Važnost pH tla u poljoprivrednoj proizvodnji

Jedan od osnovnih kemijskih parametara tla je pH vrijednost tla. On ima veliku kompleksnost i važnost: ima važan utjecaj na sve kemijske, fizikalne i biološke procese u tlu. Reakcija tla (pH vrijednost) određuje značajke razvoja biljne zajednice na određenom tipu tla, pa tako postoje: acidofili (biljke koje zahtijevaju kisela tla), bazofili (biljke koje zahtijevaju alkalna tla) i neutrofili (biljke koje zahtijevaju neutralnu reakciju tla).

Kako se mjeri pH vrijednost tla?

Kemijski parametar, pH tla koji ima veliku kompleksnost i važnost na sve procese u tlu: u kemijskom smislu radi se o međusobnom odnosu vodikovih H+ i hidroksidnih OH- iona u vodenoj otopini tla. Ako je dominantan ion H+, onda se govori o kiselim tlima. Osim visoke količine H+ iona u kiselim tlima, javlja se i visoka količina kationa aluminija (Al+) i mangana (Mn+). Oni imaju jak toksični učinak na rast i razvoj biljaka u takvim uvjetima.

S druge strane, ako je u vodenoj otopini tla visoki sadržaj OH- iona, govori se o alkalnim (bazičnim) tlima. Osim visokog sadržaja OH- iona, na povišene pH vrijednosti utječe i količina karbonata (CaCO₃). Tada se govori o karbonatnim (vapnenim) tlima. Ako se u vodenoj otopini tla javlja visoki sadržaj alkalnih kationa, poput natrija (Na+) govorimo o slanim tlima. U slučaju pojave visoke količine alkalnih aniona (sulfata, klorida ili karbonata) govorimo o alkaliziranim tlima.

Sam proces mjerenja pH vrijednosti tla, jednostavan je proces koji se može provesti izravno u polju. Poljoprivrednici mogu sami mjeriti pH primjenom jednostavnih instrumenata, tzv. pH metara ili se mjerenje pH tla može provesti u jednom od brojnih laboratorija za analizu tla.

U laboratorijskim uvjetima pH vrijednost tla mjeri se u destiliranoj vodi i u 1M KCl-u. Postoje elektrometrijske i kolorimetrijske metode mjerenja pH vrijednosti. Elektrometrijske metode baziraju se na principu mjerenja razlike potencijala između dvije elektrode pri čemu je jedna mjerna, a druga referentna. Registrirana vrijednost razlike potencijala (napon) u mV ili pH vrijednost izravno se očitava na instrumentu pH metru.

Kolorimetrijske metode temelje se na primjeni indikatora (kolor trake). Ona se uranja u pripremljenu suspenziju tla i destilirane vode i na osnovi boje koja se razvija na kolor traci, radi se usporedba s referentnom skalom. Svaki intenzitet obojenosti predstavlja određenu okvirnu vrijednost pH.

Što je jedinica pH?

Jedinica pH (prema prijedlogu danskog istraživača Sorensena, 1907.g.) predstavlja negativan logaritam koncentracije vodikovih iona (H+). Odnosno, to je negativni eksponent baze 10 koncentracije H+ iona u otopini tla.

Vrijednosti pH su eksponentni brojevi. Ako se pH vrijednost smanji za 1, koncentracija vodikovih iona se poveća 10 puta. Ako se pH vrijednost smanji za 2, koncentracija vodikovih iona se poveća za 100 puta (10×10). Stoga, u praksi, tlo koje ima pH vrijednost 5,0 u odnosu na tlo koje ima pH vrijednost 7,0. Kiselije je 100 puta, iako je razlika samo u 2 mjerne jedinice na pH skali. Ovo je vrlo važno znati, jer se tako bolje razumije problem kiselosti tla u poljoprivrednoj proizvodnji.

Vrijednosti skale pH vrijednosti kreću se u rangu od 1 do 14. 1 je donja ekstremna vrijednost, visoke kiselosti (koja u stvarnim poljskim uvjetima nije moguća). Gornja vrijednost, od 14, predstavlja ekstremno alkalne uvjete, koji također nisu mogući u poljskim uvjetima.

