| Joel Williams
Proteklih godina je jako poraslo interesiranje za potencijal zemljišta da vezuje ugljik (C) iz atmosfere i mnoge studije se bave dinamikom i prirodom organske materije u zemljištu. Pored očiglednih pozitivnih aspekata vezivanja ugljka za klimu, formiranje organske materije u zemljištu stvara brojne koristi za ekosistem i poljoprivredu, jer može poboljšati proizvodnju i profitabilnost, što je očigledno situacija u kojoj su svi na dobitku. Postoji mnogo novih ideja i modela koji vjerojatno mogu dovesti u pitanje neke od dosadašnjih stavova o organskoj materiji u zemljištu. Primjer je raspadanje i stabilizacija kompleksnih biljnih ostataka u usporedbi sa prostim biljnim ostacima. To jest, čvrsti biljni ostaci kao što su lignin i celuloza u usporedbi sa metaboličkim proizvodima biljaka kao što su eksudati, šećer i aminokiseline. Dakle govorimo o kompleksnim, teško razgradivim supstancama u usporedbi sa nestabilnim, lako razgradivim spojevima.
Prethodni pristup strukturi organske materije u zemljištu se fokusirao prvenstveno na strukturnije biljne komponente – vjerovalo se da se ovi složeni ugljični spojevi polako raspadaju i samo polako razgrađuju1-3. Što je sporije razgrađivanje, to ugljik duže ostaje u zemljištu i donosi trajnije benefite funkcionalnosti zemljišta. Shodno tome, primjena ovog stava u praksi veći naglasak stavlja na očuvanje strništa i ostataka žitarica i trave u usporedbi sa ostacima mahunarki. Ovo naravno ima veze sa odnosom C:N ovih biljnih ostataka, s tim što ostaci monokotiledonih biljaka imaju visok odnos C:N, dok ostaci mahunarki imaju nizak odnos C:N. Razlika u odnosu C:N znači da se ostaci mahunarki mnogo brže raspadaju. Zato se smatralo da su prednosti ovih ostataka kratkog vijeka. Eksudati korijenovog sistema su isto tako bili zanemareni, jer su bili preslabi i prema općem mišljenju brzo su oslobađali ugljen-dioksid (CO2). Kao što ćemo videti, organske materije u zemljištu iz veoma kvalitetnih supstrata (ostaci mahunarki i eksudati korijena) su potpuno drugačije kvalitete i na kraju krajeva trajnije od organskih materija u zemljištu koje potiču od složenih, teško razgradivih ostataka. Naravno, ne kažem da treba napustiti očuvanje strništa i velikog udjela žetvenih ostataka – to je veoma važna strategija, pogotovo u područjima sa suhom klimom, gdje je vlaga glavni ograničavajući faktor.
Problem kod biljnih ostataka koji sadrže lignin sa velikim udjelom C:N je što zbog svoje složenosti mikroorganizmi ne mogu lako asimilirati ugljik u tim ostacima. Zbog toga je potrebno puno mikrobne energije da bi se prvo razgradili ovi ostaci. Stoga je neophodan postupak predraspadanja prije asimilacije mikroba. Mikroorganizmi mogu ove teško razgradive spojeve uglika razbiti samo proizvodnjom i izlučivanjem različitih enzima, koji zatim kemijski napadaju i razlažu ove složene ostatke. Kroz ovo enzimsko razlaganje mikroorganizmi mogu apsorbirati manje, slabije proizvode razgradnje. Na kraju, to znači da mikroorganizmi moraju proširiti ili potrošiti metaboličku energiju da bi proizveli složene, vanćelijske enzime. Veća potrošnja energije vodi nižoj stopi rasta ili manjoj proizvodnji mikrobne biomase. Drugim riječima: količina mikrobne biomase dobivena po jedinici ugljika iz ovih složenih ostataka je manja i zato ima nižu stopu iskorištavanja ugljika4.
