Οργανική ουσία εδάφους

Περιεχόμενα

1 Γενικές πληροφορίες - Ορισμοί
2 Οργανικά συστατικά εδάφους
3 Αποδόμηση των οργανικών συστατικών
4 Xoύμος
5 Παράγοντες αποσύνθεσης οργανικής ουσίας
6 Πλεονεκτήματα οργανικής ουσίας
7 Σχετικές σελίδες
8 Βιβλιογραφία

Γενικές πληροφορίες - Ορισμοί

Στα στερεά συστατικά του εδάφους περιλαμβάνονται και τα οργανικά υλικά, τα οποία, σ' ένα μέσης σύστασης έδαφος, καταλαμβάνουν το 5% του όγκου του. Τα οργανικά συστατικά προέρχονται από πρόσφατα υπολείμματα φυτών και ζώων, περιλαμβάνουν όμως και όλους τους ζωντανούς μικροοργανισμούς του εδάφους, οι οποίοι αποσυνθέτουν τα υπολείμματα στα συστατικά τους, καθώς και υπολείμματα από προϊόντα χημικών διασπάσεων, αλλά και συνθέσεων, νέων ενώσεων, που αποτελούν τον καλούμενο χούμο. Η χημική σύσταση της οργανικής ουσίας του εδάφους εξαρτάται επομένως από τη σύνθεση των φυτών, των μικροοργανισμών και των ζώων, από τα οποία προέρχεται. Η ξηράουσία των φυτών, που είναι περίπου 25% του βάρους τους (το υπόλοιπο είναι νερό), αποτελείται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο (το 90% αυτής). Επίσης αποτελείται από άζωτο, θείο, ασβέστιο, φώσφορο, κάλιο και πολλά άλλα στοιχεία.

Ο άνθρακας είναι το κυριότερο συστατικό της οργανικής ουσίας, εμφανίζεται μάλιστα σε ποσά που ποσοστιαία έχουν τιμές 45% έως 50%. Τα στοιχεία, που βρίσκονται στην οργανική ουσία, υπάρχουν σε πολύπλοκες ενώσεις, που αποτελούν συστατικά της, και οι οποίες παράγονται από τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα με την επίδραση χημικών, βιολογικών και φυσικών παραγόντων. Συνήθως τα ορυκτά (ανόργανα) εδάφη, που είναι και η συντριπτική πλειοψηφία των εδαφών, έχουν περιεκτικότητα σε οργανική ουσία 1% - 6% (και συνήθως τα ελληνικά εδάφη έως 2%) ενώ στα οργανικά (τυρφώδη) εδάφη είναι μεγαλύτερη από 15% -20% έως και περισσότερο από 45%. Το ποσό της οργανικής ύλης του εδάφους είναι συνάρτηση του οικολογικού περιβάλλοντος, δεδομένου ότι αυτό προσδιορίζει το ρυθμό της πρόσθεσης και αποσύνθεσης των υλικών, που την αποτελούν. Η αποσύνθεση των υπολειμμάτων (φυτικών και ζωικών) και η παραγωγή τελικά οργανικής ουσίας επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το κλίμα. Σε υγρά κλίματα υπάρχει μεγάλη παραγωγή οργανικής ουσίας ενώ σε ξηρά κλίματα μικρή. Η οργανική ύλη είναι, μετά την άργιλο, το σημαντικότερο συστατικό από άποψη ενεργότητας. Είναι πιο δραστική και επιδρά περισσότερο από την άργιλο στη θετική συμπεριφορά του εδάφους ως φυσικού πόρου. Επηρεάζει γενικά τις φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες των εδαφών καθώς και την παραγωγικότητα τους. Μεταξύ των χρήσιμων επιδράσεων είναι ότι αποτελεί την κυριότερη πηγή αζώτου αλλά και άλλων στοιχείων, όπως διαθέσιμου φωσφόρου, ενώ παράλληλα αυξάνει την ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων ενός εδάφους και βελτιώνει τη δομή του.

