Агр. Петър Кръстев
Целият свят говори за положителните страни от задържането на въглеродния диоксид в орния слой на почвата за увеличаване на хумуса. Специална роля тук има въглеродът, който е основен елемен за създаване на стабилен вид органично вещество. Възможно ли е да се увеличи неговото натрупване?
Почвено плодородие
Идеята за целенасочено натрупване на хумус в селскостопанското производство остава една от най-обсъжданите. Все пак, възможно ли е това? С един изстрел могат да се убият два заека: и двата повишават нивото на плодородието на почвата и минимизират емисиите на въглероден диоксид в атмосферата. Предприемчивите европейци дори създават специални стартиращи предприятия. Те вече разработват бизнес планове за получаване от земеделците на допълнителни приходи от СО2 сертификати, в резултат от намаляване на въглеродните емисии от парникови газове. Изчислението е просто: съдържанието на хумус в почвата директно зависи от нивото на наличието на органичен въглерод в тях (хумус = Corg x 1,72). Целта е да се свърже възможно най-много въглерод, който да отиде за съхранение под формата на стабилен хумус. В тази връзка възникват въпроси: как по принцип се формира стабилна форма на хумус и доколко е възможно да се контролира неговото образуване?
Учения – стари и нови
Движещата сила за образуването на органична субстанция е фотосинтезата – процесът, който дава способността на растенията да превръщат въглеродния диоксид от атмосферата в захари с прякото участие на светлината и водата. За образуването на ензими, които след това се използват за създаване на дълги вериги от въглехидрати, мазнини и аминокиселини, растенията се нуждаят от шестнадесет различни минерала и микроелемента. Основните са азот, фосфор, сяра, калций и магнезий. Те участват в процесите на формиране на клетките и осигуряват правилното им функциониране. Калият е изключително функционален елемент, присъстващ само в клетъчния сок.
20 – 30% от енергията, генерирана в процеса на фотосинтеза, се изразходва от кореновата система на растението. Нейните ексудати и отмиращите коренови власинки от своя страна стават основен източник на храна за микроорганизмите. Така, според различни изследвания, здрави посеви от царевица през вегетационния период отделят в почвата до 100 т/дка (100 л/м3) богати въглеродни ексудати и по този начин добавят в нея въглерод. Именно затова при избора на междинна култура най-важният критерий е способността на растенията да развиват мощна коренова система, а не потенциален добив на зелена маса.
В съответствие с традиционния подход за разглеждане на процесите на образуване на хумус, богатите на въглерод и протеини растителните остатъци и образуваният от тях лабилен хумус са храна за почвените микроорганизми. Минерализацията на продуктите от разлагането на техните организми от своя страна служи за храна на растенията, а стабилният хумус представлява съвкупност от макромолекули, образувани от растителни остатъци, богати на лигнин. И ако почвата не се отличава с излишна влага или прекомерна сухота, ако средата в нея не е твърде кисела и на буци, температурата не е твърде ниска, всички растителни остатъци и мъртви микроорганизми и коренови отделяния се разлагат до въглероден диоксид. Образуването на хумус е възможно само ако процесът на разлагане е прекъснат и въглеродът се стабилизира.
С нови изследвания е доказано, че стабилен хумус се образува върху почвени агрегати и повърхности на минерали, уловени само в резултат на стабилизиране на хумусните вещества (Corg) с метални оксиди. В този случай източници на въглерод могат да бъдат както въглехидрати, така и протеини, които се доставят от едни и същи корени.
За ролята на металите и корените
На кисели почви (pH <5) усвояването на въглерод (Corg) се дължи най-вече на железни и алуминиеви комплекси. В подзолисти почви (рН = 3) органичният въглерод се отлага в най-плътните, недостъпни за корените хоризонти под формата на железни хумати и полуоксиди. Такива почви не са подходящи за земеделие.
В почви със слабо изразена кисела среда (рН 5,5 – 6,5) органичният въглерод се запазва предимно под формата на неутрални силикати, а не като железни и алуминиеви оксиди. Калцият, доставен в резултат на обменните процеси, играе незначителна роля. Този механизъм може да протича доста ефективно при почви с вулканичен произход при условия на влажни тропици. Почвите с това ниво на pH в нашите географски ширини обикновено са податливи на ерозия и не се отличават с добра носеща способност. В песъчливи почви съдържанието на хумус е ниско – Corg е под 1% и не може да се повиши само чрез внасяне на органична маса. Това обаче става възможно при почви с рН 6,5 и по-високо съдържание на глина, в идеалния случай – 20 – 30 %. В такива почви калцият свързва органичния въглерод с глинестите минерали в стабилни глинесто-хумусни комплекси. Калциевият оксид, за чието присъствие в свободния достъп се предполага, че е при pH 7, улеснява процеса.
