Magnez, zapomniany element produkcji roślinnej.

Magnez (Mg), jako niezbędny składnik pokarmowy roślin i główny komponent w różnych życiowych funkcjach roślin, zaskakująco często jest pomijanym elementem w optymalnie prowadzonych systemach produkcji roślinnej. Pełni kluczowe role w wielu funkcjach roślin oraz ma ogromny wpływ na produkcję wysokiej jakości plonów. Stąd też często, określany jest mianem „niedocenionego elementu " w rolnictwie.

Deficyt magnezu jest coraz powszechniejszym czynnikiem ograniczającym produkcję roślinną, szczególnie na glebach o niskim pH, na glebach lekkich, gdzie wzrasta możliwość wypłukania jego z warstwy ornej w głąb profilu glebowego. Niedobór magnezu staje się dużym problemem na glebach, które nawożone są wyłącznie N, P, K.

Co więcej, małe ilości tego pierwiastka w kompleksie sorpcyjnym, prowadzą do chemicznej degradacji gleby, polegającej na wzroście stężenia toksycznego dla roślin glinu. Im gleba jest bardziej kwaśna, tym związki glinu są bardziej rozpuszczalne i łatwiej dostępne dla roślin.

Temat jest dość poważny, ponieważ w wielu rejonach kraju pojawia się problem z niską zasobnością gleb w ten pierwiastek.

Liczne badania próbek glebowych, przeprowadzane przez Stacje Chemiczno-Rolnicze w całej Polsce, pokazują, że duża część analizowanych próbek posiada niską zawartość magnezu. Analiza wyników może sugerować zarówno ogólnokrajowy charakter niskiej zasobności gleb w ten pierwiastek, ale również weryfikację systemów i praktyk nawożenia, ujawniający brak tego zasadniczego elementu w powszechnym stosowaniu.

Magnez w roślinie.

Magnez (Mg) jest bardzo ważnym składnikiem odżywczym, niezbędnym dla wzrostu roślin. Jest aktywnie zaangażowany w proces fotosyntezy, jako składnik chlorofilu - zielonego barwnika pochłaniającego światło, który przechwytuje energię słoneczną i zamienia ją na energię chemiczną.

Magnez odgrywa także ważną rolę w oddychaniu roślin i metabolizmie węglowodanów, jest wykorzystywany przez rośliny do syntezy białek, kwasów tłuszczowych, umożliwia syntezę związków organicznych, które są przydatne do wzrostu roślin. Magnez pobudza rozwój systemu korzeniowego i reguluje procesy pobierania przez rośliny składników pokarmowych z gleby.

Bierze czynny udział podczas syntezy aminokwasów i białek komórkowych, odpowiada za pochłanianie i przemieszczanie się fosforu w roślinie oraz pomaga w przekształceniu cukrów prostych i złożonych. Zwiększa odporność roślin na niekorzystne czynniki (susza, choroby).

Magnez w glebie.

W glebie, magnez obecny jest w trzech frakcjach:
1. Magnez rozpuszczony w roztworze glebowym – jest to forma określana mianem magnezu przyswajalnego.
2. Forma wymienna magnezu - jest to postać, którą rośliny pobierają najintensywniej.
3. Niewymienna postać magnezu – magnez jest składnikiem minerałów pierwotnych w glebie. Proces rozbicia minerałów w glebie jest bardzo powolny, dlatego, frakcja ta nie jest dostępna dla roślin.

Dostępność i wchłanianie magnezu przez rośliny.

Istnieją różne poziomy wymiennego magnezu w glebie.

W glebach, które posiadają niską zawartość próchnicy, występuje znacznie niższy poziom magnezu niż w glebach o wykształconej strukturze i wysokiej zawartości próchnicy, dzięki czemu magnez zatrzymany jest przez cząstki koloidalne. To wyjaśnia, dlaczego często występują niedobory magnezu w glebach lekkich i piaszczystych.

Magnez jest składnikiem wielu pierwotnych i wtórnych minerałów w glebie, które zasadniczo są nierozpuszczalne w wodzie i nie dostępne dla roślin.

Forma jonowa uważana jest za dostępną w odniesieniu do upraw i określana magnezem przyswajalnym. Pierwiastek ten, jest jednym z trzech głównych składników odżywczych w glebie, występujących jako kation; pozostałe to wapń (Ca2+) i potasu ( K+). Te trzy składniki odżywcze są zaangażowane w konkurencyjnej interakcji ze sobą nawzajem.

