Humusul din sol este constituentul organic esențial și complex al solului, specific al acestui mediu, cu funcții esențiale în solificare și diversificarea solurilor, component specific solului, nereproductibil în alte medii ecologice, format prin procese fizice, chimice și biologice, preponderent microbiologic din care rezultă o compoziție complexă, stabilitate dar și dinamică productivă, pe fondul căreia se așează beneficiile și rezultatele în primul rând ale producției vegetale dar și ale altor activități desfășurate pe sol.
Compoziția chimică. Substanțele organice humificate sunt un amestec heterogen de natură coloidală format printr-un complex proces de durată, mai ales microbiologic, de sinteză organică ce are loc concomitent cu cel de descompunere al substanțelor nehumificate.
Humificarea realizează trecerea unor substanțe organice sărace în N la altele humificate, cu conținut ridicat de carbon (C) dar și de azot (N) cu o matrice de bază (cu nuclee aromatice) pe care se grefează funcțiile chimice esențiale (-COOH; amino, amido, alcooli alifatici etc.). Solubilizarea acestui complex arată compoziția grupelor formate din acizi huminici, fulvici și humine. Formula structurală și elementară a humusului se exprimă astfel:
Tabelul 1
Formula elementară a humusului
Proporția elementelor |  |
Rapoartele gravimetrice elementare |  |
Ponderi procentuale ale elementelor |  |
Elementele menționate, organogene ale humusului, se află în anumite stări de oxidare și combinare.
Funcțiile humusului. În știința solului și agrochimie humusul se definește componenta organică esențială din sol, elaborată și finită prin sinteză și polimerizare specifice, prin transformări microbiologice ale resturilor vegetale (de la culturi sau aport organic fertilizant) care se exprimă analitic - cantitativ, ca indicator de bază al solului, prin conținutul de C-organic majorat de 1,724 ori (raport mediu dintre masa humusului și conținutul mediu de C-organic al acestuia = 100:58%). Sinteza și acumularea humusului în context specific al fenomenului bioacumulării, funcțiile sale, sunt determinante în solificare, în diferențierea orizonturilor genetice, ale tipurilor de sol și determină acestora însușiri determinante ale fertilității, fundamentează productivitatea acestora:
cantitativ și calitativ, alături de mineralele argiloase, este component coloidal al complexului adsorbtiv argilo-humic, cu implicare decisivă în mărimea și structura capacității de schimb ionic al acestuia, cu funcții de reținere/adsorbție dar și desorbție/solubilizare ionică, moleculară;
implicat decisiv în formarea complexului adsorbtiv prin structuri organo-minerale (humus + argile) în care se includ peste 50% din substanțele organice din sol, humusul devine agent stabilizator și de structurare a solului, cu specificitate pentru fiecare clasă și tip se sol;
caracterul amfoter al humusului (disponibilitate de reacție cu bazele dar și cu acizii), sărurile acizilor humici formate determină caracterul tampon al complexului adsorbtiv, cu menținerea pe termen lung, durabil a capacității de tamponare cu efecte de stabilitate și durabilitate pentru sistemele de agricultură și tehnologii;
humusul deține în compoziția sa peste 90% din N-total al solului, fosfor 30-70%, sulf până la 70%, datorită acestora și sărurilor acizilor humici din soluția solului (cu cationii liberi, humați, fulvați) constituie o sursă esențială, permanentă, complexă de elemente nutritive care prin mineralizare ajung la dispoziția plantelor;
prin sinteza humusului (humificare) se produc și alte substanțe (acizi organici, enzime) care formează cu ionii metalici (Fe, Mn, Cu, Zn ș.a.) chelați din sol, complecși stabili, care prin disponibilitate și eliberare progresivă, întregește humusului rolul de rezervor permanent, nutritiv pentru nutriția plantelor;
humusul constituie o sursă esențială de hrană și energie pentru microorganismele din sol. Cantitatea și calitatea humusului influențează deci componentele biologice ale fertilității solului, asigură acestuia biodiversitate;
este implicat în starea fizică a solului, reglează structurarea și concomitent regimul aerohidric și termic al solului, implicit starea de disponibilitate a elementelor. Humusul prin însușirile și funcțiile complexe, multiple are rol primordial la nivelul fertilității solului, al stabilității sau creșterii acesteia, asigură proiectarea și realizarea sistemelor de agricultură cu caracter durabil.
