Gleba – nowe koncepcje

Zdrowie krów jest zazwyczaj przedmiotem działalności producentów mleka, ponieważ ma znaczący wpływ na wzrost i produkcję. Biorąc pod uwagę szerszy obraz gospodarstwa hodowlanego, zdrowie gleby powinno przyciągać taką samą uwagę. Zły stan gleby może mieć wpływ na jej żyzność i potencjał produkcyjny, co wpływa na jakość i plon upraw, a także na ich koszt jednostkowy. Wyzwanie polega na tym, że wyrażenie „zdrowie gleby” stało się jednym z tych modnych, i używanych zbyt często. Prosząc ludzi o zdefiniowanie tego terminu, otrzymuję wiele różnych odpowiedzi. Niektóre są bardzo proste i precyzyjne, podczas gdy inne są bardziej zaangażowane i złożone. Jakie aspekty decydują o tym, czy gleba jest zdrowa?

tekst: Zbigniew Wróblewski; Artykuł powstał we współpracy z firmą Sowul & Sowul sp. z o.o.; zdjęcie  elizabeth lies / Unsplash

Specjaliści nauk o roślinach stworzyli ramy do opisu zdrowia gleby. Składniki obejmują jej żyzność, zawartość w niej azotu (N), materię organiczną (OM), strukturę i porowatość, zagęszczenie i aktywność biologiczną. Problemy w jednym lub kilku obszarach mogą skutkować mniej niż optymalną jakością i ilością plonów.

Badanie gleby pod kątem składników odżywczych jest stosunkowo prostym procesem, jednak w wielu gospodarstwach wykonuje się je bardzo rzadko. Większość uniwersytetów zaleca testowanie co najmniej raz na trzy lata. Podobnie jak koncepcja analizy paszy, która daje wskazówki, jak karmić krowy, testy gleby pomagają określić, co jest potrzebne do uzupełnienia i poprawy. Wartość pH gleby, fosfor, potas i magnez powinny znajdować się w optymalnym zakresie testowym dla uprawy, która ma być prowadzona na każdym polu. Azot jest ważnym składnikiem odżywczym dla optymalizacji plonów i ich jakości, ale jednocześnie bardzo dynamicznym. Gleba N, zmierzona w dowolnym momencie, może nie stanowić dobrego wskaźnika dostępności. Historia polowa organicznych nakładów N z upraw roślin strączkowych, odchodów zwierzęcych i roślin okrywowych może być wykorzystana do oszacowania jego dostępności. Istnieją różne metody pobierania próbek w sezonie, które można wykorzystać do oszacowania dostępnego N rośliny na początku sezonu dla kukurydzy.

Gleba OM (SOM) to składnik materii organicznej gleby składający się ze szczątków roślinnych i zwierzęcych na różnych etapach rozkładu. Zapewnia dobry obraz stanu gleby, dlatego często jest używany jako wskaźnik. Jednak badanie to nie zawsze jest zawarte w standardowych agronomicznych testach gleby. Zmiany OM gleby najlepiej monitorować, gdy jej próbka jest konsekwentnie pobierana o tej samej porze roku, zwykle co 3 do 5 lat. OM gleby będzie się różnić w zależności od jej tekstury, klimatu i systemu uprawy, ale monitorując go w czasie, można określić, czy praktyki zarządzania utrzymują lub zwiększają OM. Jeśli OM gleby maleje, zmniejszenie częstotliwości i intensywności uprawy, integracja upraw wieloletnich i roślin okrywowych oraz stosowanie obornika i kompostu to praktyki, które, jak wykazano, poprawiają OM.

Struktura gleby i porowatość mają tendencję do zwiększania się wraz z OM gleby, ponieważ zazwyczaj korzystają z wielu podobnych praktyk uprawy, w szczególności utrzymując ciągłą pokrywę roślinną bylinami i roślinami okrywowymi, a także zmniejszając uprawę. Utrzymanie wystarczającej przestrzeni porów pomaga w wymianie gazowej, magazynowaniu wody i odporności na zagęszczanie. Te ostatnie mogą powodować wiele szkód w strukturze gleby, co wpływa na wydajność upraw. Istnieją ręczne penetrometry, które identyfikują zagęszczone strefy w glebie.
Aktywność biologiczna gleby wiąże się również ze wzrostem w niej OM, a w szczególności ze zmianami łatwo rozkładających się pozostałości roślinnych i obornika oraz z pozostałościami roślinnymi o niskim stosunku węgla do N (np. rośliny strączkowe). Organizmy glebowe, takie jak dżdżownice, grzyby i bakterie, promują wiele funkcji gleby, które poprawiają jej strukturę i potencjalnie zmniejszają dopływ składników odżywczych, a także nakłady do zwalczania szkodników upraw.

