FORMAREA I ALCTUIREA PRII ORGANICE A SOLURILOR

Formarea i alctuirea prii organice a solurilorConf.dr. Mircea MIHALACHEFormarea humusului

esuturile plantelor verzi conin o cantitate de ap cuprins ntre 60 i 90% din greutatea total. Analizele efectuate n cazul resturilor vegetale, au demonstrat c un procent de 90-95% din greutatea materiei organice este constituit din carbon, oxigen i hidrogen.

n timpul fotosintezei plantele obin aceste elemente din dioxidul de carbon i ap, iar cenua i fumul rezultate n timpul arderii sunt de 5-10 % din materialul uscat. n cenua rezultat pot fi gsite multe elemente nutritive luate de plante din sol cu toate c acestea sunt n cantiti mici, joac un rol vital n nutriia plantelor i animalelor. Compoziia chimic a plantelor verzi cuprinde urmtoarele elemente.

Compoziia chimic a plantelor verzi

Materia organic aflat n diverse stadii de transformare sub aciunea microorganismelor este alctuit din dou grupe principale de componeni:

1. Componeni de natur specific (substane humice) formate prin procese de descompunere sintez polimerizare care sunt caracteristice humificrii. n solurile bogate n materie organic, bine aerate din zonele de step i silvostep cu activitate biologic bun aceti componeni reprezint 80-90% din masa humusului, iar n solurilor forestiere cu litier au un procent mult mai sczut.

2. Componeni de natur nespecific (nehumici) care constau din resturi organice care pstreaz structura esutului i o parte din acestea sunt eliberate prin procese de descompunere n:

diferite substane organice ca: lignine, celuloz, hemiceluloze, substane pectice, proteine, etc;

produi intermediari de descompunere: monozaharide provenind din hidraii de carbon, aminoacizi din proteine, ali compui organici cu caracter acid, fenoli provenind din lignine; grsimi, ceruri etc.Compoziia chimic este foarte diferit n funcie de proveniena resturilor vegetale, ierburile perene fiind mult mai bogate n proteine i hemiceluloz dect resturile vegetale provenite de la vegetaia forestier.Compoziia chimic pe grupe de substane organice a unor specii vegetale

Formaia vegetalProteineCelulozHemicelulozLigninCeruri, rini, grsimi

Ierburi perene

rdcini10 1520 2525 - 4010 - 1510 - 12

frunze12 201510 - 205-

Graminee

rdcini5 1025 3025 - 4010 - 155 - 12

Specii de foioase

frunze4 1015 2510 - 2010-

lemn140 5020 - 3010 - 253 - 5

Specii de rinoase

cetin5 72015 - 201520 - 25

lemn145 5015 - 2525 - 30-

Muchi5 1015 2520 - 35--

Licheni3 55 1060 - 808 - 10-

Alge10 155 1050 - 60--

Bacterii40 70----

Modul de aprovizionare a solurilor cu resturi vegetale este diferit n funcie de tipul de biocenoz natural sau cultivat, deoarece n pajiti, pduri i culturi agricole solurile primesc anual la suprafa i n interiorul lor cantiti diferite de resturi organice moarte, vegetale i microorganisme.

n cazul solurilor de sub pdure predomin acumularea de resturi vegetale la suprafaa solului constituit din frunze, ace moarte, ramuri, fragmente de scoar, conuri, resturi organice moarte care formeaz o ptur continu numit litier. Aceasta este specific solurilor din zona forestier i prin funciile ei contribuie n mare msur la anumite particulariti ale acestor soluri. Grosimea stratului de litier variaz n funcie de cantitatea de resturi vegetale czute anual la suprafaa solului precum i de tipul vegetaiei forestiere avnd grosimi cuprinse ntre 1-3 cm n zona pdurilor de conifere i 3-6 cm n pdurile de foioase. n pduri pe lng litier solul primete materie organic i din rdcinile arborilor, a rizomilor, bulbilor care contribuie la formarea humusului la solurile din zona de pdure.