Pitanje glasi: što bi bilo ako bismo mikroorganizme od samog početka hranili slabijim materijama sa nižim sadržajem C:N? Tada mikroorganizmi ne bi trošili metaboličku energiju za proizvodnju eksternih enzima i mogli bi mnogo efikasnije stvarati više mikrobne biomase. Ova ideja mikrobiološke aktivnosti za više organske materije u zemljištu je sve zastupljenija: ako se mikroorganizmi hrane ugljičnim spojevima sa većom stopom iskorištavanja ugljika – npr. slabim eksudatima korijena i ostacima sa malim sadržajem C:N, oni mogu mnogo efikasnije proizvesti mikrobnu biomasu4,5. Važno je pronaći najefikasniji način za stvaranje ove biomase, pošto aktualne studije pokazuju da mrtva mikrobiološka masa (nekromasa) čini više od 50% organskog ugljika u zemljištu6-8. Ovaj mikrobiološki doprinos je veći nego što se do sada mislilo. Pretpostavljalo se da se većina ugljika u zemljištu sastoji od biljnog materijala u različitim fazama raspadanja. Ovi inputi ugljika – neprekinuti lanac biljnih ostataka koji se raspadaju, a koji zbog svoje složene strukture još uvijek nisu apsorbirani od strane žive biomase – nazivaju se partikularnom organskom supstancom9. Stvar je u tome što oni još uvijek nisu integrirani u ili od strane mikroorganizma. Organska materija u zemljištu je zapravo mješavina inputa ugljika koji potiču iz biljke i mikroorganizama10. Zbog toga je izuzetno važno osigurati hranu za mikroorganizme u zemljištu – ali što efikasnije11. Gledajući u budućnost, upravljanje njivama za buduće generacije znači stvaranje mikrobiološke mase i podržavanje nekromase u cilju održavanja zdravog zemljišta, zdravih ekosistema i zdrave klime7.
Koliko god je fokus na vezivanju ugljika u zemljištu i koliko god se intenzivno raspravljalo o ovoj temi, želio bih naglasiti jedan kritični aspekt. Nema vezivanja bez stabilizacije. Lijepo je i dobro vezati ugljik u zemljištu (bilo preko biljke ili mikroorganizama), ali on onda mora tamo i ostati. Ako ne ostane tamo, onda smo samo dio globalnog kruženja ugljika – udahnite, izdahnite. Ali kako stabilizirati vezani ugljik? Postoje važni kemijski i fizički procesi koji jednako stabiliziraju ugljik u različitim organskim materijama u zemljištu12. Kemijska stabilizacija se događa kada se spojevi ugljika čvrsto vežu za mineralne površine, stvarajući organsku materiju zemljišta9. Sve je jasnije da su mikrobiološka nekromasa i kvalitetni biljni ostaci (nizak udio C:N) zajedno sposobniji formirati ovaj stalni udio materije u zemljištu9,13. Protok organskih materija u zemljištu povezanih sa mineralima je vrlo spor, tako da ostaje dugo u zemljištu. Procijenjuje se da traje od 10 do 1000 godina14.
Sa druge strane, poznatiji su nam fizički procesi koji mogu stabilizirati unose ugljika – oni se odvijaju fizičkom akumulacijom u mikro- i makroagregatima u zemljištu. Iako kemijski i fizički uvjeti u zemljištu u početku imaju utjecaja, sintezu agregata uglavnom pokreću biološki procesi – složena interakcija korijena, eksudata korijena, mikroorganizama, mikrobioloških metaboličkih proizvoda i mikrofaune15. Ovi procesi zajedno sudjeluju u kombiniranju čestica zemljišta u agregate različitog oblika i veličine i stvaranju pora koje optimiziraju razmjenu plinova i vode16. U svim ovim biološkim međusobnim odnosima, čini se da mikorizne gljivice igraju posebno važnu ulogu zbog široko razgranatih hifa i sinteze glomalina – posebno ljepljivog i dugotrajnog mikrobiološkog ljepila17. U agregatima zemljišta se bilo koja organska materija može fizički stabilizirati18 – ovaj mehanizam je posebno važan za stabilizaciju čestica organskih materija koje nemaju ovu jaku kemijsku vezu sa mineralnim površinama. Dakle veća je vjerojatnost da će se organska materija stabilizirati kroz ovu fizičku akumulaciju u agregatima, u kojima je zarobljen kisik i time zaštićen ugljik. Ovi agregati nisu vječni. Imaju ograničen vijek trajanja i stalno se mijenjaju – stalno mijenjaju formu i veličinu i ova neprestana promjena čini organsku supstancu kratkotrajnijom od mineralno stabiliziranog ugljika. Cirkulacija organske materije se stoga odvija brže i trajanje se kreće između 1 i 50 godina14.