Magnez pobierany jest przez rośliny, jako dwuwartościowy kation Mg2+, który jest formą rozpuszczonego magnezu w roztworze glebowym i przechowywaną w kompleksie koloidalnym gleby.

Na te zasadowe składniki odżywcze, oddziałuje czwarty, kation, jon wodoru (H+). Jon wodoru jest bardzo ważny, gdyż to on zakwasza glebę. Im więcej go w roztworze glebowym i kompleksie sorpcyjnym, tym gleba jest kwaśniejsza i pH gleby maleje. Kwasowość gleby może znacznie zmniejszyć pobór przez rośliny Ca i Mg, a w mniejszym stopniu K. Główne kationy odżywcze czasami mają innych, mniej znaczących konkurentów. Przez krótki czas po zastosowaniu dużych ilości azotu N, kation amonowy (NH4+) również staje się konkurencyjny dla innych kationów. Gdy pH gleby spadnie poniżej 5,5, kationy glinu (Al3+) i manganu (Mn2+) mogą być również rozpuszczalne w znacznych ilościach w glebie. W glebach bardzo kwaśnych koncentracja rozpuszczalnego i przyswajalnego glinu Al3+ i manganu Mn2+ stanowi nie tylko kolejne źródło kationów, lecz przede wszystkim staje się toksyczna dla większości upraw. Z chwilą, gdy stężenie kationów H+ osiągnie pH 5,5 i poniżej, zostają one związane w minerałach z jednoczesnym uwolnieniem równoważnej ilości AL3+. O pobraniu glinu decyduje, zatem głównie pH gleby. Im gleba jest bardziej kwaśna, tym związki glinu i manganu są bardziej rozpuszczalne i łatwiej dostępne dla roślin, co nieuchronnie prowadzi do zaniku i deformacji systemu korzeniowego, a w konsekwencji do zatrzymania rozwoju rośliny.

Ilość magnezu, który roślina może pobrać z roztworu glebowego, uzależnione są od jego stężenia w roztworze gleby i zdolności gleby do uzupełnienia roztworu gleby w magnez.

Poziom magnezu w glebie zmniejsza się z czasem w wyniku wymywania wapnia i magnezu oraz innych kationów o charakterze zasadowym. Ciągłe stosowanie zakwaszających nawozów mineralnych, takich jak: siarczan amonu, saletra amonowa, mocznik, przyczyniają się w dużej mierze do zwiększenia kwasowości gleb, a pośrednio do obniżenia zasobności gleby w ten pierwiastek. Do wyżej wymienionych czynników, które doprowadzają do niedoboru Ca i Mg, a tym samym zakwaszania gleby, z całą pewnością musimy zaliczyć intensywną produkcję roślinną, prowadzoną przez szereg lat, która powoduje usunięcie z gleby dużych ilości tych pierwiastków.

Dzięki regularnemu stosowaniu nawozów wapniowych zawierających magnez, polepsza się jego dostępność w glebie i pobieranie przez rośliny

Źródła magnezu. Najtańsze, nie znaczy najgorsze.

Dolomit jest to minerał, składający się z wapnia, magnezu, tlenu i węgla, posiadający wzór chemiczny CaMg(CO3)2, a nazwa chemiczna to węglan wapniowo- magnezowy. Zwyczajowa nazwa pochodzi od francuskiego mineraloga Deodat Dolomieu, który, jako pierwszy dostarczył dokładny opis tych skał w 1791 roku.

Większość nawozów wapniowo-magnezowych produkowanych w Polsce pochodzi ze skał wytworzonych w okresie dewonu i syluru. Ze względu na różny sposób powstawania tych skał wyróżniamy dolomity pierwotne (sedymentacyjne) oraz dolomity wtórne. Dolomity sedymentacyjne wytworzyły się wskutek bezpośredniego wytrącania dolomitu z wód morskich. Tworzą one pokłady dość jednolite o jednorodnej, zbitej strukturze. Skały dolomitowe wtórne powstają w wyniku przemian osadów wapiennych. Proces ten polega na częściowym wyparciu węglanu wapnia i zastąpieniu go przez węglan magnezu. Źródłem magnezu niezbędnego do tych przemian jest woda morska.