Sredinu skale, vrijednosti pH 7,00 predstavlja neutralnu pH vrijednost. U našim agroekološkim uvjetima, vrijednosti pH u tlu, kreću se u rangu od 4,5 (jako kisela tla) do 8,5 (alkalna tla). Sa stajališta biljaka, optimalne pH vrijednosti kreću se u rangu od 6,5 do 7,0 (slabo kisela do neutralna tla). U tom optimalnom rangu dobro uspijevaju sve naše poljoprivredne kulture. U kiselim tlima, dobro rastu samo neke poljoprivredne kulture poput borovnice, crnog ribiza ili kestena. S druge strane, pH vrijednosti iznad 8,0 predstavljaju probleme za uzgoj gotovo svih poljoprivrednih kultura.

Za potrebe poljoprivredne prakse, mjere se dvije pH vrijednosti tla; pH vrijednost u vodi (H₂O) i u kalij-kloridu (1M KCl). pH vrijednost u vodi (H₂O) predstavlja stvarnu (aktualnu) kiselost tla, jer se mjeri količina vodikovih H⁺ iona u vodenoj otopini tla. To je važan parametar. Kako u tlu postoji dio vodikovih iona koji je vezan na adsorpcijski kompleks tla (minerale gline), potrebno je mjeriti i pH vrijednost tla u otopini sa 1M KCl-om.

PH vrijednost u 1M KCl-u predstavlja ukupnu (potencijalnu) kiselost tla, jer se otopinom 1M KCl-a potiče izmjena (otpuštanje) svih iona vodika (H⁺) s adsorpcijskog kompleksa tla u otopinu tla. Na taj način se dobivaju niže pH vrijednosti. To je vrlo važan parametar jer pokazuje koliko se još dodatno može smanjiti pH vrijednost tla.

U prirodnim uvjetima, izmjerene vrijednosti pH u KCl-u su prosječno niže za 0,5 do 1,0 jedinica na pH skali. Međutim, u teškim mehaničkim tlima, koja sadrže visoke količine gline, na čiju se površinu može vezati velika količina vodikovog iona (H⁺) razlika između ove dvije pH vrijednosti može biti i za 1,5 do 2,0 jedinice na pH skali. Ako su razlike u mjerenju više od 1,5 jedinica na pH skali, potrebno je ponoviti pripremu uzorka tla i mjerenje. Postoji mogućnost da je došlo do neke greške i očitavanja krive vrijednosti pH tla.

Parametri koji utječu na promjenu pH vrijednosti u tlu:

1. dinamika pritjecanje vode u tlo (vlaga tla):
2. dinamični procesi transformacije i premještanja mineralnog i organskog dijela tla;
3. promjenjiva aktivnost organizama u tlu (makro i mikroorganizama u tlu);
4. veličina i zasićenost adsorpcijskog kompleksa u tlu i
5. agrotehničke mjere (gnojidba, obrada tla, kvaliteta vode za natapanje i dr.).

Dinamika pritjecanja (i zadržavanja) vode u tlu ima važan utjecaj na kretanje pH vrijednosti, pogotovo trenutne pH vrijednosti tla. Obilne oborine (ili višak vode kod nepravilnog natapanja) potiču ispiranje iona kalcija (Ca²⁺) u tlu. Time se potiče proces zakiseljavanja (acidifikacije) tla. Ova pojava je česta na plitkim i na propusnim tlima. Tamo i manje količine oborina mogu isprati kalcij iz tla i potaknuti procese zakiseljavanja tla.

S druge strane, na slanim/i alkaliziranim tlima, brzim isparavanjem vode iz tla (pogotovo tijekom ljeta) dolazi do nagomilavanja soli (sulfati, kloridi) u površinskom sloju tla te značajnog rasta pH vrijednosti. Slični uvjeti se događaju i kod uzgoja povrća u zaštićenim prostorima. Zato je važno pratiti stanje vlage u tlu i spriječiti nagomilavanje štetnih soli u površinskom sloju tla. U takvim uvjetima često dolazi do toksičnog učinka viška soli u tlu na biljke. Stoga je potrebno voditi računa o stanju vlažnosti na takvim tlima i time smanjili negativni učinci soli na rast i razvoj poljoprivrednih kultura, odnosno na smanjenje visine i kvalitete prinosa.