Kao što je gore opisano, kvaliteta ostataka ili ugljika utječe na kvalitetu i trajanje organske supstance u zemljištu. Ostaci niže kvalitete ili sa velikim udjelom C:N ne odgovaraju mikroorganizmima i stoga grade pretežno čestice organske materije. Čestice organske materije su uglavnom stabilizirane u agregatima, ali su stoga podložne gubicima oksidacijom tokom promjena u agregatima12. Nasuprot tome, eksudate korijena i ostatke visoke kvalitete ili sa niskim udjelom C:N mikroorganizmi u zemljištu vrlo brzo razlažu. Jednom kada se ovi spojevi ugljika apsorbiraju i postanu mikroorganizmi (a time dio mikrobiološkog procesa), vjerojatnije je da će postati dio stabilne frakcije ugljika u zemljištu, kad se mikrobna nekromasa spoji sa mineralnim površinama19. Stoga postoji veza sa različitim vezivnim potencijalom ilovače u usporedbi sa pjeskovitim zemljištem. Budući da srednja i fino struktuirana zemljišta imaju više mineralnih površina, veća je vjerojatnost da će stvoriti organske supstance povezane sa mineralima. Pjeskoviti i lakši tipovi zemljišta sa manje mineralnih površina ne mogu proizvesti mnogo organske supstance povezane sa mineralima i stoga vjerojatno formiraju više čestica organske materije14. To ne bi trebalo umanjiti potencijal čestica organskih materija – sigurno može formirati organsku materiju u zemljištu koja je kratkotrajnija i niže kvalitete. Ali u lakšim zemljištima udio je veći i to pokazuje koliko je važno umanjiti poremećaje zemljišta i održavati agregatnu stabilnost u takvim pjeskovitim zemljištima. Vjerojatno se može izvući slijedeći zaključak: zadržavanje žetvenih ostataka na parcelama je optimalno na lakšim zemljištima i u područjima sa suhom klimom, dok je zeleni pokrivač koristan u područjima sa umjerenom klimom i zemljištima srednje strukture.
Ostavljanje žetvenih ostataka na parceli je prigodna metoda za unapređenje zdravlja zemljišta, doprinosi zaštiti zemljišta i očuvanju vlage i ne može se potcjenjivati. Pa ipak sve više dolazi do izražaja da ostaci mahunarki i živog korijena sa njegovim eksudatima stvaraju efikasnu mikrobiološku biomasu i nekromasu. Shodno tome, usvajanje principa „trajno živog korijena“ zbog zdravlja zemljišta bi svim poljoprivrednicima trebalo biti glavni prioritet kad god je to moguće. Ovaj princip zdravlja zemljišta će prije svega doprinjeti optimizaciji mikrobiološke aktivnosti za više organske materije u zemljištu. Njeno formiranje nije moguće bez stabilizacije. I zato je kemijska i fizička stabilizacija nekromase i supstrata biljnog porijekla od istinske važnosti. Ako se zemljište minimalno remeti, dodatno se pojačavaju pozitivni efekti živih korijenovih sistema, eksudata i pratećih mikrobioloških interakcija, kao i stabilizacija ugljika.
Izvori