Utrzymanie i poprawa zdrowia gleby to pierwszy etap optymalizacji jakości i ilości paszy. Kolejne fazy obejmują praktyki zarządzania w celu zwalczania owadów, chwastów i chorób, a następnie zbiory na odpowiednim etapie dojrzałości. Istnieje wiele aspektów produkcji wysokiej jakości pasz i ziaren przy plonach potrzebnych do utrzymania spójności dawki dla krów. Nic dziwnego, że prowadzenie gospodarstwa hodowlanego jest niezwykle złożonym i trudnym przedsięwzięciem. Konieczne jest zwrócenie uwagi na szczegóły we wszystkich obszarach, jeśli gospodarstwa mają pozostać zrównoważone w trudnych sytuacjach rynkowych.

Plan działania na rzecz poprawy jakości upraw i plonów

Cel – opracowanie i monitorowanie programu upraw, który obejmuje ocenę stanu gleby, owadów, chwastów, chorób i zarządzania zbiorami.

Krok 1: Oceń zarówno historyczne, jak i bieżące wskaźniki jakości i określ możliwości poprawy.
Krok 2: Oceń zarówno historyczne, jak i bieżące plony pasz i określ możliwości poprawy.
Krok 3: Współpracuj z konsultantem ds. upraw, aby opracować plan badania gleby i monitorowania pól z uwzględnieniem owadów, chwastów i chorób.
Krok 4: Prowadź rejestry dla każdego pola, w tym opadów i temperatury w krytycznych okresach zasiewów i zbiorów.
Krok 5: Oceń praktyki zarządzania podczas zbioru i przechowywania, aby uniknąć nadmiernych strat paszy lub niewłaściwej fermentacji.
Krok 6: Regularnie przedstawiaj wyniki badań i rejestry z obserwacji swojemu doradcy rolniczemu.

Koncepcja zdrowia gleby zyskała popularność wśród rolników i innych specjalistów agronomi, którzy są zainteresowani zrównoważoną produkcją roślinną, a także jakością środowiska. Wśród naukowców zajmujących się glebą i w społeczności rolniczej toczy się debata na temat przydatności, wrażliwości, powtarzalności i interpretacji testów zdrowotnych gleby. Ogólnie rzecz biorąc, testy zdrowia gleby kosztują więcej niż tradycyjne testy jej żyzności, dlatego ważne jest, aby zrozumieć, co pociąga za sobą zdrowie gleby, jak jest mierzone i czynniki, które mogą wpływać na interpretację jej testów zdrowotnych, zwłaszcza ocen biologicznych.

Chociaż istnieje kilka odmian tej definicji, większość z nich podkreśla specyficzną dla danego miejsca trwałą zdolność gleby do świadczenia usług wynikających ze złożonych interakcji między chemicznymi, fizycznymi i biologicznymi jej cechami oraz związku tych interakcji z funkcją gleby i zarządzaniem nią.

Badania stanu gleby zazwyczaj obejmują typowe miary jej żyzności (właściwości chemiczne). Tam, gdzie badania zdrowia gleby się różnią, należy włączyć pomiary jej zdrowia fizycznego i biologicznego. Na przykład ocena zdrowia fizycznego może obejmować gęstość nasypową i zagęszczenie, a ocena zdrowia biologicznego – pomiary „aktywnego” węgla (frakcja materii organicznej gleby, która jest łatwo użyteczna jako zasób do wspierania organizmów glebowych) i oddychania w glebie (tzw. spłukiwanie CO2). Oddychanie gleby jest uważane za wskaźnik jej biomasy mikrobiologicznej, aktywności drobnoustrojów i dostępności w niej węgla. Aktywne C różni się od oddychania w glebie, ponieważ mierzy łatwo dostępne C niezależnie od aktualnej aktywności mikrobiologicznej w próbce. Jest wiele czynników, które mogą mieć wpływ na wyniki i interpretację ocen biologicznych gleby.

