Pupiniai augalai padeda gerinti dirvožemio derlingumą, nes ne tik praturtina jį simbiozinio azoto, bet didina organinės anglies atsargas, mikrobiologinį aktyvumą, pagerina dirvožemio struktūrą. Kaip efektyviau panaudoti augalų simbiozinį azotą?

Vienmečiai pupiniai augalai dažniausiai auginami grūdams arba kaip žalioji žiemkenčių trąša. Pupinių augalų (ypač lubinų ir jų mišinių) žaliosios masės panaudojimas dirvožemio derlingumui didinti buvo plačiai naudojamas lengvose dirvose. Tai leido praturtinti dirvožemį azoto, organinių medžiagų, sumažinti laukų piktžolėtumą. Dabar kartais tokie pasėliai gali turėti dvigubą paskirtį – žalioji masė panaudojama pašarui, o ražienos arba atolas apariami kaip žalioji trąša.

Nesvarbu, kokia pupinių augalų auginimo paskirtis, svarbu efektyviai panaudoti azoto fiksacijos metu augaluose sukauptą atmosferos azotą, kurį asimiliuoja mikroorganizmai. Mokslinėje literatūroje dažnai minima, kad, nelygu rūšis, pupiniai augalai sukaupia nuo 70 iki 300 kg/ha ir daugiau simbiozinio azoto. Tačiau dalis biomasėje sukaupto azoto pašalinama iš lauko su augalų derliumi ir atgal į dirvožemį grįžta tik tam tikras simbiozinio azoto kiekis.

Pupinių augalų nauda dirvožemio derlingumui žinoma nuo seno, o jų plotų kaita Lietuvoje per paskutiniuosius 30 metų priklausė iš esmės nuo ekonominių veiksnių – pupinių augalų grūdų supirkimo sąlygų.

Lietuvos klimato sąlygomis iš labiau auginamų lengvos granuliometrinės sudėties dirvožemiuose pupinių augalų − žirnių, pupų ir lubinų – beveik vienodą suminio azoto kiekį visame augale sukaupia lubinai (170 kg/ha) ir pupos (163 kg/ ha). Žirnių biomasėje, dėl mažesnės azoto koncentracijos ląstelėse, sukaupiama vidutiniškai 73 kg/ha suminio azoto.

Kiek azoto išnešama su derliumi ir kiek grįžta į žemę

Tam tikra dalis augaluose sukaupto azoto su grūdų derliumi pašalinama iš lauko: daugiausia su pupomis – vidutiniškai 118 kg/ha, mažiau su lubinais – 65, ir mažiausiai – su žirniais 38 kg/ha.

Augalų skirtumus lemia grūdų derliaus dydis ir azoto koncentracija grūduose. Tačiau azoto koncentracija ir atskirose augalo dalyse (grūduose, stiebuose, šaknyse) sukaupiamas kiekis yra nevienodi, todėl santykinai mažiau azoto pašalinama iš lauko su lubinų grūdais – 38 proc. nuo bendro sukaupto augalų biomasėje azoto kiekio, 53 proc. sukaupto azoto akumuliuoja žirnių grūdai ir daugiausia azoto pašalinama su pupų grūdais – 72,5 procento.

Todėl po pupinių derliaus nuėmimo su kūlenomis ir šaknimis į dirvožemį grįžta nevienodas kiekis azoto. Daugiau azoto į dirvožemį grįžta su lubinų likučiais (apie 106 kg/ha), mažiau – su pupų (45) ir žirnių (35 kg/ha).

Kai pupiniai augalai auginami žaliajai trąšai, visas akumuliuotas biomasėje azotas grįžta į dirvožemį. Esant tokiam pasėlių naudojimui, daugiau azoto sukaupiama lubinų žaliojoje biomasėje (94 kg/ ha), kiek mažiau žirnių (78) ir mažiausiai pupų (53 kg/ha).

Reikia pažymėti, kad su pupų ir lubinų žaliąja biomase į dirvožemį įterpiamas panašus kiekis azoto, kaip ir su jų kūlenomis ir šaknimis, auginant šiuos augalus grūdams. Tik su žirnių žaliąja biomase įterpiama beveik dvigubai daugiau azoto, negu su žirnių kūlenomis ir šaknimis.

Azoto atpalaidavimo dinamika

Yrant pupinių augalų likučiams, atsipalaiduoja azotas, kurį mitybai panaudoja auginami po jų kiti augalai. Azoto atpalaidavimo dinamika iš žaliosios biomasės ir pupinių kūlenų labai skiriasi. Žaliosios biomasės irimas dėl didelio azotingumo ir mažo azoto ir anglies santykio vyksta labai greitai. Todėl po žaliosios trąšos dažniausiai auginami žiemkenčiai, kurie gali jau rudenį pasisavinti mineralizuotą žaliosios trąšos azotą. Auginant pupinius grūdams, kūlenos apariamos rudenį, kai oro temperatūra būna neaukšta, mikrobiologiniai procesai ir likučių irimas sulėtėja, todėl ir azoto atsipalaidavimas iš biomasės vyksta lėtai.

