Niewidzialny problem na polach. Erozja zabiera żyzność gleby

Erozja gleby na polach jest jednym z czynników zmniejszających jej żyzność. Jak zjawisko to wpływa na plony? Jak chronić pola uprawne przed jego skutkami?

Erozja gleby na polach to skutek działania szeregu zjawisk prowadzących do niszczenia jej wierzchniej, najżyźniejszej warstwy. Przyczyny tego zjawiska mają zarówno charakter naturalny, jak i są wynikiem bezpośredniej działalności antropogenicznej. Ponadto to właśnie aktywność człowieka przyspiesza w dużym stopniu działanie czynników naturalnych. Jak można zapobiegać skutkom tej degradacji?

Czym jest erozja gleby?

Erozja gleby to proces degradacji, który znacząco obniża jej żyzność i produktywność, poprzez utratę wierzchniej, najbardziej wartościowej i zasobnej warstwy. Woda lub wiatr zmywają lub wywiewają próchnicę, składniki odżywcze i materię organiczną, co prowadzi do pogorszenia struktury gleby, zmniejszenia jej zdolności retencyjnej oraz spadku plonów.

Najbardziej podatne na erozję są gleby lekkie. Są to przede wszystkim gleby lessowe, pyłowe i piaszczyste, ze względu na ich drobną strukturę i słabą spójność cząstek. Z drugiej strony bardzo małą podatnością charakteryzują się ciężkie gleby gliniaste i ilaste. Ich struktura jest bardziej zwarta, a ponadto większa zawartość próchnicy glebowej zapewnia lepsze wiązanie jej cząsteczek. Jednakże i one nie są bezpieczne od erozji gleby na polach. Na przykład na polach kukurydzy na glebach gliniastych o nachyleniu 5% uprawianych metodą tradycyjnej orki i z pozostawianymi resztkami odnotowano straty na poziomie 19,76 ton gleby na hektar.

Erozja gleby na polach – najważniejsze przyczyny

Erozja gleby na polach uprawnych ma wiele przyczyn.

Jednakże jedną z najważniejszych jest intensywna, mechaniczna uprawa roli. Konwencjonalne rolnictwo opiera się na intensywnej, mechanicznej uprawie roli z użyciem ciężkich maszyn polowych oraz na znacznych uproszczeniach w uprawie gleby i dużych ilościach chemicznych środków produkcji. Ciągła obróbka mechaniczna powoduje rozbijanie struktury gruzełkowej gleby, kompaktację podglebia. Ponadto przyspiesza utlenianie próchnicy glebowej i spadek urodzajności. Z kolei intensywne nawożenie mineralne, w szczególności azotowe, prowadzi do zakwaszenia gleb i zmiany ich warunków oksydoredukcyjnych.
Już sama intensywna uprawa mechaniczna płytkich gleb przyczynia się do zniszczenia ich struktury i intensyfikacji procesów erozji. W Polsce na erozje bardzo narażone są m.in. rędziny.

Inną istotną przyczyną erozji gleb jest niewłaściwa melioracja, w szczególności odwodnienia zalewowych terenów podmokłych lub torfowisk. Obniżanie poziomu wód gruntowych i podskórnych na takich terenach skutkuje murszeniem torfu i opadaniem poziomu gruntu. Ponadto w przypadku wykonania orki na takim gruncie staje się on podatny na wywiewanie i wymywanie.

Dalekosiężnym skutkiem powyższych działań jest zmiana odczynu gleby. Do tego dochodzi spadek dostępności składników mineralnych dla roślin. Ponadto wzrasta toksyczności jonów metali ciężkich oraz formowanie warunków niekorzystnych dla rozwoju pożytecznych mikroorganizmów glebowych. Zmiany te finalnie utrudniają wzrost korzeni roślin w glebie oraz prowadzą do zahamowania wzrostu i spadku plonowania roślin.

Mechanizmy ubytku gleby

Najważniejsze przyczyny erozji gleby na polach to działanie wiatru oraz wody. Poniżej przedstawiam, w jaki sposób wpływają one na glebę.