Zašto su tla kisela?

Postoji više mogućih razloga, od same pedogeneze tla (povijesnog procesa nastajanja tla), nepovoljnih agroekoloških uvjeta (najčešće ispiranja kalcija iz tla uslijed obilnih oborina ili propusnosti tla) do agrotehničkih uvjeta (dugotrajna poljoprivredna proizvodnja i iznošenje kalcija iz tla prinosom te upotreba fiziološki kiselih gnojiva).

Prvobitni uvjeti nastanka kiselih tala, kreću od specifične pedogeneze, kod tala koja se razvijaju iz izvorno kiselih matičnih supstrata. Procesima kemijske i fizikalne razgradnje matičnih stijena, stvara se kiseli supstrat iz kojih nastaju kisela tla. U našoj pedološkoj klasifikaciji radi se o podzolima, lesiviranim tlima te distričnim rankerima i kambisolima.

Izvorno su to tla koja se javljaju u planinskim i brdovitim područjima. Ona uglavnom služe kao pašnjaci, ali se na pojedinim lokacijama (Lika, Gorski Kotar, Banija, Kordun, Papuk) gdje je dubina takvih tala veća, koriste i u poljoprivrednoj proizvodnji. Ako su to položaji na višim nadmorskim visinama koriste se za uzgoj krumpira ili kukuruza. Na nižim nadmorskim visinama na takvim tlima se odvija uzgoj voćnih kultura (lijeska, orah, jabuka, šljiva) ili uzgoj vinove loze.

Općenito, predstavljaju tla lošije plodnosti te je potrebno smanjivati kiselost tla. Sve kako bi se ostvarili bolji i kvalitetniji prinosi poljoprivrednih kultura. Kako se na takvim položajima tijekom zime javljaju veće količine oborina (pogotovo u kontekstu sadašnjih promjena klimatskih uvjeta, gdje se tijekom zime umjesto snijega, javlja sve više kišnih dana) procesi ispiranja baza (kalcija) su trajni problem, i s vremenom takva tla postaju sve kiselija. Kulture koje će prirodno dobro uspijevati na takvim tlima su klasični acidofili, poput borovnice i crnog ribiza, ali i ostale vrste sitnog voća, poput kupine.

Drugi problem koji potiče zakiseljavanje tla je pojava viška oborina. One će potaknuti ispiranje kalcija u tlu. Tako će povećati i količinu vodikovog iona (H⁺) u otopini tla. Za područje kontinentalne Hrvatske smatra se da je tlo podložno procesima ispiranja ako je ukupna količina oborina tijekom godine više od 600-700 mm. U takvim uvjetima ispiranje kalcija (Ca) iz tla iznosi prosječno 80-100 kg/ha/godišnje.

I treći problem, koji dodatno potiče procese zakiseljavanja tla, jeste intenzivna poljoprivredna proizvodnja, pogotovo visoko prinosnih kultura, poput jabuka, šećerne repe ili plodovitog povrća (rajčica, paprika). Ona iznose visoke količine kalcija (Ca) iz tla te lokaliteti gdje se stoljetno odvija poljoprivredna proizvodnja. Posebnost krških polja je da su nastali od materijala bogatih kalcijem. Zbog intenzivne poljoprivredne proizvodnje značajno se smanjila količina kalcija u tlu pa su takva polja sve češće kisela.

Zbog čega se javlja nedostatak kalcija (Ca) u tlu?