Lengvuose dirvožemiuose pupinių augalų žaliosios biomasės azotas padidina žieminių rugių grūdų derlių vidutiniškai 2,2–21,3 proc., pupinių augalų kūlenos – 2,9–29,9 procento.

Kuo daugiau azoto lieka dirvožemyje po pupinių augalų, tuo didesnis poveikis būna augalų derliui kitais metais. Lubinų biomasėje akumuliuojamas didesnis kiekis azoto, palyginti su žirniais ir pupomis, todėl jie labiausiai padidina auginamų po jų javų derlių. Įdomu tai, kad žaliosios trąšos ir kūlenų poveikis auginamų po jų javų derliaus priedui yra panašus, nors azoto atpalaidavimas iš įterptos žaliosios biomasės ir kūlenų vyksta skirtingai.

Kaip buvo minėta anksčiau, su pupinių augalų kūlenomis į dirvožemį grįžta vidutiniškai 30–105 kg/ha ir daugiau azoto organinių junginių pavidalu. Yrant augalų biomasei, atsipalaiduoja mineraliniai azoto junginiai, kurie, dirvožemyje esant drėgmės pertekliui, gali būti išplaunami iš viršutinio sluoksnio, kaip ir mineralinių trąšų azotas.

Mokslininkų nuomonės sutampa, kad žaliosios biomasės (dobilų, svidrių ar kitų augalų) įterpimas rudenį arba pavasarį gerokai padidina nitratų išplovimą, tačiau, koks pupinių augalų kūlenų poveikis azoto migracijai, mokslininkai dar diskutuoja.

Teigiama, kad, auginant pupinius grūdams, fiksuotas atmosferos azotas pašalinamas su didelio baltymingumo augalų produkcija, todėl jų poveikis azoto išplovimui nėra ženklus. Pupinių augalų žaliosios masės poveikio azoto išplovimui bendrieji dėsningumai aiškūs, bet konkretūs azoto išplovimo mastai įvairiose klimato zonose labai įvairuoja, nes nitratų susidarymas – tai mikrobiologinis procesas, kurį lemia daug biotinių ir abiotinių veiksnių, o pagrindiniai – drėgmės kiekis ir temperatūros režimas.

Kokią įtaką daro orai

Organinės medžiagos irimas intensyviai vyksta, kai yra teigiama dirvožemio temperatūra ir pakankamas drėgmės kiekis. Temperatūrai krentant iki 0 ^oC ir žemiau, arba kai dirvožemis būna labai sausas, mikroorganizmų veikla sulėtėja, nitratų susidaro mažai. Todėl Lietuvoje labiau palankios sąlygos nitratų išplovimui susidaro rudenį, kai dirvožemio temperatūra dar būna palanki organinei medžiagai irti, o kritulių kiekis sudaro perteklinį drėgmės režimą.

Vasarą kritulių infiltracija dažniausiai nevyksta, nes dalį drėgmės augalai sunaudoja transpiracijai, daug išgaruoja nuo dirvožemio paviršiaus. Tik tais atvejais, kai liepą ir rugpjūtį per kelias dienas iškrenta gausūs krituliai, dirvožemyje susidaro drėgmės perteklius, atsinaujina infiltracija ir, atitinkamai, azoto išplovimas.

Rudens ir žiemos laikotarpiu kritulių infiltracija padidėja dėl to, kad sumažėja drėgmės garavimas, laukai lieka be augalų, o augantys drėgmės panaudoja labai nedaug. Tačiau dėl klimato kaitos pastaraisiais metais Lietuvoje kritulių pasiskirstymas ir jų kiekis esmingai nukrypsta nuo standartinės klimato normos. Dažnėja ir ilgėja sausringi periodai, o vasarą dažniau iškrenta liūtinių kritulių, kurie sukelia nitratų išplovimą.

Lietuvoje pupiniai augalai ar jų mišiniai žaliajai trąšai apariami liepos pabaigoje– rugpjūčio pirmą ir antrą dešimtadienį. Šiuo laikotarpiu orai būna šilti ir dažniausiai lietingi – kaip tik tokie yra palankūs organinei medžiagai mineralizuotis. Įterpus azotingą žaliąją biomasę, ji pradeda intensyviai irti ir susidarę nitratai, esant kritulių pertekliui, išsiplauna iš ariamojo sluoksnio. Tai dažniausiai atsitinka spalį.