Cantitatea biomasei existente i productivitatea productorilor

primari n ecosistemele terestre

Tipul de ecosistemBiomasa existent

kg/haProductivitatea

kg/ha.an

Tundr200 - 35 00040 - 3 500

Pustiu1.000 - 4.500200 - 1 500

Pajiti20.000 - 40.0003.000 - 46 000

Pduri temperate cu frunze cztoare90.000 400.00014.400 21.000

Pduri de conifere temperate i boreale125.000 - 700.0004.800 12.800

Pduri tropicale i temperate - calde cu frunze late120.000 450.0008.300 21.000

La solurile din zona pajitilor la suprafaa solului se acumuleaz materie organic provenit din partea aerian i subteran a plantelor. Cantitile de resturi organice moarte sunt variabile n funcie de tipul de pajiti i de tipul de sol. n pajitile bine ncheiate resturile organice din masa aerian a ierburilor i rdcinilor nsumeaz n medie cca 11000 kg, ceea ce reprezint o cantitate de 2-3 ori mai mare dect materia organic provenit de la vegetaia lemnoas.

Resturile organice ierboase depuse la suprafaa solului sunt repede descompuse n ntregime, pe cnd la cele provenite din prile subterane ale plantelor descompunerea este mai lent i sunt transformate parial n humus.

Procesele de descompunere a materiei organice

Resturile organice constituite din esuturi vegetale i animale, microorganisme sunt atacate de numeroi ageni fizici, chimici i biologici suferind diferite procese de descompunere. Viteza de descompunere a resturilor vegetale i animale este foarte mult influenat de condiiile climatice. Astfel n zona de step caracterizat prin temperaturi ridicate i precipitaii sczute descompunerea resturilor vegetale se desfoar mult mai rapid n comparaie cu zona de pdure i montan unde datorit precipitaiilor ridicate i temperaturilor sczute descompunerea este mai lent, anual rmnnd o cantitate nsemnat de resturi vegetale nedescompuse sau parial descompuse.

Descompunerea resturilor vegetale se desfoar sub aciunea organismelor i microorganismelor care utilizeaz materia organic pentru hran i surs de energie.

Mineralizarea reprezint procesul prin care resturile organice depuse la suprafaa solurilor aerate sunt supuse urmtoarelor faze de descompunere: hidroliza, oxido-reducerea i mineralizarea total (fig. 4.2).

Humificarea este un proces complex de formare a unor substane organice specifice solului cu un grad nalt de polimerizare. Substanele organice nou formate prezint uniti structurale care sunt alctuite dintr-un nucleu aromatic (fenolic sau chinonic) i catene laterale (lanuri alifatice) de diferite naturi: radicali hidrocarbonai, peptide, uronide etc. Catenele laterale prezint urmtoarele grupe funcionale: grupa carboxil (COOH), grupa fenolic (OH) i grupa metoxil (OCH3). Nucleele aromatice sunt legate ntre ele prin intermediul atomilor de C, O i N formnd lanuri de lungime variabil cu grad de polimerizare diferit.

Viteza de mineralizare i humificare a materiei organice n soluri se desfoar diferit n funcie de condiiile de mediu, fiind mai rapid n zonele cu temperaturi ridicate, umiditate sczut, aeraie bun i reacie neutr. n zonele umede i rcoroase cu o slab activitate biologic n condiii de aciditate pronunat, coninut redus de azot n materia organic iar humificarea se desfoar foarte lent.

OXIDO-REDUCEREA HIDROLIZA

Etapele descompunerii componentelor organiceAcizii humici

Datorit formrii substanelor humice n condiii diferite de clim i vegetaie alctuirea acestora este diferit i n funcie de zona de formare se disting 3 mari grupe de acizi: acizi huminici, acizi fulvici i huminele.

Acizii huminici sunt compui rezultai n procesul de humificare care au un grad ridicat de polimerizare. Acetia rezult pe seama descompunerii resturilor vegetale de natur ierboas bogate n elemente bazice sub aciunea direct a bacteriilor. n cadrul acizilor huminici deosebim urmtoarele grupe funcionale: COOH (carboxil), OH (oxidril fenolice), CO (carbonil), OCH3 (metoxil), NH, NH2, SO3H. Se cunosc trei grupe de acizi huminici: acizi huminici cenuii, acizi huminici bruni i acizi huminici himatomelanici.

a) Acizi huminici cenuii sunt foarte puternic polimerizai din aceast cauz posed greuti moleculare foarte mari pn la 100000, au culoare nchis (neagr, neagr-cenuie), coninutul de carbon 58-62% i de azot pn la 7,5%. Aceti acizi predomin n general la solurile din zona de step bogate n carbonat de calciu (Cernoziomuri, Faeoziomuri, Rendzine).

