Amelioratori de sol si substraturi de cultura

Amelioratorii de sol sunt produse care, înglobate în soluri (mai mult sau mai putin degradate) determina ameliorarea caracteristicilor fizice, chimice si/sau biologice ale solului. Substraturile de cultura sunt produse destinate sa ofere suport cresterii plantelor în absenta solului.

Conceptul de ameliorator de sol înglobeaza conceptele de amendament si de agent de conditionare a solului. Amendamentele sunt substante care se încorporeaza în sol pentru îmbunatatirea însusirilor fizice si chimice nefavorabile. Agentii de conditionare au rol numai de a îmbunatatii caracteristicile fizice ale solurilor.

Amelioratori de sol sunt clasificati în trei grupe distincte: pe baza originii (naturale sau artificiale) si a constituentilor principali (anorganici sau organici). Amelioratorii de sol (si substraturile de cultura) organice sunt produse naturale alcatuite în principal din material organic de origine vegetala si/sau animala. includ materiale naturale, cum ar fi turba si materiale reciclabile cum ar fi deseurile organice, compostate sau tratate în alt fel, si produse secundare de la prelucrarea lemnului, cum ar fi fibre de lemn si coaja.

Amelioratorii de sol si substraturile de cultura anorganice sunt produse cu un continut nesemnificativ de materie organica. In mod tipic sunt constituite din substante minerale. Pot fi neprelucrate, de exemplu nisip, argila, pietris (si altele asemenea) sau prelucrate, de exemplu argila expandata termic (perlit) si argila exfoliata termic (vermiculit).

Amelioratorii de sol (si substraturile de cultura) sintetice sunt produse artificiale, de obicei rasini sau polimeri, obtinute prin sinteza organica si polimerizare. au în comun o omogenitate ridicata (tipica pentru produsii derivati industrial) si probabilitatea prezentei în urme a impuritatilor chimice organice (de exemplu monomerii din care a rezultat produsul polimerizat).

Din categoria amelioratorilor de sol organici fac parte carbunii de pamânt inferiori (turba si lignitul), composturile, gunoiul de grajd fermentat / mranita, îngrasamântul vegetal.

Turba se gaseste în natura ca formatiune sedimentara autohtona, formata din diferite resturi de plante apartinând zonelor umede, si care se afla în diferite grade de conservare. Turbariile sunt raspândite în tara noastra în zonele umede, mai ales în zona muntoasa si deluroasa a Carpatilor.

in raport cu conditiile de formare se deosebesc trei tipuri de turbarii:

turbarii de mlastini eutrofe – acest tip de turba este de culoare foarte închisa aproape neagra, este mai compacta, cu o structura usor prafoasa si un continut ridicat de humus, fata de turbele oligotrofe.

turbarii de mlastini oligotrofe – se formeaza pe orice forma de relief, de obicei sub paduri. aceasta turba este mai saraca în elemente nutritive. aceasta turba are o structura fibroasa de unde rezulta o porozitate ridicata (~80%). uscata are o culoare brun-rosiatica.

turbarii de mlastini intermediare sau mezotrofe

Compozitia turbei este foarte complexa si depinde în general de materialul initial, de conditiile locale, geologice, climatice, biotice, care influenteaza procesele din zacamânt. turba are un continut ridicat de materie organica, aceasta fiind alcatuita din substante organice nehumice (carbohidrati, proteine, peptide, aminoacizi, etc.) si substante organice humice (acizi humici si fulvici). literatura de specialitate confirma ca particulele de humus coloidal retin la suprafata lor si substante organice nepolare (sorbtie moleculara sau apolara).

In cazul turbei rosii din arealul judetelor Harghita-Covasna aceasta prezinta urmatoarele caracteristici:

compozitie: muschi de turba (Sphagnum sphagnum) si apa;

nu este solubila în apa;

este un produs solid, rezultat din descompunerea muschiului de turba;

are un aspect fibros si o porozitate ridicata (~80%) care îi confera o capacitate mare de absorbtie a lichidelor;

culoare brun-roscata în stare uscata si o culoare brun spre negru în stare umeda;

continut ridicat de acizi humici, care pot sustine activitatea microbiologica în procesul de biodegradare a unor contaminanti din sol (produselor petroliere de ex.);

lipsit de toxicitate pentru mediu.

Lignitul este un carbune de pamânt inferior mai putin folosit ca ameliorator de sol în România. în America de nord lignitul (si în special leonarditul, un tip de lignit oxidat de la suprafata zacamintelor) este larg folosit ca ameliorator de sol.