Οργανικά συστατικά εδάφους

Από τα αναφερθέντα στην προηγούμενη παράγραφο φαίνεται ότι η οργανική ύλη του εδάφους αποτελείται ως προς το είδος των συστατικών από πρόσφατα υπολείμματα φυτών και ζώων, αλλά και σε κάποιο αρχικό στάδιο αποσύνθεσης, ζώντες μικροοργανισμούς και από τον χούμο.

Η σύσταση της οργανικής ουσίας από άποψη χημικής σύστασης αποτελείται από ενώσεις γνωστής χημικής συνθέσεως, όπως υδατάνθρακες (άμυλο, σάκχαρα, κυτταρίνη), πρωτεϊνες, οργανικά οξέα, λίπη οι οποίες συνολικά αποτελούν 10% -15% της οργανικής ουσίας, και από ενώσεις που συνιστούν τον χούμο, οι οποίες εμφανίζουν δυσκολία στην ταξινόμηση τους σε κάποια ομάδα ενώσεων της οργανικής χημείας και ποσοστιαία αντιπροσωπεύουν 85% - 90% της οργανικής ουσίας του εδάφους.

Οργανισμοί του εδάφους

Οι οργανισμοί του εδάφους αποτελούνται από βακτήρια, μύκητες, ακτινομύκητες, φύκη, λειχήνες, που ανήκουν στην χλώριδα του εδάφους, αλλά και από είδη που ανήκουν στην πανίδα του εδάφους όπως γαιοσκώληκες (earthowrms), τερμίτες (termites), μυρμήγκια (ants).

Βακτήρια: Τα βακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, έχουν σχήμα συνήθως ραβδόμορφο, σπανιότερο, σφαιροειδές, και μέγεθος μικρότερο του 1 - 10m (συνηθέστερο έως 5m). Είναι το πολυπληθέστερο είδος οργανισμών στο έδαφος. Στην βιβλιογραφία αναφέρεται ότι ένα γραμμάριο εδάφους μπορεί να περιέχει από 1 - 4 δισεκατομμύρια βακτήρια. Το βάρος τους μπορεί να φθάσει, για έκταση ενός στρέμματος και βάθος 20cm, τα 130Kg, ενώ γενικά αντιπροσωπεύει το 0,05% του ξηρού βάρους του εδάφους. Τα βακτήρια αποτελούνται από 80% νερό, 10% άνθρακα και 2% άζωτο.

Τα βακτήρια ταξινομούνται ανάλογα:

Με την μέθοδο λήψης τροφής και ενέργειας (ετερότροφα, αυτότροφα). Συνηθέστερα είναι τα ετερότροφα με πηγή τροφής (άνθρακα) και ενέργειας την οργανική ουσία. Τα αυτότροφα έχουν πηγή άνθρακα το CO₂ και ενέργειας την οξείδωση ανόργανων στοιχείων ή ενώσεων. Τα βακτήρια που χρησιμοποιούν την ενέργεια οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, ονομάζονται χημοσυνθετικά, ενώ αυτά που χρησιμοποιούν το φώς για ενέργεια φωτοσυνθετικά. Στα αυτότροφα χημοσυνθετικά ανήκουν τα νιτροβακτήρια (nitrozomonas και nitrobacter), που οξειδώνουν το αμμωνιακό άζωτο, που παράγεται κατά την διάσπαση των πρωτεϊνών σε νιτρώδη και νιτρικά. Η διαδικασία είναι γνωστή ως νιτροποίηση. Στα ετερότροφα βακτήρια ανήκουν οι δεσμευτές αζώτου, που ανάγουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνιακό και το δεσμεύουν υπό οργανική μορφή (αμινοξέα) αλλά και βακτήρια, εκέινα τσα οποία είναι τα πιο διαδεδομένα, που δεν δεσμεύουν άζωτο, αλλά απαιτούν δεσμευμένο άζωτο. Αυτά κυρίως θεωρούνται υπεύθυνα για την αποσύνθεση της οργανικής ουσίας.

Με την ύπαρξη ή όχι συμβίωσης με φυτά (συμβιωτικά και μη συμβιωτικά). Οι δεσμευτές αζώτου, ετερότροφα βακτήρια, μπορούν να ζούν ελεύθερα ή συμβιωτικά με ορισμένα φυτά (ψυχανθή, όπως φασόλια, μπιζέλια, κ.α.). Τα τελευταία, κυρίως είδη του Rhyzobium sp., δημιουργούν φυματία (εξογκώματα) στις ρίζες τους εντός των οποίων γίνεται η δέσμευση και η μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου.