Erozja wodna gleby na polach

W warunkach Polski największe zagrożenie stanowi zwykle erozja wodna. Powoduje ona spłukiwanie cząstek gleby podczas opadów lub roztopów i przenoszenie azotu, fosforu oraz innych składników mineralnych, a także cząsteczek organicznych. W przypadku dużego nasilenia zjawiska, szczególnie na gruntach ornych położonych na stokach, może dojść choćby do usunięcia znacznej części warstwy ornej. Ponadto mogą formować się bruzdy (patrz zdjęcie główne) i rowy, które utrudniają późniejsze prace polowe. Z drugiej strony porwane przez wodę materiały osadzają się na podnóżach stoków, prowadząc do zasklepiania powierzchni gleby. A w takiej glebie utrudnione jest kiełkowanie nasion. W skrajnych przypadkach silne opady deszczu mogą doprowadzić do lawin błotnych czy choćby osunięć gruntów.
Zjawiska takie stanowią szczególnie duże zagrożenie na terenach górskich i podgórskich. Ale choćby zwykły deszcz może stanowić zagrożenie dla odkrytej gleby, powodując tzw. erozję rozbryzgową, która rozbija większe cząsteczki agregatów glebowych. A te stają się bardziej podatne na wymywanie lub na wywiewanie.

Porwane wodą cząsteczki gleby wraz z próchnicą i składnikami mineralnymi trafiają do cieków i zbiorników wodnych, powodując ich zamulenie i eutrofizację. Szacuje się, iż w wyniku erozji wodnej Polska corocznie traci choćby 14 mln ton gleb.

Erozja wietrzna

W warunkach Polski erozja wietrzna gleby dotychczas nie istniała w świadomości rolników jako duży problem. Jednakże ostatnie, suche lata pokazały, jak duże zagrożenie może stanowić ten rodzaj erozji. W mediach pokazywano zdjęcia i filmy przedstawiające burze piaskowe nad polami Polski środkowej.

Erozja wietrzna gleby usuwa drobne, suche cząstki mineralne i organiczne, szczególnie na glebach lekkich bez okrywy roślinnej. Zjawisko to powoduje saltację ziaren piasku i wywiewanie próchnicy glebowej, pogarszając tym samym zdolność gleby do zatrzymywania wody. W efekcie gleba staje się uboższa biologicznie, bardziej podatna na suszę i wymaga intensywniejszego nawożenia.

Skutki erozji gleby na polach dla rolnictwa

Straty plonów mogą sięgać choćby 20–50% na terenach nachylonych, a długoterminowo erozja niszczy poziom próchniczny, uniemożliwiając naturalną regenerację gleby. Utrata wierzchniej warstwy gleby ogranicza dostęp roślin do wody i składników mineralnych (azot, fosfor, potas). Tym samym powoduje słabszy rozwój korzeni i mniejsze zbiory zbóż czy warzyw. Rośliny stają się bardziej podatne na suszę, choroby i szkodniki, co dodatkowo pogarsza jakość i wartość odżywczą plonów.

W Polsce problem erozji dotyczy większości rodzajów gleb, gdzie intensywna uprawa przyspiesza ten proces. To zwiększa koszty rekultywacji i ryzyko degradacji krajobrazu rolnego.

Erozja gleby – jak redukować jej skutki?

Podstawą ograniczania skutków erozji gleb uprawnych jest zminimalizowanie naruszania struktury gleby. Świetnie efekty daje utrzymanie pokrywy roślinnej na jej powierzchni oraz skuteczne zarządzanie przepływem wody. Praktyki te mają najważniejsze znaczenie dla rolnictwa, zwłaszcza na terenach o wyraźnym nachyleniu stoków, powszechnych w wielu regionach Polski.

Technologie uprawy roli

Uprawa z ograniczonym lub zerowym oraniem pozostawia resztki pożniwne na powierzchni. Dzięki temu chroni się powierzchnię gleby przed uderzeniami kropli deszczu i wiatrem. Siew bezpośredni w resztki pożniwne ogranicza erozję poprzez zachowanie struktury gleby i ograniczenie jej ekspozycji na czynniki pogodowe.

We wspomnianym wyżej przypadku kukurydzy zastosowanie techniki bezorkowej ograniczyło straty gleby do 7,41 t/ha. Z kolei regularne stosowanie żyta lub pszenicy, jako poplonu pozwoliło ograniczyć straty gleby z 24,2 t/ha do niecałej tony na hektar rocznie.