Węglany osadzały się przez długie okresy czasu, często przy udziale skomplikowanych warunków klimatycznych i strukturalnych. Wahania poziomu morza, zmieniające się ilości szczątków organicznych, zmienne ciśnienie, aktywność wulkaniczna i tektoniczna, różnorodność biologiczna, wpłynęły na dużą zróżnicowanie skał wapniowo-magnezowych.

W czystej postaci dolomit jest bezbarwny lub biały, do jasno różowego koloru, ale skały i kryształy występujące w naturze zawierają różnego rodzaju domieszki i zanieczyszczenia, zwłaszcza żelaza, które mogą nadać każdy odcień zabarwienia od bieli poprzez żółty, szary, ciemnoszary, brązowy do czarnego.

Z wyglądu, skała ta jest bardziej krystaliczna od skały wapniowej i z cała pewnością może zaskakiwać różnorodnością i bogactwem form i tekstur.

Skały dolomitowe zawierają od 6,98 do 48,63 % węglanu magnezu MgCO3 oraz analogicznie od 34,37 do 58,74 % węglanu wapnia CaCO3 i to w różnych proporcjach.

Środki wapnujące, produkowane ze skał wapniowo-magnezowych i wykorzystywane w rolnictwie, mają różne wartości. Na końcową wartość tych nawozów, czyli skuteczne działanie odkwaszające, wpływa kilka czynników.

Po pierwsze, przebieg procesów geologicznych w czasie tworzenia i formowania złoża skalnego, ponieważ wpływa to na skład chemiczny. Drugim czynnikiem, jest wiek geologiczny skały. Wapienie wytworzone we wczesnych okresach geologicznych, tworzą złoża skalne silnie skrystalizowane, natomiast młode wapienie, wytworzone w późniejszych epokach geologicznych są miękkie i porowate. Trzecim elementem, który wpływa na wartość użytkową nawozu wapniowego jest sposób przetworzenia skały.

Geologiczne źródła wapienia określają, jaki jest skład chemiczny skały i ile znajduje się w danym złożu węglanu wapnia i węglanu magnezu. Ilość tych dwóch węglanów, czyli ich suma, określa wartość neutralizacji, zwaną siłą zobojętniającą lub zasadowością ogólną. Jest to parametr, który wyraża zdolność nawozu do zobojętniania określonej ilości kwasu. Wyraża się ją w % w stosunku do siły zobojętniającej 1 g CaO przyjętej za 100%. Zasadowość ogólna powinna być równa procentowej zawartości CaO w nawozie. Zdarza się tak, że siła zobojętniająca jest mniejsza lub większa od procentowej zawartości CaO w nawozie. Siła zobojętniająca jest mniejsza niż procentowa zawartość CaO w nawozie, gdy wapń występuje częściowo w postaci soli obojętnych np siarczanu wapnia (CaS04). Gdy w nawozie obok wapnia występuje magnez MgCO3, siła zobojętniająca będzie większa niż procentowa zawartość CaO, ponieważ tlenek magnezu ma o 40% większą siłę zobojętniającą niż tlenek wapnia (1t MgO powoduje taki sam efekt odkwaszający w glebie jak 1,4 t CaO). Oczywiście, pod warunkiem, że nawóz będzie wystarczająco drobno zmielony, będzie posiadał wysoką reaktywność chemiczną i szybko rozpuści się w roztworze glebowym.

Przetwarzanie skały wapiennej, wpływa na stopień rozdrobnienia cząstek w gotowym produkcie. Uzyskane rozdrobnienie nawozu, bezpośrednio wpływa na szybkość reakcji nawozu wapniowego z kwasami w roztworze glebowym i determinuje aktywność chemiczną, która jest miarą szybkości reakcji nawozu wapniowego z glebą. Wyraża się ją w % w stosunku do aktywności świeżo strąconego węglanu wapnia, którą przyjęto za 100%. Połączenie szybkości reakcji i siły zobojętniającej jest efektywną wartością neutralizującą nawozu wapniowego.

Rozdrobnienie nawozu określa masę cząstek (wyrażoną w %) pozostających na sicie o oczkach określonej średnicy. Rozmiar oczek sita jest liczbą określającą odległości między drutami sita.