Wskaźniki biologiczne do badań stanu gleby

Drobnoustroje glebowe mają kluczowe znaczenie dla długoterminowej żyzności gleb i są uważane za wrażliwe wskaźniki wpływu praktyk zarządzania na zdrowie gleby. Zdrowa gleba zawiera obfitą, aktywną, zróżnicowaną społeczność drobnoustrojów będącą kluczem do:
• wielu jej funkcji wpływających na produktywność gleby;
• obiegu składników odżywczych;
• rozkładu materii organicznej;
• kontroli jej erozji;
• regulacji wody poprzez tworzenie w wodzie stabilnych agregatów i struktury gleby;
• regulacji szkodników i chorób poprzez drapieżnictwo, antagonizmy i konkurencję z organizmami szkodliwymi.

Ponieważ pomiary rzeczywistej liczebności, różnorodności i funkcji lub tożsamości drobnoustrojów glebowych byłyby zbyt drogie i czasochłonne, testy zdrowia gleby zwykle obejmują tzw. czarne skrzynki proxy dla biomasy drobnoustrojów i ich aktywności (np. spłukiwanie CO2) oddychanie gleby.

Co sprawia, że wskaźnik zdrowia gleby jest dobry?

Aby ocenić wpływ praktyk zarządzania i kierować nimi, użyteczny wskaźnik zdrowia gleby musi opierać się na mechanistycznych powiązaniach między wskaźnikiem a funkcjami gleby lub usługami ekosystemowymi (np. plonami). Wskaźnik musi reagować na różnice w zarządzaniu z czułością i powtarzalnością oraz mieć spójność interpretacji. Jeśli pomiary zdrowia gleby są niespójne w zarządzaniu glebą, zalecenia dotyczące zarządzania prawdopodobnie będą niespójne. Przede wszystkim wskaźnik musi być w stanie rozróżnić wpływ różnych praktyk gospodarowania glebą na jej różnych rodzajach.
Szczególnie trudno jest zidentyfikować wiarygodne wskaźniki biologiczne, ponieważ społeczności drobnoustrojów są bardzo dynamiczne – wiele czynników środowiskowych wpływa na liczebność drobnoustrojów, gatunki i działania w przestrzeni i czasie. Jest to ważne, ponieważ wyniki biologicznych badań zdrowia gleby mogą się znacznie różnić w zależności od czynników środowiskowych i innych, a ta zmienność może zakłócać interpretację ogólnych wyników zdrowotnych gleby. Na przykład niedawne badania, przeprowadzone na farmach i w stacjach badawczych przez agronomów w północnych USA, wykazały zarówno zmienność analityczną (wyniki badań zdrowotnych gleby na tych samych glebach przedłożonych różnym służbom badawczym nie zawsze ze sobą się zgadzały), jak i zmienność wskaźników (wskaźniki biologiczne gleby nie rozróżniały między długoterminowym zarządzaniem, uważanym za korzystne dla biologicznego zdrowia gleby, a zarządzaniem uważanym za szkodliwe dla biologicznego zdrowia gleby). Naukowcy nie znaleźli również związku między zdolnością długoterminowych praktyk ochrony gleby do osiągnięcia akceptowalnych wyników zdrowotnych gleby a większymi plonami. Doszli do wniosku, że może istnieć znaczna zmienność właściwości gleby niezależnie od zarządzania agronomicznego, które określa wyniki wskaźników biologicznych, lub że wskaźniki zdrowia gleby mogą nie być wystarczająco czułe, aby odróżnić wpływ zarządzania glebą na właściwości gleb o różnym składzie.

Poniżej wymieniono niektóre z czynników, które według badań mogą wpływać na wyniki i interpretację testów biologicznego zdrowia gleby

Zmienność analityczna: różnice między laboratoriami zdrowia gleby
Obecnie nie ma standardowych procedur operacyjnych wśród laboratoriów badawczych zdrowia gleby w celu zmniejszenia różnic w wynikach. Zmienność analityczna jest prawdopodobnie specyficzna dla gleby i może prowadzić do niewiarygodnych i niespójnych zaleceń. Przykłady źródeł zmienności analitycznej, które mogą wpływać na wyniki badań w laboratoriach badających stan gleby, obejmują:
• rozmiar oczek sita używany do przetwarzania gleby;
• zawartość wody w glebie;
• kierunek ponownego zwilżania suchej gleby przed testami spłukiwania węglem (dodawanie wody do górnej części próbki w porównaniu z dnem poprzez działanie kapilarne);
• różne ekstraktory i metodologie;