• Iznošenje kalcija (Ca) iz tla visokim prinosima plodova
• Neredovita provedba kalcizacije (kalcifikacije) tla
• Primjena visokih doza fosfornih gnojiva (pogotovo MAP-a) koja lako reagiraju s kalcijevim ionom u tlu i tvore netopive kalcijeve-fosfate te ostalih mineralnih gnojiva koja zakiseljuju tlo
• Primjena visokih doza gnojiva koja imaju fiziološki kiselu reakciju (zakiseljavanje) tla
• Nepravilna primjena natapanja gdje se viškom vode ispire kalcij iz zone korijena

Agrotehničke mjere za uspješan uzgoj poljoprivrednih kultura na kiselim tlima

Prvi i najjednostavniji korak za uspješan uzgoj na kiselim tlima, koja se nalaze na brdovitim položajima je izbor acidofilnih kultura, Ona mogu uspješno rasti na takvim tlima. Prva kultura koja ima ekonomskog opravdanja za uzgoj na kiselim tlima je borovnica, izraziti acidofil.

Ona i prirodno raste na kiselim staništima te uzgoj kestena. Preporuka posebno vrijedi za brdovite položaje. Tamo prirodno postoje kisela tla (podzoli, lesivirana i distrična kisela tla), gdje osim tla, za uzgoj ovih kultura pogoduju i povoljni agroklimatski uvjeti. Ako su ova tla umjereno kisela, uspješno se može uzgajati i lijeska. Međutim uz redovnu primjenu vapnenih materijala u gnojidbi kako bi se osigurala dodatna količina kalcija u tlu, potrebna za pravilan rast i razvoj ploda lijeske.

Za uzgoj drugih kultura (poput kukuruza ili krumpira) potrebno je obaviti meliorativnu primjenu vapnenih materijala. Sve kako bi se pH vrijednost tla držala u rangu od 6,0-6,5. Drugu grupu kiselih tala, čine različita tla u intenzivnoj poljoprivrednoj proizvodnji. Zbog nepoštivanja osnovnih agrotehničkih pravila u gospodarenju tla došlo do značajnog pada pH tla; odnosno do intenzivnog procesa acidifikacije tla. Veliki problem čini primjena mineralnih gnojiva u visokim dozama koja mogu značajno zakiseliti tlo. U tablici 6 prikazan je ekvivalent kiselosti pojedinih dušičnih gnojiva (prikaz potrebne količine kalcij-karbonata CaCO₃ potrebnog za neutralizaciju 100 kg gnojiva). Kod gnojiva KAN (27 %N) efekt zakiseljavanja amonij-nitrata neutraliziran je dolomitnim punilom (Ca, Mg) u granuli gnojiva KAN-a, pa stoga ovo gnojivo ne zakiseljuje tlo.

Važan agrotehnički problem kiselih tala u intenzivnoj poljoprivrednoj proizvodni je značajan pad iskoristivosti makro elementa u tlu zbog niskog pH. Kao što se može vidjeti u tablici, pri pH vrijednost tla od 5,5, mogućnost usvajanja dušika (N) i kalija (K) smanjuje se za 20-25 %, a usvajanje fosfora (P) gotovo za 50 %. Kako su dušik i kalij elementi važni za prinos (dušik) i kvalitetu (kalij) potpuno je jasno da se na kiselim tlima ne može ostvariti maksimalni učinak gnojidbe. Samim time, niti visoki i kvalitetni prinosi poljoprivrednih kultura.

Degradacija strukture tla zbog nedostatka kalcija (Ca) drugi je važan problem na kiselim tlima, pogotovo u intenzivnoj poljoprivrednoj proizvodnji gdje se koristi teška poljoprivredna mehanizacija, koja gazi i sabija tla. U takvim uvjetima dolazi do slabe vodopropusnosti tla za vodu. Javlja se zadržavanje vode u zoni korijena koje uvjetuje nedostatak kisika za disanje korijena te se javlja asfikcija korijena (tzv. gušenje korijena zbog nedostatka zraka u tlu za disanje).

Stoga je korekcija kiselosti tla neophodna agrotehnička mjera za sva kisela tla u intenzivnoj poljoprivrednoj proizvodnji.