Humusul și fertilitatea solului. Acest component de bază al solului, prin compoziție, funcții și roluri stă la baza fertilității solurilor și în consecință poate constitui un factor determinant al producțiilor vegetale ridicate de calitate și stabile (Tabelul 2).
În țara noastră situația agrochimică actuală (după ICPA și OSPA județene) arată o mare diversitate a stărilor de aprovizionare cu humus și elemente nutritive care astfel mențin în actualitate optimizarea agrochimică a sistemului sol-plantă și necesitatea măsurilor de fertilizare diferențiată și integrată (Tabelul 3).
Tabelul 2
Efectele materiei organice asupra fertilității solurilor
(după WILD, 1993; BORLAN, HERA și colab., 1994; RUSU, 2020)
Tabelul 3
Factorii agrochimici limitativi ai solurilor din România
(14,371 ha agricol; 9,358 mil. ha arabil)
(după ICPA, 2011)
Suprafețele ridicate cu conținut redus de humus (50% din agricol și 80% din arabil) alături de epuizarea substanțelor fertilizante solubile, evident mai recent și pe fondul efectelor „încălzirii globale” (secetă pedologică și atmosferică, creșterea temperaturii medii anuale) conduc la vulnerabilitate sporită a mediului de creștere a plantelor, la incertitudini și riscuri în realizarea randamentelor programate ale producțiilor vegetale. Aici, humusul, în conformitate cu funcțiile sale poate deveni un esențial agent și factor de diminuare complexă a acestor incertitudini ale producției agricole.
Modelarea conținutului humic al solului. În modificările evolutive ale conținutului de humus din stratul arat al solurilor datorate proceselor de humificare-mineralizare se propun prin diverse tehnologii ca rezultanta efectelor celor două procese esențiale (menționate) să conducă prin modificări treptate, în timp, la valori și conținuturi evolutive ale humusului spre „nivele de echilibru” și altfel spus să se realizeze o compensare reciprocă a mineralizării cu sinteza substanțelor humice (din humificare).
În procesul mineralizării humusului anual se descompun 600-1000 kg humus/ha deci 0,2-2,5% din rezerva totală de humus. Dacă humusul conține 5% N rezultă că anual prin acest proces se adaugă în sol 50-60 kg N/ha, în forme minerale accesibile plantelor (și alte elemente macro- și microelemente, deținute de substanțele humice).
Procesul mineralizării (proces de pierdere de humus din sistem dar câștig nutritiv pentru plante), în concept agronomic și agrochimic sănătos, trebuie compensat prin aport de resurse organice humificabile (resturi organice de la culturi, îngrășăminte verzi, îngrășăminte organice animaliere) altfel componenta organică humificată a solului poate intra într-un declin cu efecte negative asupra bilanțului humic și implicit în productivitatea solului.
Prin echilibrul humificare/mineralizare se asigură optimizarea sistemului sol-plantă prin conținutul de humus în evoluție și se poate urmări și controla (după diferiți autori) prin relația:
în care:
A0 - aportul anual de materie organică, t s.u./ha;
H0 - rezerva de humus din sol, t/ha;
Km - coeficientul de mineralizare (0,3-0,7 la materia organică proaspătă și 0,01-0,02 pentru humusul stabil)
În evaluarea și exprimarea echilibrului humic din soluri se consideră că humusul este indicator specific pentru clasele și tipurile de sol, rezervele sunt limitate și pot fi diminuate cantitativ atunci când rata de mineralizare nu se compensează prin aport efectiv de resurse organice. Rata de mineralizare poate fi influențată de viteza mineralizării dependentă de însușirile intrinseci dar și exterioare solului dar și de tehnologiile agricole aplicate.