Rezerva exploatabila de lignit din România este de 2,62 miliarde tone. Zacamintele de lignit din România au urmatoarele caracteristici: continut caloric relativ scazut, straturi de carbune subtiri, conditii dificile de extractie, precum si continut relativ ridicat de cenusa, de umiditate si de sulf. Datorita continutului ridicat de sulf lignitul din România este util pentru remedierea solurilor alcaline si cu deficit de sulf.

Fig. 1. Reprezentarea schematica a relatiilor dintre materialul vegetal, acizii humici si humus.

Utilizarea traditionala a carbunilor de pamânt inferiori ca amelioratori de sol era o consecinta a constatarii empirice ca aplicarea acestor produse (considerate initial îngrasaminte organice) determinau o marire a continutului de humus din sol si în special a celui de acizi humici.

Acizii humici sunt complexe melanoidinice (polifenolice) care se formeaza în urma policondensarii compusilor rezultati din metabolismul bacterian cu cei formati în urma descompunerii oxidative (“combustiei enzimatice”) a ligninei provenite din materia organica de origine vegetala (sau din egesta erbivorelor si a omnivorelor, lignina nefiind biodegradabila în tubul digestiv al acestor animale). acizii humici reprezinta componenta de baza a humusului din sol (alaturi de acizi fulvici si huminici – vezi si fig.1)

Carbunii de pamânt reprezinta rezultatul unui proces similar de degradare oxidativa a ligninei din materia organica de origine vegetala, care a fost mult mai lent datorita lipsei oxigenului ca acceptor final de electroni si protoni. In carbunii de pamânt inferiori continua sa existe cantitati însemnate de acizi humici, care nu sunt deosebiti semnificativ de acizii humici din sol. Aceasta similitudine a acizilor humici din sol si din carbunii de pamânt inferiori este baza stiintifica a utilizarii carbunilor de pamânt inferiori ca amelioratori de sol .

Întelegerea rolului biologic al humusului a fost posibila numai dupa dezvoltarea cunostintelor de biologie celulara si definirea clara a sistemului de exo- si edo-membrane celulare ca bariere de permeabilitate.

Fig. 2. Acizi humici faciliteaza aborbtia apei si a ionilor din solutia solului.

In radacinile plantelor vasele lemnoase (prin care circula seva bruta) nu se afla în contact direct cu solutia solului; apa si sarurile minerale, pentru a ajunge în vasele lemnoase trebuie sa treaca de întregul sistem de endo- si exomembrane al celulelor parenchimului radicular. Transportul apei prin matricea extracelulara a parenchimului radicular (respectiv prin ceea ce sunt cunoscuti si ca peretii celulari vegetali) este limitata de caracterul de hidrocoloizi (adica de macromolecule care leaga foarte puternic apa) al componentelor matricei extracelulare vegetale (celuloza, hemiceluloze, substante pectice).

Compusi polimerici amfifili (în care portiunile hidrofile si cele hidrofobe sunt dispuse pe toata lungimea moleculei) acizii humici faciliteaza absorbtia a apei si ionilor / nutrientilor prin membrana celulelor din radacinile plantelor (vezi si fig.2). din acest motiv amelioratori de sol pe baza de carbuni inferiori au efecte semnificative asupra cresterii plantelor, similare cu cele determinate de regulatorii de crestere.

Fig.3. Modelul structural al acizilor humici

Structura chimica cea mai probabila a unei unitati repetitive din cadrul acizilor humici este descrisa în fig.3. Se evidentiaza faptul ca în cadrul aceste unitati repetitive exista concomitent zone hidrofile (gruparile –OH, -COOH, zaharurile, peptidele) si hidrofobe (inelele aromatice, resturile de acizi grasi).

Fig. 4. Aspectul în microscopie electronica (scanning) al unor granule de acizi humici din carbunii de pamânt.

In microscopie electronica (scanning) granulele de acizi humici prezinta în mod evident situsuri de adsorbtie pentru microorganisme (fig. 4). Aceste situsuri, asociate surselor “lente” de carbon favorizeaza dezvoltarea microorganismelor.

Datorita continutului de humus / substante organcie în curs de humificare amelioratorii de sol organici (atât carbunii, cât si cei care vor fi prezentati în continuare) determina efecte complexe asupra solurilor, îmbunatatind atât caracteristicile fizice si chimice, cât si pe cele biologice.