Kas lemia nitratų koncentraciją

Nitratų koncentracija priklauso nuo organinės medžiagos irimo sąlygų ir gali labai skirtis. Bet, palyginti su miežių žaliosios masės įterpimu, pupinių biomasė rudens laikotarpiu padidina nitratų koncentraciją dvigubai ir daugiau. Pavyzdžiui, drėgnais 2016 m. nitratų koncentracija infiltraciniame vandenyje po pupinių augalų žaliosios masės įterpimo spalio–lapkričio mėn. padidėjo iki 140–200 mg NO₃/L (po miežių buvo 75–86 mg NO₃/L), o sausringais 2018 m. buvo tik 2–7 mg NO₃/L (po miežių − apie 1 mg NO₃/L).

Žaliosios masės intensyvioji irimo stadija dirvožemyje tęsiasi neilgai, apie 2–3 mėn., ir mažėjant oro temperatūrai sulėtėja. Atitinkamai mažėja nitratų koncentracija dirvožemyje ir jų išplovimas. Įterpta žalioji masė yra apie 12 mėn., bet, praėjus 4–5 mėn. po įterpimo, jos poveikis nitratų koncentracijai jau nebūna žymus.

 Apskaičiuota, kad po pupinių žaliosios masės aparimo, esant sausringoms sąlygoms, poveikio metais išsiplauna vidutiniškai 4,5–6,5 proc. įterpto su biomase simbiozinio azoto, o drėgnomis sąlygomis – nuo 31 (įterpus žirnių žaliąją biomasę) iki 76,8 proc. (įterpus pupų biomasę), ir tai gali daryti neigiamą poveikį vandenų kokybei.

Bendras išplauto azoto kiekis po pupinių žaliosios masės įterpimo labai priklauso nuo kritulių kiekio. Drėgnais metais (2016 m.) azoto išplovimo nuostoliai sudarė 48–56 kg/ha (po miežių – 25 kg/ ha), sausais 2018 m. – tik 3–5 kg/ ha (po miežių – 1,7 kg/ha). Palyginus miežių ir pupinių augalų žaliosios masės poveikį azoto išplovimui matyti, kad azoto nuostoliai padidėja dvigubai ir net daugiau.

Kodėl geriau pupinius auginti grūdams

Kitokia nitratų išplovimo dinamika stebima auginant pupinius grūdams. Jų stiebų ir šaknų liekanos įterpiamos į dirvožemį rudens pradžioje, kai dirvožemis dažniausiai būna drėgnas, bet oro temperatūra pamažu mažėja iki neigiamos, atitinkamai ir organinė medžiaga yra ne taip intensyviai.

Be to, subrendusių pupinių augalų liekanos, nors ir azotingos, bet turi daug lignino ir ląstelienos, kurie yra labai lėtai. Tai lemia lėtesnį liekanų irimą ir, atitinkamai, mažesnį nitratų išplovimą, palyginti su pupinių žaliąja mase, nors azoto atžvilgiu abiem atvejais į dirvožemį su augalų biomase įterpiamas panašus azoto kiekis.

Grūdams auginamų pupinių augalų liekanų irimo poveikį nitratų koncentracijos padidėjimui infiltraciniame vandenyje galima pastebėti pavasarį, bet jis nežymus. O vėliau (balandžio mėnesį) sėjami augalai panaudoja mineralizuotą azotą savo mitybai ir nitratų išplovimas gerokai sumažėja.

Įvertinus hidroterminio režimo ypatumus Pietryčių Lietuvoje (intensyvi atmosferinių kritulių infiltracija rudens– žiemos laikotarpiu, dažni atodrėkiai žiemą), galima teigti, kad pupinių augalų ir jų mišinių panaudojimas žaliajai trąšai žiemkenčiams ekologiniu atžvilgiu yra nesaugus ir drėgnais metais gerokai padidina nitratų išplovimą. Atsižvelgiant į nitratų išplovimo riziką po pupinių žaliosios biomasės įterpimo, Lietuvos klimato sąlygomis galima rekomenduoti didinti grūdams auginamų pupinių augalų plotus.

Norint padidinti organinės anglies ir azoto atsargas dirvožemyje, antroje vasaros pusėje žaliajai trąšai geriau auginti nepupinius greitai augančius augalus – ridikus, garstyčias, grikius, varpines žoles ir pan., kurie rudens laikotarpiu gali pasisavinti iš dirvožemio daug mineralinio azoto, sujungti jį organiniuose junginiuose, ir dėl to azoto išplovimas pastebimai sumažėja.

Skirtingas azoto ir anglies santykis biomasėje, skirtingas hidroterminis režimas biomasei yrant lemia mažesnį nitratų išplovimą iš pupinių augalų kūlenų, palyginti su pupinių augalų panaudojimu žaliajai trąšai. Kitaip tariant, auginant pupinius augalus grūdams su jų liekanomis į dirvožemį grįžta panašus azoto kiekis, kaip ir naudojant pupinius augalus žaliajai trąšai, tačiau azoto išplovimo nuostoliai kur kas didesni po žaliosios trąšos įterpimo.