Με τις απαιτήσεις σε οξυγόνο (αερόβια, αναερόβια κυρίως σαπροφυτικά, που διατρέφονται δηλαδή από τα υπολείμματα φυτών και ζώων). Τα μη συμβιωτικά βακτήρια, που ζουν ελεύθερα, περιλαμβάνουν αναερόβια και αερόβια (όπως το azotobacter) είδη. Επίσης σε αερόβια και αναερόβια διακρίνονται και τα βακτήρια που δεν δεσμεύουν άζωτο. Η θερομκρασία, η υγρασία, ο αερισμός, η οξύτητα καθώς και οι άλλες συνθήκες του εδάφους επηρεάζουν την ανάπτυξη και δραστηριότητα των βακτηρίων. Γενικά περισσότερα βρίσκουμε στα γόνιμα εδάφη ενώ αυξάνονται πολύ γρήγορα όταν υπάρχουν επίσης αρκετά οργανικά συστατικά. Έχουν τις ίδιες απαιτήσεις με αυτές των καλλιεργειών όσον αφορά στην υγρασία (δηλαδή έδαφος στην υδατοϊκανότητα), ενώ σε θερμοκρασία οι τιμές μεταξύ 19^oC και 37^oC και σε pH οι τιμές μεταξύ 6 και 8 θεωρούνται ικανοποιητικές. Ως τροφή είναι δυνατόν να χρησιμοποιούν τις εύκολα αποσυντιθέμενες οργανικές ουσίες.

Μύκητες: Είναι μονοκύτταροι και πολυκύτταροι οργανισμοί και σχηματίζουν μυκήλιο κατά την αποσύνθεση ορισμένων υλικών. Είναι πάντοτε ετερότροφοι αερόβιοι, πολλοί ενώ ζούν συμβιωτικά με τις ρίζες (μυκόρριζα) διαφόρων φυτικών ειδών. Οι ρίζες μεταβιβάζουν ουσίες στους μύκητες και οι υφές των μυκήτων βοηθούν τις ρίζες να απορροφήσουν θρεπτικά στοιχεία και νερό. Οι μύκητες διασπουν την οργανική ουσία και προμηθεύονται άνθρακα και ενέργεια (αφού στερούνται χλωροφύλλης) από τις κυτταρίνες, που απαντώνται ως συστατικό ξύλου, τις πηκτίνες, τις ημικυττερίνες, την κερατίνη και τη λιγνίνη. Τα πολυμερή μόρια αυτών των ενώσεων διασπώνται σε μικρότερα μόρια λόγω της έκχυσης ενζύμων από τους μύκητες. Επισής δρούν ως συστατικά, που βοηθούν στο σχηματισμό σταθερών στο νερό εδαφικών συσσωματωμάτων. Στους μύκητες ανήκουν οι ζύμες, οι βασιδιομύκητες και οι εύρωτες (με γνωστούς εκπροσώπους τα γένη Penicillium, Fusarium, Mucor, Aspergillus), που είναι εξ ίσου σημαντικοί, όσο και τα βακτήρια. Η δραστηριότητα τους και ο πληθυσμός τους αυξάνει στην επιφάνεια του εδάφους, όπου αφθονούν τα συστατικά της οργανικής ουσίας που χρειάζονται, αλλά και οπουδήποτε υπάρχει καλός αερισμός. Εμφανίζονται λιγότερο απαιτητικοί σε σχέση με τα αυξημένα ποσοστά υγρασίας, που θέλουν τα βακτήρια, ενώ απαιτούν περισσότερο όξινο περιβάλλον. Ιδιαίτερα δε σε χαμηλά pH η σημασία τους είναι μεγαλύτερη, γιατί μειώνεται σημαντικά η δραστηριότητα των βακτηρίων.