Sama provedba korekcije kiselosti tla jednostavna je agrotehnička mjera. Postoji veliki izbor različitih vapnenih materijala na tržištu po kvaliteti i učinku kalcizacije (kalcifikacije) i same cijene materijala. Ovisno o poljoprivrednoj kulturi i vremenu primjene, potrebno je odabrati vrstu materijala. Doza će se utvrditi na temelju parametara kemijske analize tla. Osnovni parametar za utvrđivanje doze vapnenog materijala je hidrolitski aciditet (Hy). Uz to, potrebno je znati i vrijednosti pH tla i količine humusa u tlu.

Vrijednost hidrolitskog aciditeta tla

Doza vapnenog materijala za kalcizaciju (kalcifikaciju) tla utvrđuje se na osnovi hidrolitskog aciditeta tla. Vrijednost hidrolitskog aciditeta tla (Hy) potrebno je utvrditi prilikom analize tla u laboratoriju za analizu tla. Za utvrđivanje količine CaCO₃ potrebne za neutralizaciju sloja poljoprivrednog tla do dubine 20-25 cm na površini jednog hektara, vrijednost Hy treba pomnožiti s faktorom 4.5. Ako se želi izračunati ekvivalentna vrijednost CaO potrebnog za neutralizaciju kiselosti tla, onda se dobivena vrijednost hidrolitskog aciditeta (Hy) množi s faktorom 2.25. Dobiveni broj u oba izračuna označuje količine materijala u dt/ha.

Ako je izmjerena vrijednost hidrolitskog aciditeta Hy<4, nije potrebno provoditi kalcizaciju tla. Za izmjerene vrijednosti veće od 8,0 kalcizacija je nužna mjera.

Kod vrlo kiselih tala, vrijednosti hidrolitskog aciditeta su vrlo visoke. Izračunom potrebnih doza za kalcizaciju dobivaju se vrlo visoke vrijednosti, često preko 5 tona vapnenog materijala/ha. U takvim slučajevima, potrebnu dozu vapnenog materijala potrebno je raspodijeliti u nekoliko obroka. Vapneni materijal treba primijeniti u 2 do 3 godine. Naime, iako je korekcija kiselosti tla dodavanjem vapnenog materijala vrlo vrijedna agrotehnička mjera, dodavanjem visokih doza, u jednoj primjeni moguće je napraviti značajne štete – visoke količine vapna u jednoj dozi imaju toksičan učinak na biljke i mikroorganizme u tlu. Nagla promjena pH nepovoljno utječe i na ostale parametre plodnosti tla.

Volumna gustoća tla

Volumna gustoće tla važna je za pravilnu provedbu kalcizacije (kalcifikacije), a predstavlja masu tla u prirodnom (nenarušenom) stanju. Kreće se u vrijednostima od 1,20 do 1,70 kg/dm³ tla. Vrijednost volumne gustoće tla utvrđuje se posebnom opremom koja omogućava uzimanje uzoraka tla u prirodnom stanju (tzv. valjci po Kopeckom) te utvrđivanje vrijednosti volumne gustoće u laboratoriju. Na osnovi volumne gustoće, određuje se ukupna masa tla do dubine provedbe kalcifikacije (30 cm). Onda se vrši dodatna korekcije potrebnih doza vapnenog materijala. Tako će kod laganih tala, čija izmjerena volumna gustoća iznosi 1,30 kg/dm³ u sloju do 30 cm dubine imati ukupno 3.900.000 kg tla/ha, dok će kod težih tala, čija volumna gustoća iznosi 1,60 kg/dm3 ukupna masa tla do 30 cm biti 4.800.000 kg tla/ha. Stoga je poznavanje volumne gustoće važan parametar za dodatnu korekciju potrebne doze vapnenog materijala za učinkovitu kalcizaciju.