b) Acizi huminici bruni se carcterizeaz prin culori mai deschise, au un grad de polimerizare mijlociu, un coninut de carbon de 50-60% i 3-5 % azot. Se ntlnesc la soluri cu reacie acid Luvosoluri, Planosoluri, Alosoluri etc.

c) Acizi himatomelanici au o culoare roie-brun i se acumuleaz n materia organic aflat n diferite stadii de descompunere. Prezint un coninut de carbon de 58-62%

Acizii fulvici sunt substanele humice cu gradul de polimerizare cel mai mic. Greutatea molecular este mic 2000-9000, au culoare glbui brun-glbuie i un coninut de carbon de 42-52%. Se formeaz pe seama descompunerii resturilor organice provenite de la vegetaia lemnoas din zona de silvostep i pdure. Predomin n cazul solurilor acide sau slab acide.

Huminele reprezint fraciunea cea mai stabil a humusului, fiind alctuite din acizi huminici intim legai cu mineralele argiloase i din diferite substane organice asemntoare cu materia organic nedescompus.

PRINCIPALELE TIPURI DE HUMUS

n funcie de resturile organice i de condiiile ecopedologice ale proceselor de humificare n soluri sau la suprafaa acestora se acumuleaz cantiti i categorii diferite de humus. n funcie de condiiile de aeraie n care are loc procesul de humificare (Duchaufour, 1970) distinge urmtoarele tipuri de humus:

- n mediul n care predomin procesele de aerobioz: mull, moder i morul;

- n mediul anaerob: turba i anmoor.

Mullul se formeaz pe seama materiei organice complet humificat i amestecat intim cu partea mineral a solului. Acest tip de humus este caracteristic solurilor aerate cu o bogat activitate microbian. n funcie de zona de formare se disting dou tipuri de mull: mull calcic i mull forestier.

-mullul calcic este puternic saturat n ioni de calciu, se formeaz pe seama vegetaiei ierboase din zona de step fiind alctuit din acizi huminici puternic polimerizai. Determin formarea unui orizont A molic de culoare nchis, negricioas cu o reacie neutr-slab alcalin. Raportul C:N este n jur de 10.

-mullul forestier este format pe substrat mineral necalcaros, este acumulat pe grosime mic n zona pdurilor de foioase fiind alctuit din acizi fulvici. Prezint culori brune-negricioase, o reacie slab acid sau moderat acid iar raportul C:N este de 12-15.

Moderul este un tip de humus alctuit din materie organic parial humificat, n care se pot observa esuturi de plante nedescompuse. Moderul se formeaz n soluri slab aerate cu umiditate ridicat i temperaturi sczute. Raportul C:N este de 15-25. n funcie de zona de formare iau natere urmtoarele tipuri de moder:

-moderul forestier oligotrofic se formeaz pe seama vegetaiei lemnoase din pduri de rinoase, humusul format este moderat acid;

-moderul calcic se formeaz din vegetaia dezvoltat pe materiale parentale calcaroase cu un coninut ridicat de humai de Ca de culoare nchis. Se ntlnete n orizontul Oh la Rendzine;

-moderul de pajiti alpine se ntlnete la solurile din zona montan se formeaz pe seama vegetaiei ierboase constituit din graminee ntr-un climat foarte umed i rcoros. Acesta se acumuleaz ntr-un orizont A de culoare neagr foarte acid, raportul C:N este de 15-20.

-moderul hidromorf se formeaz la solurile afectate de exces de ap prelungit (Stagnosoluri) n condiii de anaerobioz.

Morul - se mai numete i humusul brut deoarece este constituit din resturi vegetale foarte puin descompuse este foarte puternic acid avnd un raport C:N de 30-40 n orizontul organic i 25 n orizontul A. Se ntlnete la solurile din zona montan acoperite de pduri de rinoase (molid i brad).

Turba - este constituit din resturi vegetale nedescompuse sau parial descompuse ntr-un mediu saturat cu ap n cea mai mare parte a anului. n funcie de natura vegetaiei se pot ntlni:

- turba eutrof bogat n substane minerale care s-a format pe seama resturilor vegetale provenite de la Carex (rogoz), Phragmites (trestie) i stuf. Turba eutrof este saturat n ioni de calciu raportul C: N este mai mic de 30.