Podobnie działa uprawa pasowa, która umożliwia ukierunkowaną uprawę gleby jedynie w pasach, w których prowadzi się wysiew. Stosuje się to m.in. w przypadku upraw, takich jak kukurydza. Technika ta zapewnia równowagę pomiędzy ochroną gleby a optymalnym przygotowaniem gleby pod siew. Wyróżnia się ona skutecznością w ograniczaniu erozji przy jednoczesnej poprawie wczesnego wzrostu roślin w porównaniu z systemami konwencjonalnymi.

Podejścia oparte na technikach z minimalizacją orki lub wręcz bezorkowych zwiększają zawartość materii organicznej. Pozwalają na utrzymanie aktywności biologicznej gleby i zwiększonej obecności pożytecznych mikroorganizmów.

Warto także prowadzić zrównoważony płodozmian z wykorzystaniem odpowiednich gatunków uprawnych, który zwiększa ogólną odporność gleb na erozję.

Erozja gleby na polach często nasila się przy uprawie wzdłuż stoku, ponieważ woda swobodnie spływa, znosząc wierzchnią warstwę gleby i próchnicę oraz zamulając glebę u podnóża

fot. Katarzyna Kupczak

Rośliny okrywowe (poplony) i ściółki

Wysiew roślin okrywowych i poplonów, takich jak żyto, koniczyna lub wyka, pomiędzy uprawami głównymi stabilizuje glebę dzięki korzeniom i zmniejsza spływ wody choćby o 90%. Poprawiają one infiltrację, hamują wzrost chwastów i z czasem wzbogacają glebę w próchnicę. W Europie są one najważniejsze dla ochrony gruntów ornych zimą. Podobną ochronę glebie mogą zapewnić ściółki organiczne, m.in. resztki roślinne. W badaniach wykazano, iż pokrycie gleby słomą jęczmienną na poziomie od 48 do 90% (średnio około 75 g na metr kwadratowy gleby) ograniczyło straty wody opadowej na skutek spływu z 53 do 39%. Jednocześnie wypłukiwanie cząsteczek gleby spadło z 9,8 g/l do 3,0 g/l, zaś współczynnik erozji gleby spadł z 2,81 t/ha do 0,63 t/ha.

W przypadku niektórych upraw, które późno okrywają powierzchnię gleby, można zastosować uprawy współrzędne. Przykładem jest uprawa kukurydzy, w rzędach wysiewanych pomiędzy pasami koniczyny białej, której kłącza w dużym stopniu chronią glebę przed erozją. Wsiewki z tej koniczyny warto też stosować do stabilizacji gleb w uprawach traw.

Stosowanie kwasów humusowych i innych ulepszaczy gleby

Regularne aplikowanie kwasów humusowych również przyczynia się do ograniczenia erozji gleby. Kwasy humusowe rozluźniają strukturę gleb zwięzłych i jednocześnie zwiększają infiltrację wody w głąb jej profilu. Ponadto ich aplikacja poprawia kiełkowanie nasion na zastoiskach, w których osadzają się spłukiwane z pól cząsteczki gleby. Z drugiej strony na glebach lekkich same wchłaniają wodę i stanowią jej magazyn. Ponadto sklejają ze sobą mineralne cząsteczki gleby i ograniczają ich rozbijanie w czasie deszczu. Najlepsze efekty daje aplikowanie kwasów humusowych na gleby o odczynie lekko kwaśnym lub obojętnym (pH 6–7).

W przypadku gleb lekkich, piaszczystych zaleca się początkową dawkę 20–40 l/ha produktów w formie płynnej (o zawartości kwasów humusowych 10–15%. Ilość tę aplikuje się w 2–4 dawkach dzielonych po około 10 l/ha). W następnych latach stosuje się dawki podtrzymujące (do 20 litrów produktu na hektar rocznie). Preparaty z kwasami humusowymi można też podawać łącznie z obornikiem.

Oprócz czystych kwasów humusowych podobny efekt w ochronie gleby przed skutkami erozji daje stosowanie nawozów naturalnych takich jak komposty. Jednakże w takim wypadku zalecane dawki, by uzyskać odpowiednią podaż kwasów humusowych, mogą sięgać choćby 300–500 kg kompostu/ha.

Produkty z kwasami humusowymi najlepiej stosować na wilgotną glebę lub przed spodziewanym deszczem.