Izbor vapnenih materijala za kalcizaciju tla

Na tržištu postoji veliki broj različitih vapnenih materijala. Postoji nekoliko čimbenika o kojima treba voditi računa kod izbora vapnenog materijala, a to su:

• cijena vapnenog materijala
• neutralizacija vrijednost vapnenog materijala
• oblik vapnenog materijala (prah, sitno drobljeni vapnenac, granula)
• vrijeme primjene vapnenog materijala

Glavni vapneni materijali su vapnenac (kalcij karbonat) koji sadrži 50-55 % CaO. Zatim dolomitno brašno (kalcij i magnezij karbonat) koji sadrži oko 30 % CaO te saturacijski mulj (nusprodukt iz prerade šećerne repe). On sadrži oko 20-22 % CaO. Osim toga mogu se još koristiti gašeno vapno (kalcij hidroksid) koji sadrži 60-70 % Cao. Ostali vapneni materijali se vrlo rijetko koriste za kalcizaciju tla. Vapnenac, gašeno vapno i saturacijski mulj djeluju brzo u korekciji suvišne kiselosti tla, dok je djelovanje dolomitnog brašna sporije.

Oblik vapnenog materijala važan je čimbenik koji je vezan uz vrijeme primjene i kulturu. Za provedbu kalcizacije nakon žetve strnih žitarica (ljeto) kao i meliorativne kalcizacije prilikom pripreme tla za podizanje novih trajnih nasada, mogu se koristiti materijali u obliku praha. Zbog povoljnih uvjeta suhog tla, nema opasnosti od sljepljivanja vapnenog materijala te je primjena jednostavna i brza.

Za kalcizaciju drvenastih kultura (trajnih nasada) kao i kalcizaciju tla u proizvodnji povrća, dobre rezultate u praksi pokazala je primjena granulata. Radi se o materijalima koji se proizvode iz finog mljevenog kalcij karbonata. On se koristi za proizvodnju granula veličine 2-4 mm. Prednosti primjene granuliranih materijala je precizna i brza primjena. Nije potrebno imati poseban priključak za rasipanje vapnenog materijala (rasipaju se standardnim rasipačima za mineralna granulirana gnojiva), nemaju frakciju „nule“ te se ne praše u primjeni, a u tlu se brzo tope i imaju brzi učinak. I dok se kod primjene kalcifikacije na velikim ratarskim površinama još koriste materijali u obliku praha, kod svih ostalih kultura, granulati postaju osnovni izbor brojnih poljoprivrednika.

Dodatna prednost primjene granulata je i moguća primjena kod vlažnih tala (izvan optimalnih rokova primjene) bez opasnosti cementiranja ili sljepljivanja kao kod praškastih materijala.

Primjena drvenog pepela za smanjenje kiselosti tla

Drveni pepeo je materijal alkalne reakcije i djeluje znatno brže u neutralizaciji kiselosti tla od ostalih materijala. Prosječno se primjenjuje u dozi od 1-1,5 kg/10 m² te je vrlo prikladan za smanjenje kiselosti tla na malim (vrtnim) površinama kod malih poljoprivrednih proizvođača. Osim toga, drveni pepeo sadrži i nešto makro i mikro hraniva (1-5 % P₂O₅ i 7-10 % K₂O). Za primjenu na poljoprivrednim tlima preporuča se isključivo primjena pepela od sagorijevanja drva. Pepeo od kamenog ugljena i ostalih materijala nije prikladan za primjenu na poljoprivrednim tlima.

Vrijeme primjene vapnenih materijala

Vrijeme primjene vapnenih materijala ovisit će o načinu poljoprivredne proizvodnje i kulturi koja se uzgaja. Općenito, najbolji uvjeti za primjenu vapnenih materijala su suhi uvjeti, kada je tlo suho i primjena je brza i laka. U slijedećoj tablici prikazani su optimalni termini za primjenu vapnenih materijala, za različite kulture. Kod provedbe kalcijizacije ne smiju se istovremeno dodavati gnojiva koja sadrže amonijski dušik, jer će uslijediti procesi formiranja amonijaka u tlu (plin) i gubici dušika hlapljenjem amonijaka iz tla. Isto tako, ne smiju se primijeniti niti fosforna gnojiva (superfosfati, MAP) zbog reakcije vapnenog materijala s fosforom i tvorbom netopivih kalcij fosfata. S druge strane, primjena vapnenih materijala može se kombinirati s primjenom krutih organskih gnojiva (zreli stajski gnoj, peletirani stajski gnoj, kompost i slično).

Tablica 8. Optimalno vrijeme primjene vapnenih materijala za različite poljoprivredne kulture