Stopień rozdrobnienia nawozu dolomitowego, w bardzo dużym stopniu wpływa na szybkość rozpuszczenia w środowisku glebowym, a zatem warunkuje działanie neutralizujące jony wodorowe. Im w nawozie wapniowo-magnezowym, znajduje się więcej frakcji pylistej, tym bardziej zwiększa się jego powierzchnia reakcji z roztworami glebowymi stanowiącymi główny czynnik rozpuszczający w środowisku glebowym. Aby osiągnąć drobną wielkość cząstek, pokruszony kamień wapniowo-magnezowy, przesiewa się przez serię sit, aż zostanie osiągnięty wymagany stopień rozdrobnienia. Produkt końcowy jest często mieszaniną bardzo drobnych cząstek nawozu (od 0,01 do 2,00 mm), które razem tworzą produkt końcowy o oczekiwanym poziomie neutralizacji kwasowości w glebie. Uzyskanie takiej wielkości cząstek nie jest proste, tym bardziej tanie. Decyzja o podjęciu prób produkcji takiego materiału, musi być skonfrontowana z wysokimi kosztami kruszenia, suszenia i mielenia. Kompromis powinien być osiągnięty w przypadku, gdy nawóz jest skuteczny rolniczo, ale wciąż z ekonomicznego punktu widzenia jest sens używania go do celów rolniczych. Niewielu producentów decyduje się na produkcję, tak dobrze rozdrobnionych nawozów wapniowo-magnezowych.
Należy jednak pamiętać, aby umiejętnie przygotować mieszaninę nawozu i zachować dobre proporcje wszystkich frakcji. Im więcej frakcji drobnej i bardzo drobnej w masie nawozu, zapewne szybsze będzie działanie odkwaszające, ale intensywne opady deszczu mogą w glebach lekkich i piaszczystych, szybko wymyć go w głąb profilu glebowego, więc poniesiemy stratę i zabieg trzeba będzie powtórzyć. Odpowiednio grubsze frakcje dolomitu, stosowane w optymalnie dobranej mieszaninie, może będą działać wolniej, ale przez dłuższy czas. Odpowiednio przygotowana mieszanina frakcji nawozu wapniowo-magnezowego, może zapewnić w miarę szybkie działanie odkwaszające utrzymujące się przez dłuższy czas.

Rolnik, inwestując w zakup nawozu odkwaszającego musi zdecydować, który nawóz wybrać, aby uzyskać oczekiwaną zmianę pH gleby oraz dostarczyniezbędnych związków wapnia i magnezu. Z cała pewnością, w wyborze odpowiedniego produktu, pomocne będą aktualne wyniki badania gleby, zawierające dane o poziomie pH i zasobności gleby w podstawowe składniki pokarmowe. Tak samo przydatna jest znajomość parametrów nawozu, decydujących o skuteczności działania odkwaszającego.

Wybór odpowiedniego nawozu dolomitowego, powinien opierać się na porównaniu kilku elementów, takich jak: zawartość aktywnych z punktu widzenia działania odkwaszającego związków wapnia i magnezu, wieku surowca, aktywności lub reaktywności chemicznej, stopnia rozdrobnienia, rozpuszczalności, dostępności oraz ceny produktu z kosztami transportu.

Nawóz dolomitowy w glebach kwaśnych reaguje nieco wolniej niż nawóz wapniowy, zawierający w swoim składzie jedynie węglan wapnia CaCO3. Jednakże, jak już wcześniej wspomnieliśmy, w wyniku dobrego rozdrobnienia, uzyskujemy skuteczny nawóz odkwaszający z typowym czasem reakcji od dwóch do trzech lat, a także dostarczamy oprócz wapnia odżywczy magnez.

Nawozy zawierające wapń i magnez, które stosuje się w rolnictwie głównie do kontrolowania kwasowości (pH) w glebie, czyniąc je bardziej obojętnymi, wpływają również na wydajne i skuteczne działanie herbicydów oraz na wykorzystanie w większym stopniu powszechnie stosowanych nawozów mineralnych N, P, K.

Nowoczesne środki chwastobójcze są bardziej skuteczne, gdy pH gleby jest lekko kwaśne ( pH 6,5 ) do obojętnego ( pH 7,0 ). Gdy gleba jest bardziej kwaśna, substancje aktywne herbicydów są absorbowane przez cząsteczki gleby, zmniejszając ich zdolność do kontrolowania wzrostu chwastów.