Măsuri de modelare a conținutului de humus din soluri. Actualitatea măsurilor de control și întreținere favorabilă a conținutului de humus din soluri este dată mai ales de următoarele constatări analitice și productive:
- în primul rând, substanțele humice, în conformitate cu însușirile lor termodinamice, sunt supuse degradării oxidative (până la compuși stabili) iar energia eliberată cu produșii intermediari sunt utilizați în metabolismul microorganismelor. Aceste fenomene trebuie constatate și măsurate analitic dar fiind cu specific de degradare (prin mineralizarea humusului), pierderile respective trebuie compensate cu aport de substanțe organice formate prin fotosinteză (resturi vegetale de la culturi, îngrășăminte organice). În caz contrar, conținutul de humus din sol se reduce cu efecte negative asupra însușirilor fizice, chimice, biologice și productivității solurilor;
- cercetările realizate multianual referitoare la bilanțul humic pe soluri diferite și în contextul implementării unor măsuri multiple constată, fără rezerve, că o reducere naturală (în timp) a conținutului de humus, cauzată de degradarea oxidativă (mineralizare) aduce regula potrivit căreia toate măsurile agrochimice (fertilizare minerală, amendare) și agrotehnice (lucrările solului, inclusiv de întreținere), fără aport organic de compensare, accentuează și potențează fenomenul de reducere a conținutului de humus din soluri;
- compensarea completă a degradării prin aport de sinteză organică (humificare) con duce la stabilizarea conținutului de humus la valori de echilibru și chiar o sporire a acestuia în bilanțul humic dacă aportul organic depășește rata de mineralizare (Tabelul 4).
Tabelul 4
Aprecierea solului după aprovizionarea cu humus
(ICPA, 1981, 1987)
Conținut de humus % | Humus t/ha | Clasa de aprovizionare cu humus |
|---|---|---|
< 2 | < 60 | Slabă |
2-4 | 60-120 | Medie |
4-6 | 120-200 | Bună |
> 6 | > 200 | Foarte bună |
Obiectivele măsurilor modelării humusului vizează căi și măsuri de restituire a C și N-organic din soluri pentru compensarea reducerii conținutului de humus:
- restituirea pierderilor de C-organic și humus pentru echilibrarea proceselor de humificare/mineralizare;
- vizează intervențiile cu fertilizanți organici - direct sau în structură organo-minerală, cu aport esențial de C-organic determinant al conținutului de humus în legătură cu raportul C/N al fertilizantului;
- concomitent aportului organic se realizează inputuri energetice și nutritive în funcție de sistemele de agricultură;
- măsurile aplicate, raportate la timp mai îndelungat, pot fi inițial puțin perceptibile, mai discrete, dar este posibil ca în legătură cu tipul de sol și tehnologie, evoluția ascendentă a conținutului de humus să conducă la un „nivel de echilibru” a acestuia
1. Măsura optimizării agrochimice a sistemului sol-plantă este specifică tehnologiilor sistemelor convenționale de agricultură, cu includerea ca parte componentă „optimizarea conținutului de humus” prin fertilizări organice și organo-minerale.
Aici se includ tehnologiile fertilizării organice și organo-minerale care promovează menținerea echilibrului humic prin fertilizările menționate cu aport de biomasă (în/și pe sol), cu returnarea cantități de humus „pierdută” prin mineralizare. Dacă se respectă cantitativ sortimentele de fertilizanți organici și minerali optimizarea bilanțului humic asigură implicit evoluția favorabilă (crescătoare) a conținutului de humus și N-organic.
Culturi prioritare și tehnologii pretabile fertilizării organo-minerale și organice: - culturi de legume în spații protejate, culturi de flori și plante ornamentale în spații protejate (sere, solarii), legume cultivate în câmp;
- pepinierele pomicole, scoli de viță;
- înființarea de plantații pomicole și viticole (desfundare, plantare);
- plantații pomicole și viticole (tehnologie de fertilizare organică periodică); - plante medicinale și aromatice multianuale;
- culturi anuale prășitoare: cartof, porumb, sfeclă de zahăr, floarea soarelui (culturile de cereale păioase și leguminoase pentru boabe utilizează efectul remanent al fertilizării organice - anii 2-3 de la aplicare).
