziom Ca²⁺ blokuje anafazę przez co zahamowany jest wzrost roślin. Niedobór wapnia powoduje zaburzenie wzrostu łagiewki pyłkowej kukurydzy i nie dochodzi do zapłodnienia, czego widocznym efektem jest niepełne zaziarnienie kolb. W organach generatywnych roślin (nasiona, owoce) występuje niska koncentracja wapnia.  Kationy Ca²⁺ wraz z K⁺ regulują gospodarką wodną rośliny poprzez sterowanie procesem transpiracji –  otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych liści. Rośliny odpowiednio odżywione wapniem, który kontroluje proces fotolizy wody są dłużej zielone oraz aktywne fotosyntetycznie co w efekcie powoduje wzrost plonu. Istotnym źródłem tego pierwiastka dla roślin, poza rodzajem skały macierzystej z jakiej powstała gleba oraz stopnia zaawansowania jej procesów wietrzenia i przemywania, są nawozy wapienne. Ich stosowanie poza pokryciem potrzeb pokarmowych roślin przyczynia się do uregulowania odczynu gleby. Postępujące zakwaszenie gleb jest procesem naturalnym związanym z położeniem geograficznym Polski. Naturalne i związane z działalnością człowieka procesy powodują corocznie straty wapnia w glebie na poziomie co najmniej 140 kg CaO·ha^-1, a w warunkach intensywnej uprawy i nawożenia, zwłaszcza azotowego, oraz w rejonach silnie zanieczyszczonych nawet powyżej 250 kg CaO·ha^-1. 

Do zakwaszenia gleb przyczynia się:

a) proces wymywania wapna przez opady około 100 – 150 kg Ca∙ha^-1, a niekiedy nawet ponad 200 kg CaO·ha^-1 w przypadku gleb świeżo zwapnowanych dużymi dawkami wapna przy pH powyżej 6,5;

 b) wynoszenie wapna z plonem roślin od 12 kg CaO·ha^-1 w przypadku ziemniaków do 200 kg CaO·ha^-1 gdy uprawiamy buraki cukrowe (Tab. 1.)

c) zużycie wapna na neutralizację tzw. kwaśnych deszczy 20 – 40 kg CaO·ha^-1;

d) stosowanie nawozów mineralnych zwłaszcza azotowych, ponieważ na neutralizację zakwaszającego działania 1 kg N potrzeba co najmniej 1,0 – 1,5 kg CaO, i siarkowych –  na neutralizację 1 kg S zużywa się minimum 2 kg CaO.

Ocenia się, że około 9394429,9 ha jest w różnym stopniu zakwaszonych co stanowi aż 73% użytków rolnych Polski z czego: gleby b. kwaśne stanowią 16%, kwaśne 26%, lekko kwaśne 31%. Zdecydowanie najwięcej gleb bardzo kwaśnych i kwaśnych (około 58-63%) wymagających natychmiastowego zastosowania znacznych dawek wapna nawozowego występuje w województwach: łódzkim (60%), mazowieckim (58%), podkarpackim i podlaskim (62%) (Ochal i in. 2017, Rocznik Statystyczny Rolnictwa 2022). Odczyn gleby, którego miarę stanowi wartość pH, jest podstawowym i najłatwiej mierzalnym wskaźnikiem żyzności. W glebach o pH 5,0 i niższym zwiększa się mobilność glinu, który powoduje zahamowanie wzrostu korzeni oraz działa fitotoksycznie na włośniki powodując ich zamieranie. Wpływa to niekorzystnie na transport wody i soli mineralnych z roztworu glebowego do części nadziemnych roślin oraz zmniejsza efektywność wykorzystania NPK przez rośliny uprawne (Ryc. 2.).

Ponadto korzenie roślin są bardziej podatne na zakażenie, szczególnie patogenami. Duża koncentracja glinu w roztworze glebowym hamuje pobieranie oraz transport wapnia i magnezu. W glebach zakwaszonych oprócz nadmiaru kationów wodoru i glinu, również zwiększa się stężenie manganu. Oprócz tego stwierdza się w nich z reguły bardzo niską i niską zawartość fosforu. Niedobór tego makropierwiastka uniemożliwia uzyskanie wysokich plonów, nawet przy stosowaniu dużych dawek plonotwórczego azotu. Gleby o odczynie bardzo kwaśnym i kwaśnym wykazują z reguły bardzo niską i niską zawartość przyswajalnego dla roślin potasu. Rośliny uprawiane na takich glebach cierpią na niedobór magnezu, co prowadzi do zahamowania wzrostu, a w drastycznych przypadkach zamierania roślin. Rośliny uprawiane na zakwaszonych glebach mają mniejszą odporność na suszę, wymarzanie i porażenie przez choroby i szkodniki. Gleby użytków rolnych powinny wykazywać wartość pH w granicach 5,5-7,0 (niższa wartość dla gleby lekkiej, wyższa – gleby ciężkie). Jedynym skutecznym sposobem regulującym odczyn gleby jest zabieg wapnowania. (Kopiński i in. 2013; Krasowicz i in. 2011; Ochal 2012). Planując zastosowanie zabiegu wapnowania w płodozmianie należy pamiętać, że poszczególne rośliny uprawne różnią się pod względem wymagań dotyczących odczynu gleby. Do roślin rolniczych bardzo korzystnie reagujących na odczyn gleby (od pH 6,0 do pH 7,5) należą między innymi pszenica, jęczmień, kukurydza, buraki cukrowe, rzepak, soja i inne motylkowate. W przypadku wymienionych roślin wapno pyliste np. Kujawit czy Radkowit (wapno z magnezem) powinno być zastosowane pod przedplon. Jeżeli nie było one z różnych przyczyn w tym okresie zastosowane kolejnym terminem wapnowania gleb jest okres pożniwny. Termin ten pozwala na dokładne wymieszanie zastosowanego wapna z glebą oraz zapewnia dłuższy okres na stabilizację odczynu gleby przed siewem lub sadzeniem roślin uprawnych. Jak podają Pietr i Krysztoforski (2022) powszechnie stosowany model wapnowania gleb raz na 3-4 lata jest niewłaściwy, ponieważ powoduje efekt sinusoidalnych wahań odczynu gleby powodujących wystąpienie biologicznych, chemicznych i fizycznych zaburzeń w funkcjach gleby. Jedynie utrzymanie odczynu gleby na stałym poziomie, minimum pH 6,0, zapewnia efektywne wykorzystanie pierwiastków mineralnych, prawidłowy rozwój systemu korzeniowego oraz przyczynia się do prawidłowego rozwoju mikroorganizmów glebowych odpowiedzialnych między innymi za wzrost zawartości próchnicy w glebie (Pietr i Krysztoforski 2022). Jeżeli okres od zbioru rośliny przedplonowej do siewu rośliny bardzo silnie reagującej na pH gleby jest stosunkowo krótki zaleca się zastosowanie granulowanego wapna węglanowego np. Polcalc III Generacji pogłównie po wschodach roślin (Ryc. 3.).