Potrzebne roślinom składniki pokarmowe, znajdują się w glebie w bardzo różnych formach i tylko niewielka ich część występuje w formie dla nich przyswajalnej. Zasobność kompleksu sorpcyjnego w zasadowe kationy, między innymi wapń i magnez, przyczynia się do zmiany pH i przekształcenia składników mineralnych na związki łatwo rozpuszczalne w wodzie i łatwo przyswajalne dla roślin, umożliwiając uzyskiwanie wysokich plonów. Dlatego też, większość nawozów mineralnych jest bardziej skuteczna w glebach o odczynie lekko kwaśnym i zbliżonym do obojętnego.

Śmiało możemy powiedzieć, że stosując nawozy wapniowe i wapniowo-magnezowe, możemy zmniejszyć koszty związane z zakupem nawozów N, P, K, z uwagi na optymalne wykorzystanie mniejszych ilości.

Nawozy wapniowo-magnezowe wpływają przede wszystkim na poprawę właściwości chemicznych, biologicznych i fizyczne gleby. Zwiększają się właściwości retencyjne i hydrofobowe gleby i następuje zdrowy rozwój pożytecznych mikroorganizmów glebowych.

Konkurencja pomiędzy Ca i Mg o wychwyt przez rośliny uprawne, stała się tematem wieloletnich badań i dyskusji w rolnictwie. Jak wiemy dzisiaj, dla większości roślin uprawnych optymalny stosunek Ca: Mg wynosi 4: 1 i utrzymuje się w glebie, jeżeli pH jest większe od 6,0.

Prawidłowy stosunek Ca : Mg, wywiera wpływ na poprawę struktury gleby, zmniejszenie populacji chwastów, zmniejszenie wypłukiwania innych składników pokarmowych roślin oraz ogólną poprawę równowagi większości składników pokarmowych w glebie.

Stosowanie

Odpowiednie dawki nawozu wapniowo-magnezowego, można jedynie ustalić na podstawie aktualnych wyników agrochemicznej analizy stopnia kwasowości gleby.

Czynnikiem decydującym o rodzaju i ilość zastosowanego nawozu odkwaszającego jest rodzaj gleby, wartość wyjściowa pH oraz pojemność buforowa gleby. Buforowość gleby, jest to parametr mówiący o zdolności gleby do utrzymania względnie stałego pH, bez względu na działania czynników zakwaszających lub alkalizujących. Oznacza to, że na glebach piaszczystych i suchych należy zastosować mniejsze ilości nawozów odkwaszających, aby znaczne zmienić wartości pH. Natomiast na glebach gliniastych należy zastosować duże ilości nawozów odkwaszających, aby uzyskać oczekiwany rezultat. Na glebach lekkich zmiana odczynu gleby może potrwać kilkanaście tygodni, podczas gdy na glebach ciężkich i zbitych kilkanaście miesięcy.

Aby zabieg odkwaszania był skuteczny, nawóz dolomitowy powinien być zastosowany jesienią, na ściernisko. System zabiegów pożniwnych zapewni odpowiednie wymieszanie nawozu z glebą, w celu zapewnienia odpowiednich warunków i dostatecznego czasu dla interakcji gleby i rozpuszczenia wapnia i magnezu.

Równomierne i dokładne rozsianie nawozu jest bardzo istotne, ponieważ rozsiewając zbyt dużą dawkę narażamy się na straty w wyniku wymywania w głąb profilu glebowego, z kolei niewystarczająca ilość nie dostarczy odpowiedniej ilości wapnia i magnezu i nie zneutralizuje dostatecznie kwasowości, co może spowodować ewentualne zmniejszenie plonów. Ważne jest, aby móc zastosować dokładnie taką ilość nawozu dolomitowego,, jaką zaleciła Stacja Chemiczno-Rolnicza, planując osiągnięcie pożądanych rezultatów.

Mamy nadzieję, że niniejsze opracowanie przypomni Państwu, jak ważnym czynnikiem plonotwórczym jest magnez. Zbyt długo był zapomnianym element produkcji roślinnej. Role, jakie ma do spełnienia w wielu funkcjach roślin oraz, jako główny komponent kompleksu sorpcyjnego gleby, coraz częściej są doceniane przez producentów rolnych i pomaga w usunięciu podstawowych problemów omawianych powyżej. Nawozy wapniowo-magnezowe są najlepszym wyborem materiału do zastosowania, gdy istnieje zarówno problem niedoboru magnezu w glebie oraz problem kwasowości gleby.

Maciej Gołębiewski
Omya Sp. z o.o.