Ακτινομύκητες: Σχετίζονται μορφολογικά και ταξινομικά με τους μύκητες και τα βακτήρια. Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί και φτιάχνουν μυκήλια (όμοια με τους μύκητες), πολλοί αναπαράγονται με σπόρους, οι οποίοι μοιάζουν με τα κελιά των βακτηρίων. Είναι κυρίως ετερότροφοι, αερόβιοι και σαπροφυτικοί. Βοηθούν τη διάσπαση των συστατικών της οργανικής ουσίας και κυρίως της κυτταρίνης, επιταχύνουν παράλληλα και τον αργό ρυθμό αποσύνθεσης οργανικών ουσιών απο τα βακτήρια. Δίνουν στο έδαφος χαρακτηριστική γαιώδη οσμή (ιδίως σε εδάφη που πρόσφατα οργώθηκαν, ή που είναι φρεσκοβρεγμένα) ενώ βοηθούν στην ανάπτυξη, όπως και οι μύκτητες, σταθερής δομής του εδάφους στο νερό. Σήμερα οι ακτινομύκητες είναι πολύ χρήσιμοι γιατί παράγουν μια σειρά χρήσιμων αντιβιοτικών, όπως streptomycin, terramycin, neomycin. Τέλος, πριν από είκοσι περίπου χρόνια βρέθηκε ότι έχουν συμβιωτική δράση με επτά τουλάχιστον οικογένειες φυτών (ενώ τα βακτήρια rhizobium μόνο με τα ψυχανθή) και ότι δεσμεύουν ατμοσφαιρικό άζωτο. Αναπτύσσονται σε ποικίλα καθεστώτα εδαφικής υγρασίας προτιμώντας κυρίως τα υγρά εδάφη. Είναι περισσότεροι στα θερμά εδάφη, ενώ δεν θέλουν όξινες συνθήκες (ικανοποιητική ανάπτυξη έως pH 6).

Φύκη: Τα εφοδιασμένα με χλωροφύλλη και επομένως ικανά να φωτοσυνθέτουν (αυτότροφοι οργανισμοί) μικροσκοπικά φυτά είναι τα φύκη. Ζούν στην επιφάνεια του εδάφους, ευνοούνται ακόμη περισσότερο σε συνθήκες υγρασίας και απαιτούν φώς. Δεν είναι τόσο σημαντικά ως διασπαστές της οργανικής ουσίας.

Ζωικοί εδαφικοί οργανισμοί - Ασπόνδυλα: Έχουν πολύ χρήσιμη δραστηριότητα, είναι αυτοί που τεμαχίζουν τα φυτικά μέρη και εκθέτουν οργανικές επιφάνειες, ώστε να δρουν πάνω τους οι εδαφικοί μικροοργανισμοί. Μετακινούν, εντός του εδάφους, τεμάχια και περιττώματα πλούσια σε βακτήρια προς όλες τις κατευθύνσεις. Γενικά δρουν προς το όφελος της ομογενοποίησης του εδαφικού σώματος. Ο πληθυσμός τους μειώνεται αισθητά από την επιφάνεια του εδάφους προς τα βαθύτερα στρώματα. Εδώ ανήκουν τα πρωτόζωα, (η απλούστερη ίσως μορφή πανίδας), τα αρθρόποδα (π.χ. τερμίτες), οι (γαιο-) σκώληκες, που περιλαμβάνουν και τους σημαντικούς νηματώδεις, οι οποίοι έχουν και επιβλαβή δράση για τις ρίζες των φυτών.

Εδαφικές ιδιότητες και οργανισμοί του εδάφους

Ιδιότητες όπως η εδαφική υγρασία, η θερμοκρασία του εδάφους, το pH, το πορώδες, ο αερισμός, τα άλατα, η έκθεση στο φώς - τον ήλιο και βέβαια το ποσοστό οργανικής ουσίας είναι οι σημαντικότερες εδαφικές ιδιότητες, που επηρεάζουν άμεσα ή έμμεσα τον πληθυσμό και την ένταση της δραστηριότητας των μικροοργανισμών του εδάφους. Επομένως κλιματικές συνθήκες και κυρίως η θερμοκρασία και η υγρασία, αλλά και το είδος και η κατάσταση της βλάστησης, είναι παράγοντες που επίσης επηρεάζουν το είδος και τον πληθυσμό αυτών.