Stosowanie produktów mikrobiologicznych

Erozja gleby na polach prowadzi także do zmniejszenia w niej populacji pożytecznych mikroorganizmów. Orka okazuje się szczególnie groźna dla żyjących w glebie grzybów mykoryzowych. Dlatego w celu odwracania niekorzystnych skutków intensywnej, mechanicznej uprawy roli należy przywrócić jej aktywność biologiczną.

W tym celu stosuje się m.in. produkty zawierające arbuskularne grzyby mykoryzowe, których strzępki przerastają pomiędzy cząsteczkami gleby i sklejają je dzięki białkowej wydzielinie — glomalinie, tworząc stabilne agregaty.
Ponadto wyniki badań pokazują, iż reintrodukcja grzybów mykoryzowych gatunku Glomus mosseae do gleby ograniczała wynikające z wymywania straty azotu choćby o 18% w uprawach kukurydzy i 14% w uprawach soi. W przypadku fosforu było to odpowiednio 27 i 38%.
Jednocześnie grzyby te zwiększały pobieranie azotu u obu gatunkach o ponad 30% w porównaniu do roślin bez mykoryzy. Jeszcze bardziej spektakularny efekt odnotowano w przypadku pobierania fosforu. Kukurydza dzięki mykoryzie pobrała o prawie 62% więcej tego pierwiastka, zaś soja — o ponad 87% więcej.
Na rynku w tej chwili nie brakuje produktów z takimi grzybami. Są to m.in. preparaty takie jak: Mycotim Vigor, Mycotim Receptor, Bactiv Myco, MycoTech Bio, Symbivit czy Triash.

Ponadto warto sięgnąć po produkty z pożytecznymi bakteriami, ponieważ niektóre z nich wydzielają substancje, które również sklejają cząsteczki gleby. Ponadto realizowane są prace nad wykorzystaniem bakterii zdolnych do wytrącania z gleby cząsteczek węglanu wapnia, który skleja minerały ilaste oraz cząstki organiczne w stabilne agregaty.

Uprawa w poprzek stoków

By ograniczyć erozję wodną, należy uprawiać glebę na polach i prowadzić uprawy w poprzek zboczy, a nie w górę i w dół. Pozwala to spowolnić przepływ wody i sprzyja jej równomiernej infiltracji przez glebę. Ten sposób uprawy warto łączyć z pasami buforowymi, trawiastymi obrzeżami gruntów ornych czy choćby wałami gleby, które umożliwiają zatrzymywanie spływających z wodą osadów. Ciekawą, acz niestosowaną na dużą skalę w Polsce techniką jest też tarasowanie stoków, które również pozwala na znaczne ograniczanie skutków spływu powierzchniowego.

Dodatkowe konstrukcje zapobiegające erozji

W ograniczaniu strat składników pokarmowych z gleby na skutek erozji wodnej mogą być pomocne umieszczone na dolnych skrajach pól stawy, zielenione rowy lub kanały w zagłębieniach terenu. Pomogą one wychwytywać spływającą wodę i osadzać cząsteczki gleby wraz z próchnicą. Można je odzyskać i z powrotem wprowadzić na pola w czasie odmulania stawów czy rowów. Ponadto na stokach najbardziej narażonych erozję warto sadzić wieloletnie rośliny o długich i silnie rozgałęzionych korzeniach. Pozwala to zmniejszyć straty spowodowane erozją oraz ruchami gleby choćby o połowę.

Z kolei w celu ograniczania erozji wietrznej na polach warto sięgnąć po stare rozwiązania takie jak pasy zadrzewień i zakrzewień, które rozbijają siłę wiatru i zmniejszają jego erozyjne działanie. W niektórych krajach do ochrony gleby przed wiatrem stosuje się płotki z mat trzcinowych lub z cienkich gałęzi, które utrudniają wywiewanie gleby spomiędzy słabo rozwiniętych roślin na polach. Jest to rozwiązanie podobne do siatek, jakie drogowcy ustawiają wzdłuż dróg jesienią, by chronić je przed zimowymi zamieciami śnieżnymi. Takie osłony nie tylko zmniejszają erozję gleby na polach, ale pozwalają na wychwytywanie cząstek wywianych z sąsiednich terenów.