Zmienność środowiska: różnice we wskaźnikach biologicznych ze względu na przestrzeń i czas
• materiał macierzysty gleby;
• region i strefa klimatyczna;
• topografia;
• hydrologia;
• tekstura gleby (frakcja piasku, mułu, gliny), rodzaj i wilgotność;
• pora roku, w której pobierana jest próbka (np. sezonowe wahania populacji i aktywności drobnoustrojów mogą być większe niż te spowodowane zarządzaniem);
• czas pobierania próbek w ciągu sezonu (np. istnieją biologiczne tzw. gorące momenty, kiedy drobnoustroje glebowe są szczególnie obfite i aktywne, na przykład gdy uprawy aktywnie rosną, a wysięki korzeniowe są obfite);
• temperatura, opady i inne czynniki pogodowe;
• gatunki roślin i bliskość próbek gleby do roślin (w rzędzie vs. między rzędami; uprawy rzędowe vs. uprawy darniowe);
• użytkowanie gruntów (grunty orne i użytki zielone);
• cykl życia roślin (roczny vs. wieloletni);
• lokalizacja na polu (tj. biologia gleby nie jest jednolita, istnieją tzw. hotspoty, takie jak tunele dżdżownic lub w strefie korzeniowej (ryzosfera) roślin);
• obszar strefy korzeniowej, z której pobierane są próbki;
• etap wzrostu roślin.

Wnioski i zalecenia

Rosnące zainteresowanie zdrowiem gleby jest niezwykle pozytywnym zjawiskiem, ponieważ podnosi świadomość i kieruje zarządzaniem, które może zmniejszyć konsekwencje środowiskowe i gospodarcze wynikające ze zdegradowanych i niezdrowych gleb. Jednak nieodłączna złożoność między systemami glebowymi i w ich obrębie komplikuje oceny stanu gleby, ponieważ czynniki środowiskowe mogą oddziaływać na jej wewnętrzne właściwości w różny sposób. Efekty te nie są równe dla wszystkich gleb we wszystkich miejscach. Opracowywano i opracowywane są liczne wskaźniki zdrowia gleby, ale skuteczność łączenia analiz różnych wskaźników w kompleksową i uniwersalną interpretację zdrowia gleby, choć jest wartościowym celem, pozostaje nieuchwytna. Dowody wskazują na potrzebę opracowania funkcji punktacji, interpretacji i zaleceń specyficznych dla regionu lub gleby.

W porównaniu z konwencjonalnymi badaniami żyzności gleby badania zdrowia gleby są na wczesnym etapie rozwoju. Naukowcy i praktycy nadal identyfikują nowe oraz oceniają i udoskonalają istniejące wskaźniki biologiczne, a także poprawiają interpretację wyników zdrowotnych gleby poprzez lepsze zrozumienie, w jaki sposób wpływają na nie czynniki środowiskowe, pobierania próbek i przetwarzania. Jeśli hodowcy lub inni specjaliści agronomi zdecydują się na stosowanie testów zdrowotnych gleby do kierowania i oceny zarządzania, ważne jest, aby zbierali i przetwarzali próbki konsekwentnie i jednolicie oraz przekazywali je do jednego laboratorium. Należy zachować ostrożność w interpretacji i wykorzystaniu wyników ze względu na źródła zmienności między laboratoriami, glebami i środowiskami. Niedawna metaanaliza opublikowanych badań opisujących dokładność i powtarzalność biologicznych wskaźników zdrowia gleby wykazała, że węgiel aktywny (nadmanganian utleniający węgiel) był najbardziej czułym, powtarzalnym i spójnym wskaźnikiem oraz najbardziej predykcyjnym ogólnym wynikiem zdrowia gleby i miał najniższą zmienność w grupach teksturalnych gleby. Obecne badania sugerują, że w celu uzyskania reprezentatywnych wyników badań próbki powinny być pobierane na jednolitą głębokość (cała warstwa pługa) w okresie wczesnej jesieni, po włączeniu resztek roślinnych, w celu zmniejszenia wpływu wzrostu roślin i włączonych pozostałości roślinnych, ale zanim aktywność biologiczna gleby zmniejszy się późną jesienią. W niektórych strefach klimatycznych, takich jak te z krótkimi oknami między żniwami a warunkami zimowymi, czas na osiągnięcie znaczących środków biologicznych może być trudny. 