Sortimente de fertilizanți organici pretabili (Tabelele 5, 6, 7). Se cuprind fertilizanții organici de la mai multe specii de animale, resturile vegetale de la culturi, îngrășămintele verzi, composturi iar pentru spațiile protejate și turbă.
Tabelul 5
Conținutul de substanță uscată și elemente nutritive din dejecțiile animale (după diferiți autori)
Tabelul 6
Compoziția elementară a resturilor vegetale*)
(după diferiți autori)
*)Resturile vegetale cu raport C/N > 25 necesită obligatoriu o reglare a acestuia prin aport mineral (6-8 kg N s.a. și chiar 2-4 kg P2O5 s.a. la tona de îngrășământ celulozic (la alegere din 150 litri UAN; 150 kg CAN; 150 kg AN; 120 kg uree sau 150 kg NP 27-13,5-0 la 1 ha), măsură ce grăbește descompunerea materialului vegetal și pre supune formarea unui humus de calitate)
Tabelul 7
Influența după 20 de ani a resturilor vegetale asupra acumulării humusului din sol (la ICCPT Fundulea)
2. Măsuri fertilizante în sisteme agricole conservative.
Redresarea și sporirea conți nutului de humus în aceste alternative are ca obiective:
- Sistemul Agriculturii Conservative reunește abordări de conservare a solului care diminuează scăderea conținutului de materie organică, reduce și se opune eroziunii (pierderii orizontului de humus), generalizează sistemele de lucrare minimă a solului;
- se vizează optimizarea utilizării resurselor prin folosirea rațională a îngrășămintelor, promovarea utilizării resturilor vegetale, a asolamentelor cu plante ameliorative în rotații ce măresc sechestrarea în sol a C-organic, reducerea emisiilor de CO2 în atmosferă, măsuri care implicit îmbunătățesc calitatea mediului;
- aplică un management special al resturilor vegetale de la culturi ce lasă miriște (cereale păioase, rapiță) dar și de la culturi prășitoare de primăvară (porumb, floarea soarelui, sfeclă de zahăr) toate acestea asigurând o acoperire permanentă (cel puțin 30%) a suprafeței solului (cu resturi vegetale sau/și culturi succesive);
- fertilizanții în acest sistem conservativ au specificitatea aplicării localizate, fertilizanții minerali urmăresc rândul (stânga-dreapta sau sub sămânță), deci localizat și eșalonat pentru coeficienți de utilizare ai s.a. cât mai ridicați. Fertilizarea solidă granulată la sol se completează cu cea lichidă (la plante sau foliar);
- managementul resturilor vegetale include păstrarea și acumularea lor la suprafață ca aport dar completat cu reziduurile radiculare ce conduc la beneficiile aportului de C-organic în stabilizarea conținutului de humus cu alte efecte benefice (regim aerohidric normal, poten țarea activității biologice din sol, reducerea eroziunii);
- sistemul conservativ susține modelarea C-organic și humusului din sol prin aport efectiv (în și pe sol) de carbon , „sechestrarea” prioritară a acestuia în sol și potențare a humificării („redresarea C-organic și humusului prin fotosinteză”).
3. Măsuri de modelare a humusului în agricultura biologică.
În acest sistem ecologic sunt promovate cu extindere limitată două variante - biologică/organică și biodinamică, cu unele diferențe notabile ca teorie și practică:
Agricultura biologică/organică susține și aplică resurse neconvenționale, de reciclare, asolamente cu plante valoroase (leguminoase și ierburi perene), iar ca fertilizanți numai cele cu aport organic. Aplicarea acestora se referă la fertilizanți organici animalieri, în nivele mai ridicate de fermentare, resturi vegetale și composturi complexe - controlate fizic, chimic, biologic și sanitar, iar ca fertilizanți foliari se acceptă produse bazate pe extracte vegetale (din plante, acizi humici, alge etc.).
Se acceptă limitat sortimentele fertilizante minerale de proveniență naturală - roci și sedimente - dolomit, săruri naturale potasice, Kieserit (K2SO4 natural), roci fosfatice fără radioactivitate etc.