Εδαφική υγρασία: Σημαντικό παράγοντα αποτελεί η εδαφική υγρασία, η οποία για να δημιουργήσει άριστες συνθήκες δραστηριότητας οργανισμών στο έδαφος, αλλά και αύξησης του πληθυσμού τους, πρέπει να βρίσκεται κοντά στην υδατοϊκανότητα. Ένα ποσοστό 80% της υδατοϊκανότητας θεωρείται ευνοϊκή τιμή (κοντά δηλαδή και στις απαιτήσιες των καλλιεργειών). Παράλληλα όμως να σημειωθεί ότι η αντοχή των μικροοργανισμών σε δυσμενείς συνθήκες υγρασίας είναι μεγάλη.

Θερμοκρασία: Οι άριστες συνθήκες θερμοκρασίας είναι αρκετά υψηλότερες από τις αντίστοιχες απαιτήσεις των καλλιεργειών, με αποτέλεσμα σε συνήθη εδαφοκλιματικά περιβάλλοντα οι μικροοργανισμοί να μην μπορούν να αναπτύξουν τη μέγιστη δραστηριότητα τους. Η πλειοψηφία των βακτηρίων και των ακτινομυκήττων θέλουν, για άριστη συμπριφορά, τιμές θερμοκρασίας μεταξύ 25 και 37^oC. Υπάρχουν και οργανισμοί όμως που αντέχουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και άλλοι σε πολύ υψηλές. Γενικά πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι οι βιολογικές αντιδράσεις αυξάνουν σε διπλάσιο ρυθμό καθώς αυξάνει η θερμοκρασία από 10 σε 20^oC.

pH του εδάφους: Η οξύτητα ή αλκαλικότητα του εδάφους αποτελεί σημαντική παράμετρο για την μικροβιακή δραστηριότητα του εδάφους. Από τα αναφερθέντα για τα βακτήρια και τους μύκητες είναι φανερό ότι ο λόγος του πληθυσμού των μυκήτων προς τον πληθυσμό των βακτηρίων (ή και ακτινομυκήτων) είναι μεγαλύτερος σε όξινα εδάφη παρά σε αλκαλικά. Εξετάζοντας συνολικά τους οργανισμούς του εδάφους μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι τιμές του pH γύρω στο 7 είναι ικανοποιητικές.

Πορώδες - αερισμός: Γενικά τα λεπτόκοκκα εδάφη θεωρούνται ευνοϊκότερα για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών σε σχέση με τα χονδρόκοκκα. Παράλληλα όμως απαιτούν ικανοποιητικό αερισμό ώστε να μπορέσουν να χρησιμοποιήσουν τα απαραίτητα στοιχεία: οξυγόνο (για τις οξειδωτικές διαδικασίες), διοξείδιο του άνθρακα (ως πηγή άνθρακα για τους αυτότροφους οργανσισμούς) και άζωτο για τους δεσμευτές του ατμοσφαιρικού αζώτου).

Όσα αναφέρθηκαν οδηγούν στην εφαρμογή ορισμένων μέτρων για να βελτιωθούν οι συνθήκες, που θα επιτρέψουν την αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας του εδάφους κατά τρόπο, που θα έχει θετική επίδραση στην παραγωγική συμπεριφορά μιας περιοχής. Μερικά από τα μέτρα αυτά είναι:

Διατήρηση του pH του εδάφους σε τιμές πάνω από 6 π.χ. με ασβέστωση).
Περιορισμός εδαφικών απολυμάνσεων και αποστειρώσεων.
Διατήρηση ποσοστού οργανικής ουσίας σε υψηλά επίπεδα.
Εμβολιασμός του εδάφους με τα επιθυμητά συμβιωτικά βακτήρια, για τις περιπτώσεις εκείνες που δεν υπήρχαν για πολλά χρόνια φυτά, τα οποία θα μπορούσαν να τα φιλοξενήσουν. Αξίζει να σημειωθεί ότι μερικά συμβιωτικά μπορεί να ζήσουν ακόμη και με απουσία τέτοιων ειδών ίσως και για δέκα χρόνια.
Αποφυγή ύπαρξης συνθηκών ξηρασίας, μόνιμης στάθμης νερού, υπερβολικής λίπανσης, συγκέντρωσης αλάτων.