- turba mezotrof este mai srac n substane minerale i a luat natere din resturi organice provenite de la rogoz i muchi.

- turba oligotrof este constituit din muchi n condiii de umiditate foarte ridicat i temperaturi sczute din arealul montan. Se formeaz pe materiale parentale acide. Este o turb extrem de srac n substane minerale, acid raportul C:N este de 40.

Anmor- se formeaz n cazul solurilor afectate de exces de umiditate periodic provenit din apa freatic, i este constituit din materiale aluviale (argil, praf i nisip) i aproximativ 30% materie organic bine humificat. Se poate ntlni la unele soluri freatic umede la Gleiosoluri.

Rolul humusului

Humusul reprezint constituentul solului cu importante influene asupra nsuirilor fizice, chimice i biologice ale solurilor cu implicaii asupra strii potenialului de producie. Humusul imprim solului culori nchise contribuind la mrirea absorbiei radiaiilor calorice cu implicaii pozitive asupra regimului termic al solurilor. De asemenea are nsuirea de a contribui la formarea agregatelor structurale contribuind prin capacitatea sa de cimentare la formarea structurii glomerulare i grunoase. Prin aceasta mbuntete indirect nsuirile aerohidrice ale solului prin mrirea porozitii, permeabilitii pentru ap i aer.

Datorit coninutului ridicat n azot i cationi bazici legai sub form de humai, humusul reprezint un rezervor de elemente nutritive pentru plante. mpreun cu mineralele argiloase humusul formeaz complexul adsorbtiv al solului avnd rolul de reinere i schimb de cationi. n urma procesului de mineralizare a materiei organice i prin capacitatea mare de adsorbie i schimb cationic humusul asigur aprovizionarea continu cu elemente nutritive uor accesibile pentru plante fiind elementul esenial al fertilitii solului. n soluri humusul este nu numai o surs continu de elemente nutritive, ci i un agent activ de reinere a acestor elemente date prin fertilizarea organic i mineral care n urma interaciunii cu humus sunt levigate foarte uor.

Humusul reprezint un substrat prielnic pentru dezvoltarea microorganismelor. Astfel este asigurat i intensificat dinamica biochimic a solului, totalitatea proceselor de transformare a substanelor i energiei n sol. Substanele humice i ali compui organici cu caracter acid provenite din humus acid elibereaz ioni de H+ n sol i mresc concentraia acestora n soluie crescnd aciditatea solului. Aceast influen este cu att mai nsemnat cu ct humusul este mai nesaturat i solul este mai srac n baze. Turbele oligotrofe, humusul brut, moderul sunt bogate n acizi fulvici i reprezint o surs important de ioni de H+ n sol.

informatics.aua.gr:8080/scam/3/resource/13

Apa 75%

Materie uscat 25%

Componente elementare

Carbon 42%

Hidrogen 8%

Oxigen 42%

Cenu 8%

Compui organici

Celuloza 45%

Lignine 20%

Hemiceluloz 18%

Proteine 8%

Polifenoli 2%

Zaharuri i amidon 5%

Grsimi 2%

Substane proteice

-peptide

-aminoacizi alifatici i aromatici

-baze purinice i pirimidinice

Hidraii de carbon

-hexoze

-pentoze

-aminozaharide

-acizi ureici

-celobioz

Ligninele

Substanele tanante

comp. polifenolici

Lipidele

Rinile

glicerin

acizi grai

-acizi organici

-alcooli

-alcooli

-amoniac

-dioxid de carbon

-ap

-metan

-oxiacizi

-acizi organici volatili

-aldehide

-alcooli

-dioxid de carbon

-ap

-metan

-fenoli

-chinone

-dioxid de carbon

-ap

-acizi organici volatili

-hidrocarburi

-dioxid de carbon

-ap

Mediul aerob

Acizi -HNO2, HNO3, H2SO4, H3PO4

Sruri de Ca2+, Mg2+, K+, Na+

Amoniacul (NH4)

MEDIUL ANAEROB

CH4, H2, N2, H2S, H3PO4, NH3, H2O, CO2

MINERALIZAREA