Изследвайки черноземите в Австрия (pH> 7, калциев оксид в свободен достъп), учените са установили, че повече от 90% от въглерода е свързан в глинести минерали и почвени агрегати. Въглеродът в най-стабилна форма е открит върху глинести минерали, източникът му са кореновите ексудати и остатъци от микроорганизми. В почвата под формата на стабилен хумус се запазва 46% от въглерода, който се доставя с ексудата на корените, а 8% са образувани вследствие разлагане на кореновите власинки. Поради това корените и почвената фауна играят централна роля в процеса на генериране на хумус, а използването на непрекъснат вегетационен цикъл чрез сеитба на междинни или покривни култури, заедно с основните е най-ефективният начин за получаване на богати на хумус почви.
Плюс за минуса
Хумусните вещества и глинестите минерали са колоиди, които имат отрицателен йонен заряд. Стойността на присъствието на катиони се крие във факта, че те, влизайки в контакт с отрицателно заредени колоиди, образуват силни връзки. Най-ефективната връзка при почви за селскосторанско ползване е, когато положително заредените частици на калция (Ca2+) са влезли в реакция, свързват глината и хумуса един с друг и образуват почвени агрегати. Този процес се нарича флокулация и е подготвителен етап за образуването на стабилни почвени частици. За успешно образуване на почвени агрегати колоидите на глинестите почви трябва да бъдат наситени със 70 – 80% калций, 10% – магнезий и 5% – калий.
Възниква въпросът дали глинестите минерали и катионите на калция не са ограничителен фактор за хумусообразуването. Установен факт е, че глинестите почви с достъпен калциев оксид се отличават с най-високо съдържание на хумус.
Оптимално съотношение
Учени от Швейцарския технически университет изхождат от факта, че обемът на органичния въглерод, който може да се запази в почвата, зависи от съдържанието на глината и като оптимално препоръчват съотношението да е 10:1. По този начин леките почви с 10% съдържание на глинести минерали могат да бъдат обогатени с един процент обем органичен въглерод (около 1,7% хумус), а тежките почви, съдържащи до 30% глинести минерали, могат да се обогатят с 5% хумус. Въпреки това препоръчително е стремежът да е към такова ниво на хумус, при което биологичните, химичните и физичните процеси ще протичат нормално, за да формират необходимото плодородие на почвата.
Тъй като хумусът се състои главно от въглерод и азот, в стремежа за повишаване на плодородието органичните земеделски производители могат да се натъкнат на определени граници: за да обогатят 20-сантиметров обработваем слой с 0,1% въглерод (около 0,2% или около 500 кг/дка хумус ), при необходимо съотношение на въглерод и азот 10:1, е необходимо да се внесат 30 кг/дка азот в акт. в-во.
Подобряването на качеството на почвите чрез повишаване на тяхната устойчивост на ерозия, подобряване на инфилтрацията, запазването на влагата и проникването на корените в дълбочина е голямо предизвикателство в светлината на промените в климата. Това не може да бъде постигнато само чрез сеитбообръщения, обработка на почвата, сеитба на междинни и мулчиращи култури. Успехът на тези мерки и процесът на образуване на хумус често се нарушават от недостатъчното съдържание на калциев оксид в почвата, а с него и катиони, които могат да балансират отрицателно заредените частици на почвения разтвор.
Торенето в съответствие с резултати от анализа на почвата е отлична основа за организиране на хармоничното и оптимално хранене на растенията. Но е добре да се знае, че излишъкът от калий и магнезий има отрицателен ефект върху структурата на почвата. Стопанствата, които използват органични торове, трябва да държат под контрол не само съдържанието на азот и фосфор в почвата, но и капацитета на катионния обмен, въпреки оптималната стойност на pH.
Ако всичко с киселинността на почвата е наред, във влажната и защитена от слънце почва има достатъчно храна и кислород. Когато има кислород, тогава има богат вътрешен почвен живот, който помага за укрепване на структурата на почвата. Калцият подпомага флокулацията на колоидите, което е предшественик на образуването на почвени агрегати и стабилизирането на хумуса.
Структурата на почвата, подобрена в резултат на внесена вар или други мелиоранти, ще има по-добри инфилтрационни свойства, които ще задържат влагата за растенията за използването ѝ през сухи периоди. Не хумусът задържа влагата, а почвените пори, чийто размер зависи от наличието на хумус и калций. Земеделците, стопанисващи почви с оптимално съдържание на хумус, или имат късмет с местоположението си – с наличие на достатъчно калциев оксид в почвата, или собствениците им са научили стойността на мелиоранти като гипс и вар и чрез използването им са успели да възстановят катионно-йонния баланс в почвата.