Modul real de efect pozitiv asupra conținutului de C-organic și humus din soluri este datorat resurselor vegetale naturale atrase și introduse concomitent cu fertilizanții organici. Resursele foliare pretabile, pe fondul celor aplicate la sol, potențează fotosinteza, producția și calitatea de biomasă și implicit sechestrarea C-organic în soluri, pozitiv pentru bilanțul humic.
Agricultura biodinamică exclude îngrășămintele și pesticidele de sinteză și cultivarea plantelor modificate genetic. Acest sistem este un alt tip de agricultură ecologică care susține ciclurile nutritive naturale din sol și sistemul sol-plantă. Acceptă îngrășămintele bine fermentate (organice), preparate minerale, extracte din plante, cu aplicare pe/și în sol, în composturi bine maturate dar și pe plante. În acest sistem pe lângă utilizarea preponderentă a gunoiului de grajd și composturilor bine fermentate se utilizează și asolamente cu plante valoroase (leguminoase anuale și perene), cenuși vegetale (de plante, resturi vegetale, alge etc.). Aportul organic al acestor intervenții controlează favorabil îmbunătățirea conținutului de humus și un bilanț humic pozitiv în soluri.
4. Eficiența măsurilor de modelare a humusului în contextul sistemelor de agricultură:
4.1. În sistemele convenționale: efectele pozitive în conținutul și bilanțul humic se datorează unui echilibru humificare/mineralizare, cu rate și viteze de realizare controlate de acest echilibru.
În privința efectului notabil (în timp) asupra acumulării cantitative de humus variantele aplicate au următorul sens descrescător: Gunoi + NPK > Gunoi > NPK, în care la presiunea formată de fertilizare se controlează un echilibru humificare-mineralizare, în cea cu aplicare organică exclusivă sunt temporizate vitezele și ratele proceselor respective iar în ultima modificările sunt mai discrete, chiar greu de perceput și se evidențiază ca urmare a cantității de resturi vegetale din sol și rămase pe sol. Ultima variantă (minerală) poate fi mai productivă aici dacă se încorporează, măcar periodic, resturile vegetale îmbunătățite mineral (N sau NP).
Producțiile obținute în aceste variante experimentale (porumb) arată o altă ordine descrescătoare: Gunoi + NPK > NPK > Gunoi, ceea ce arată net aportul efectiv și complex nutritiv al fertilizării organo-minerale justificat ca randamente humice în sol dar și productive.
4.2. În sistemele conservative: efectele pozitive ale managementului resturilor vegetale, disturbanța mecanică minimă, asolamentele raționale sporesc nivelul de C-organic sechestrat în sol și conferă stabilitate inițial dar și modificare pozitivă a conținutului de humus. În sporirea productivă a humusului și a culturilor agricole, semănate și fertilizate concomitent (pe rând, în benzi, biloane etc.), efectul resturilor vegetale și a fertilizării localizate măresc bilanțul humic prin cantități de biomasă la suprafață și în sol. Productivitatea sistemului se poate menține ridicată mai cu seamă că în acest mediu se îmbunătățesc însușirile fizice, chimice și biologice ale solului, biodiversitatea crește, se diminuează efectul unor factori agresivi, de stres (deficitul de apă, poluarea, eroziunea).
4.3. În sistemele ecologice-biologice. Bilanțul humic se conduce aici rațional mai ales în intervențiile cu sortimente fertilizante organice, de regulă în stare fermentativă mai ridicată, a composturilor de calitate, a extractelor vegetale. Acest mediu cu protecție exclusivistă față de substanțele de sinteză chimică, conduc ciclurile nutritive și schimbările nutritive mai aproape de cele naturale în care sinteza humusului este un factor esențial de echilibru și stabilitate.
Toate variantele de fertilizare organo-minerală dar și alte tehnologii - tehnici conservative, cu un management al resturilor vegetale, asolamente și culturi succesive, cu plante valoroase, pot influența bilanțul humic al solului cu efecte multiple asupra calității și protecției mediului. În final, îmbunătățirea regimului humic susține productivitatea solului, însușirilor ce îmbunătățesc managementul solului, menținerea fertilității prin reglarea și economia sub stanțelor nutritive din sol sau aplicate acestuia.
Salvează articolul PDF pentru mai târziu: