Sistemul de agricultura durabila

Sistemul de agricultura durabila

Sistemul de agricultura durabila reprezinta un concept aparut dupa 1980, ca o alternativa la efectele negative ale agriculturii conventionale.

S-au dat numeroase definitii si inca se discuta despre semnificatia termenului "durabil". Cuvantul "sustinere" este tradus din limba latina ca un cuvant compus din "sus" = de dedesubt si tenere = a tine. In limba engleza a dat sustain, din franceza si inseamna a tine in viata, implicand un suport pe termen lung sau permanent. Aplicat substantivului "agricultura" descrie sisteme de productie care sunt capabile de a-si mentine productivitatea si folosinta pentru societate in mod indefinit. Astfel de sisteme de productie agricola trebuie sa recicleze resursele, sa asigure nevoile societatii, sa fie competitive comercial si sa protejeze mediul. Rezulta ca agricultura durabila este un sistem integrat de productie vegetala si animala care trebuie sa:

- asigure necesarul de hrana si fibre pentru societate;

- pastreze calitatea mediului si a resurselor naturale de care depinde;

- utilizeze in cel mai eficient mod resursele neregenerabile iar acolo unde este posibil, sa controleze ciclurile biologice;

- sustina viabilitatea economica a operatiilor de productie;

- creasca permanent calitatea vietii fermierilor si a societatii ca intreg.

Cum trebuie sa reconsideram productia de hrana si fibre in termenii durabilitatii? Care sunt aspectele ecologice, sociale, economice si filozofice pe care le implica agricultura durabila? Agricultura conventionala sau moderna ori industriala a cunoscut o crestere imensa in productivitate. Acest lucru se produce prin tehnici moderne deoarece suprafetele cultivabile scad. Aceste tehnici conventionale variaza de la ferma la ferma si de la tara la tara. Totusi, ele au unele caracteristici comune: inovatia tehnica rapida; capital masiv investit; ferme din ce in ce mai mari; culturi putine, in rotatii scurte sau monocultura; hibrizi foarte productivi; folosirea pe scara larga a pesticidelor, fertilizantilor si aporturilor energetice mari; eficienta mare a muncii si dependenta de piata. In cazul productiei animaliere, cea mai mare parte provine din sisteme concentrate de productie.

Din punct de vedere filozofic agricultura industriala presupune urmatoarele lucruri:

ca natura este un competitor care trebuie depasit;

ca progresul necesita o evolutie nesfarsita a fermelor mari si depopularea comunitatilor rurale;

ca progresul este masurat, in mod primar, prin cresterea consumului;

eficienta este masurata prin comparatia cu nivelul inferior;

ca stiinta nu este partinitoare ci este condusa de forte naturale pentru a produce bunuri sociale.

Consecintele negative semnificative au venit odata cu bunastarea creata de agricultura in stil industrial; acestea sunt:

scaderea productivitatii solului determinata de scaderea continutului de materie organica, eroziunea prin apa sau vant, compactare, scaderea capacitatii de retinere a apei si activitatii biologice a solului, salinizare in zonele irigate; desertificarea este o problema in crestere in unele parti din Africa;

Agricultura este cel mai mare poluant al apelor cu sedimente, saruri, fertilizanti (nitrati si fosfor), pesticide si gunoi de grajd; pesticide din toate clasele au fost detectate in apele freatice de sub toate zonele unde se face agricultura; eutroficarea generata de acest fenomen este larg raspandita; reducerea calitatii apei afecteaza productia agricola in sine, rezervele de apa potabila si productia de peste;

Penuria de apa este generata de suprautilizarea uscatului si apei freatice pentru irigare fara a tine seama de circuitul obisnuit;

In urma folosirii pesticidelor, mai mult de 400 de specii de insecte si paianjeni si peste 70 de specii de ciuperci au devenit rezistente unul sau mai multe substante; afectarea polenizatorilor si a altor insecte benefice din cauza folosirii pesticidelor; pierderea zonelor umede, mlastinoase si a habitatului vietuitoarelor salbatice; scaderea biodiversitatii din cauza uniformitatii genetice a majoritatii culturilor si raselor.

Interconexiunea agriculturii cu schimbarea climatica globala este doar la inceput. Distrugerea padurilor tropicale si a altei vegetatii naturale pentru ca terenul sa fie cultivat determina cresterea concentratiei de bioxid de carbon din atmosfera; studii recente arata ca solul este o sursa importanta de gaze de sera.

Procesul de modernizare a agriculturii, care s-a intensificat dupa 1950, s-a caracterizat printr-o crestere puternica a numarului de masini agricole si tractoare, a cantitatilor de ingrasaminte chimice si pesticide aplicate si a numarului si agresivitatii lucrarilor solului. Aceasta a dus, pe de o parte, la cresterea productiilor si a veniturilor dar, pe de alta parte, a avut urmari negative de durata, cu consecinte asupra calitatii mediului, nivelului resurselor si biodiversitatii. Astfel, luarea in cultura a terenurilor cu exces de umiditate, din cauza nevoilor de produse, folosirea drenajului, aportul masiv de pesticide, au determinat distrugerea ecosistemelor, a diversitatii biologice, precum si a unor nise ecologice importante. Astfel, prin folosirea masiva a ingrasamintelor chimice pe baza de azot, la doze de peste 300 kg s.a. la hectar, in tarile din vestul Europei s-a infestat apa freatica ce nu mai poate fi folosita la baut in zonele respective. Concentratia sporita de nitrati si nitriti din apa potabila determina imbolnavirea sugarilor si a copiilor mici, in special. Acolo unde insa, apa freatica infestata se scurge in lacuri, cresc excesiv algele care, la randul lor, nu mai permit viata pestilor din cauza bioxidului de carbon degajat prin respiratia lor, acesta dizolvandu-se in apa mult mai usor decat oxigenul. Fenomenul poarta numele de "eutroficare" iar pericolul pe care il reprezinta a determinat aplicarea de masuri ferme, legislative chiar, pentru reducerea levigarii nitatilor in profunzime. Nu mai este un secret ca statul chiar ii plateste pe fermieri daca lasa terenul necultivat iar pe cei care il ara, ii obliga sa il semene a doua zi pentru ca nitratii sa fie extrasi de plante de cultura sau buruieni; aceste reglementari sunt valabile in Danemarca si Olanda.

Principalele practici ce trebuie respectate in cadrul sistemului de agricultura durabila pentru a mentine fertilitatea solului sunt:

rotatia culturilor, pentru a micsora influenta negativa a buruienilor, bolilor si daunatorilor, pentru a aduce in sol azot organic, pentru a reduce eroziunea solului si pentru a reduce riscul contaminarii apei cu produse chimice de origine agricola.

Strategii de combatere care sa nu afecteze ecosistemele naturale, fermierii, vecinii lor sau consumatorii. Acestea se refera la tehnici de combatere integrata ce reduc necesarul de pesticide prin o mai atenta urmarire a culturii, folosirea de soiuri rezistente, programarea semanatului si combatere biologica.

Combaterea buruienilor pe cale mecanica sau biologica; folosirea tehnicilor de cultura care pastreaza mai bine apa in sol si conserva solul; folosirea ingrasamintelor organice de origine animala sau vegetala;

Folosirea inputurilor naturale sau artificiale in asa fel incat sa nu puna in pericol sanatatea omului, animalelor sau mediului inconjurator.

In noua abordare, moderna, trebuie aplicate solutii pe termen lung in loc de a trata simptome. Natura tinde sa functioneze pe baza de cicluri astfel incat, o anumita cantitate dintr-un un element trebuie sa se intoarca, peste un anumit timp de unde a pornit. Prin interventia umana este posibil sa dereglam aceste cicluri naturale astfel incat resursele nu vor mai fi suficiente dupa un anumit timp. Este cazul nutrientilor care se extrag anual din sol odata cu recolta si sunt exportati in alta parte, in alt continent si nu vor mai ajunge niciodata pe acel pamant. De aceea vom descrie ciclurile principalelor elemente chimice, cu observarea situatiilor in care omul intervine gresit.

Ciclul carbonului

Prin ciclul unui anumit element chimic in natura, asa cum am amintit mai sus, se intelege fenomenul de revenire a atomilor respectivului element in substanta de unde a provenit. Astfel, atomii de carbon din care suntem facuti noi, este posibil sa fi facut parte din nenumarate alte molecule. Lemnul ars da nastere la bioxid de carbon care, prin fotosinteza poate intra intr-o planta pe care o mancam; in acest mod, carbonul care a fost eliminat din acea bucata de lemn, prin ardere, acum face parte din corpul nostru. Din pacate, uneori, acest circuit nu este bine inteles si, prin greselile pe care le facem afectam circuitul normal al carbonului in natura, lucru care, in final, ne afecteaza tot pe noi. De aceea, pentru a intelege, vom lua un exemplu de circuit al carbonului in natura. Plantele, animalele si solul interactioneaza alcatuind baza ciclurilor elementelor chimice din natura. In cadrul ciclului carbonului, plantele fixeaza bioxidul de carbon din atmosfera sub forma de carbohidrati care intra ulterior in ciclurile metabolice. Plantele sunt consumate de erbivore iar acestea de carnivore. Carbonul este eliminat din nou in atmosfera prin respiratie sau ajunge in sol unde este fixat sub forma de materie organica policondensata - humus; acesta este descompus de microorganisme si ajunge, prin respiratia acestora, tot in atmosfera. De aceea, atmosfera si solul sunt considerate rezervoare de carbon. Pe langa acestea, Oceanul Planetar dizolva o mare cantitate de bioxid de carbon si contine organisme vii si moarte, de natura vegetala sau animala, constituite, printre alte elemente chimice, si din carbon. Sedimentele organice (pe baza de carbon) se transforma in timp, in carbune sau petrol; si acestea sunt rezervoare importante de carbon. Schimbul anual dintre aceste rezervoare se produce prin procese specifice.

Carbonul din atmosfera se gaseste, in special sub forma de bioxid de carbon, care, desi este intr-o concentratie foarte mica, de 0,03%, este esential pentru viata pe planeta noastra. Alte forme de carbon din atmosfera sunt metanul si cloroflorocarbonatii. Acestia din urma sunt, in intregime, artificiali. Toate formele de carbon din atmosfera determina efectul de sera. Pana la un punct, acest efect este folositor deoarece, prin absorbtia radiatiei infrarosii contribuie la incalzirea atmosferei, lucru greu de facut altfel, deoarece aerul se incalzeste greu si transmite caldura si mai greu. Peste un anumit continut insa, incalzirea atmosferei poate avea efecte nedorite, intr-un timp scurt. Acesta este mult temutul fenomen de sera, produs de dioxidul de carbon, metan si cloroflorocarbonati.

Caile de preluare a carbonului din atmosfera sunt urmatoarele:

fotosinteza

apa de mare rece din apropierea polilor deoarece dizolva mai mult bioxid de carbon decat apa calda.

Organisme marine care fixeaza carbonul in tesuturile lor (corali)

Descompunerea rocilor silicatice prin urmatoarea reactie:

CO₂+MSiO₃ ↔ (in prezenta apei) MCO₃+SiO₂, unde M= diverse metale. In absenta altor procese, aceasta reactie tinde sa mentina o concentratie redusa de CO₂ in atmosfera, de cca. 0,001%. Bioxidul de carbon este cedat, in special, de microorganismele din sol, mai ales in solurile bogate in materie organica in descompunere. Astfel, rezulta:

CO₂+H₂O+CaCO₃ →Ca(HCO₃) - bicarbonatul de calciu, total solubil. Aproximativ jumatate din el va fi ulterior depus ca exoschelete in sedimentele oceanice si, de aici in litosfera, in timp ce carbonul ramas este respirat din nou catre atmosfera.

Depozitele biogene prezente sub forma enormelor cantitati de calcar - CaCO₃ - in depozitele sedimentare sunt o dovada a enormei cantitati de CO₂ ce a fost eliberata in atmosfera, de-a lungul erelor geologice. Coralii si algele pot si ei sa faca astfel de depozite. Acum, cele mai cunoscute sunt foraminiferele in apa marilor. Carbunele si petrolul sunt celelalte doua tipuri de depozite biogenice; de aici este adus carbon in atmosfera, prin ardere, fenomen care perturba grav ciclul normal, natural al carbonului. In absenta aducerii la suprafata a acestor doua tipuri de combustibil, carbonul si-ar desfasura ciclul scurt intre atmosfera, biosfera, hidrosfera si sol. Daca mijloacele ecologice de a produce energie cum sunt energia solara, a apei in cadere s.a. ar fi stimulate, situatia la nivel planetar nu s-ar agrava cum se intampla acum. Sigur ca nu i se cere fiecaruia sa fie atat de constient , ecologist si responsabil incat sa renunte la masina proprie pentru ca polueaza ci trebuie ca factorii de decizie sa impulsioneze producerea de energie curata. Cu toate acestea, nu se asteapta ca sa renuntam la a arde petrol pana ultima picatura va fi scoasa din pamant.

Iata cum a variat concentratia de CO2 a atmosferei si temperatura in ultimii 400 000 de ani, pana in anul 1950. In ultimii 10 000 de ani aceasta a fost de circa 275 ppm iar in prezent a ajuns la 378 ppm; in acest ritm, la sfarsitul secolului in care de abia am intrat, va ajunge la 840 ppm. Se mai poate observa ca in ultimii 450 000 de ani concentratia de bioxid de carbon nu a fost niciodata mai mare de 300 ppm.

Din figura . se observa ca cea mai mare cantitate de energie se consuma pentru incalzirea si functionarea aparatelor casnice, mult mai mult decat transportul.

Fig . . Concentratia de CO2 si temperatura atmosferei in ultimii 450 000 de ani.

Fig. . Repartitia consumului de energie in Statele Unite ale Americii.

Cresterea concentratiei de CO2 ar fi fost si mai mare daca oceanul nu ar fi tamponat prin dizolvarea lui in apa iar plantele acvatice si terestre nu l-ar fi imobilizat in corpul lor.

Caile de revenire a carbonului in atmosfera sunt:

respiratia plantelor si animalelor, proces in care glucoza este descompusa in dioxid de carbon si apa, cu degajarea energiei necesara formarii ei.

Descompunerea de catre bacterii sau ciuperci a materiei moarte a plantelor si animalelor avand ca rezultat dioxidul de carbon, in prezenta oxigenului si metanul in absenta lui.

Prin arderea diverselor materiale organice cum sunt lemnul, petrolul, carbunele, gazul natural, etc. Prin acest proces creste cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera, producandu-se un dezechilibru in circuitul carbonului.

Apa calda a oceanului elibereaza dioxid de carbon deoarece nu poate mentine a cantitate mare dizolvata.

Eruptiile vulcanice.

Carbonul in biosfera

Viata pe Pamant se bazeaza pe carbon care are rolul esential in structura, biochimia si nutritia celulelor vii. Organismele vii contin cca. 1900 gigatone de carbon. Dupa modul de hranire ele pot fi clasificate in autotrofe si heterotrofe. Organismele autotrofe isi procura singure hrana in mediul in care traiesc, bazandu-se pe o sursa de energie, care, in cele mai multe cazuri, este soarele; fenomenul este denumit fotosinteza. Foarte putine traiesc prin chemosinteza. Cele mai importante fotosintetizatoare sunt copacii si fitoplanctonul din oceane.

Organismele heterotrofe se hranesc cu alte organisme, in cadrul lanturilor trofice.

Carbonul din biosfera poate intra in atmosfera prin respiratie iar in litosfera prin organismele moarte nedescompuse, cum este turba sau lemnul. Cochiliile de animale se pot transforma in carbonat de calciu prin sedimentare.

Carbonul din oceane

Oceanul Planetar contine circa 36000 gigatone de carbon, cea mai mare parte sub forma de ion bicarbonat. Carbonul anorganic, reprezentat de compusii care nu au legaturi C-C sau C-H, este important deoarece regleaza pH-ul apei si reprezinta o rezerva importanta. Asa cum am amintit mai sus, apa rece dizolva mai mult dioxid de carbon decat cea calda. Reactia de formare a acidului carbonic este:

CO₂+H₂O H₂CO₃

Acesta disociaza in:

H₂CO₃H⁺+ HCO₃^-.

Aceasta reactie determina, in mare parte, reglarea pH-ului apei de mare.

Ciclul azotului

Azotul este unul dintre cele mai importante elemente chimice ale ciclurilor trofice din ecosistemele terestre. El este folosit de catre organismele vii pentru producerea moleculelor complexe cum sunt proteinele, acizii nucleici si enzimele. Azotul continut de atmosfera sub forma moleculara este de cca. un milion de ori mai mult decat cel cuprins in organismele vii. Alte rezervoare de azot sunt humusul din sol si materia organica din oceane. In ciuda abundentei din atmosfera, azotul este principalul factor de limitare a cresterii plantelor. Acest lucru se intampla deoarece plantele pot folosi azotul numai sub forma ionica, NH⁺₄ sau NO^-₃. Molecula de azot este foarte greu de desfacut deoarece legatura covalenta dintre cei doi atomi este tripla, a doua legatura, ca tarie, din natura, dupa cea covalenta cuadrupla existenta in diamant.

In toate ecosistemele, azotul se afla in organismele vii sau moarte, ca materie organica. Acest azot organic este convertit in azot anorganic atunci cand reintra in ciclul biogeochimic prin descompunere. Descompunatorii, care se gasesc in stratul superficial al solului, modifica din punct de vedere chimic azotul din materia organica din amoniac, NH₃ in ion amoniu, NH⁺₄. Acest proces se numeste mineralizare si este produs de o varietate de microorganisme ca bacterii, actinomicete si ciuperci. Ionul amoniu poate fi adsorbit la suprafata mineralelor argiloase in sol deoarece este pozitiv iar majoritatea coloizilor solului sunt negativi. El poate fi eliberat prin fenomenul de schimb cationic si atacat de bacterii autotrofe nitrificatoare care il oxideaza la NO^-₂, (ionul nitrit) si mai departe la NO^-₃ (ionul nitrat). Aceste bacterii fac parte din genurile Nitrosomonas, respectiv, Nitrobacter. Acesti doi ioni sunt negativi si pot fi spalati din sol. In conditii de lipsa a oxigenului, in soluri tasate, in care balteste apa, acesti doi ioni se pot reduce la N₂ sau N₂O prin fenomenul denumit denitrificare ce este produs de bacterii heterotrofe, anaerobe. Cele doua gaze rezultate se pierd in atmosfera.

Aproape tot azotul ce se gaseste in ecosistemele terestre provine din atmosfera. Caile prin care el ajunge in sol sunt de natura fizica si biologica.

De mult timp se crede ca, in timpul ploilor cu fulgere o anumita cantitate de azot trece in stare ionica si ajunge in sol. Aceasta idee a fost pentru prima data sustinuta de catre Justus von Liebig in 1827. Hutchinson, dupa o cercetare amanuntita, a concluzionat ca o astfel de fixare a azotului poate si chiar se produce insa contributia ei la ciclul azotului este minora. Aceasta concluzie este confirmata de faptul ca nu este o corelatie intre incidenta fulgerelor si cantitatea de nitrat din apa de ploaie. Prezenta ionilor de amoniu si de nitrat in apa de ploaie poate fi explicata prin micile particule de praf ce sunt ridicate in atmosfera ce contin NH⁺₄ ce poate fi transformat in NO^-₃ prin urmatoarea oxidare fotochimica:

NH⁺₄ + (OH)^- + 3/2 O₂ → H⁺ + NO^-₂ + 2H₂O

NO^-₂ + ½ O₂ → NO^-₃

Cantitatea de NH⁺₄/NO^-₃ in apa de ploaie este mai mare la inceputul ploii iar raportul NH⁺₄/NO^-₃ este 2:1. Cu cat este ploaia mai abundenta, cu atat este mai mica, atat cantitatea cat si concentratia NH⁺₄/NO^-₃. Nivelurile de ion amoniu sau nitrat sunt mari atunci cand aerul contine mult praf, de exemplu dupa sezonul uscat cant urmeaza musonul. Acest lucru nu numai ca implica solul ca sursa de NH⁺₄ dar explica si faptul ca fotooxidarea se produce cand aceste particule de praf sau silice sunt acoperite de un film de apa.

Majoritatea azotului atmosferic insa este fixat in sol biochimic, prin actiunea unor bacterii, actinomicete si cianobacterii. Desi unele nu fac simbioza cu plantele, majoritatea formeaza nodozitati pe radacini aprovizionand planta cu nitrat, aceasta dandu-i in schimb produse finite necesare metabolismului bacteriei, carbohidrati. Se apreciaza ca, prin fixarea biologica se aduc in sol anual, cca. 140 mil. tone de azot.

Activitatile umane au daunat mult ciclului azotului in natura. Unele dintre acestea sunt:

aplicarea in exces a ingrasamintelor pe baza de azot care au determinat producerea de cantitati mari de nitrati care s-au scurs in apa freatica. De aici acestea s-au scurs in rauri, fluvii, mari, lacuri, unde au determinat dezvoltarea excesiva a algelor care au consumat o mare parte a oxigenului din apa ceea ce a condus la moartea animalelor acvatice. Acest fenomen se numeste eutroficare.

Depunerea de cantitati crescande de azot atmosferic provenit din arderile combustibililor fosili sau a padurilor. Aceste doua tipuri de arderi genereaza forme solide de nitrogen.

Cresterea a multor animale determina eliberarea de cantitati mari de amoniac in atmosfera. Acest azot intra in sol si de aici in ape.

Scurgerile de la canalizari.

In Marea Britanie, fermierii din zonele susceptibile levigarii nitratilor sunt sfatuiti sa limiteze folosirea azotului chimic si sunt recompensati material daca adera la masurile de reducere a levigarii, printre care, cele mai importante sunt:

neaplicarea de azot mineral in exces;

neaplicarea de azot toamna sau iarna;

nefolosirea de azot suplimentar pentru graul panificabil;

evitarea lasarii terenului ogor pe timpul iernii;

limitarea cantitatilor de gunoi de grajd aplicate anual la echivalentul a 175 kg N/ha;

sa nu aplice gunoi de grajd de pasari vara tarziu sau toamna;

sa nu are pasunile.

Ciclul fosforului

Ingrasamintele chimice cauzeaza daune ireparabile mediului. Pentru a intelege cum se produc aceste fenomene trebuie sa cunoastem ciclul fosforului.

Spre deosebire de carbon si azot, ciclul fosforului se deosebeste in primul rand prin aceea ca el nu ajunge in stare gazoasa in atmosfera. Fosforul se gaseste in principal in apa, sol si sedimente. In atmosfera el se gaseste in particulele fine de praf. Plantele folosesc fosforul ca saruri; acestea sunt eliberate cand apa erodeaza rocile fosfatice iar materialul este depus si solificat. Sarurile fosfatice sunt absorbite de radacini si folosite la constituirea moleculelor organice de tipul acizilor nucleici, transportatorilor de energie, enzimelor, s.a. Plantele sunt consumate de animale care, ori il excreta ori se descompun, dupa moarte si elibereaza din nou fosforul in sol.

In comparatie cu azotul si carbonul, rata de eliberare a sarurilor de fosfor este extrem de lenta. Fosforul poate ramane in roci sau sedimente milioane de ani. In plus, competitia dintre mineralizare si imobilizarea fosforului organic incetineste viteza de revenire a fosforului disponibil de a fi folosit. Drept rezultat, nevoile plantelor sunt mai mari decat fosforul revenit in sol, gata de a fi extras de catre acestea. Pentru a creste productia omul aplica ingrasaminte pe baza de fosfor.

Mineralizarea si imobilizarea fosforului

Cele doua forme ale fosforului din sol sunt cea organica si cea anorganica. Fosforul organic este cea mai stabila forma a fosforului din sol. De aceea, fosforul anorganic poate fi absorbit de catre plante, daca nu este fixat. Fosforul organic este mineralizat si fixat prin activitatea bacteriilor. Mineralizarea este transformarea fosforului organic in fosfor anorganic. Imobilizarea consta in formarea de fosfor organic din cel anorganic. Echilibrul dintre mineralizare si imobilizare determina disponibilitatea fosforului pentru plante.

In cele mai multe soluri, 50-75% din fosfor este sub forma anorganica. La prima vedere, aceste procente ridicate ne-ar face sa credem ca este destul fosfor pentru nevoile plantei. Totusi, nu este asa deoarece, in cele mai multe soluri fosforul anorganic trece in cele mai stabile forme ale sale si de aceea nu poate fi absorbit de catre plante. Dupa 2-4 saptamani de la aplicarea fosforului anorganic in sol, 90% din acesta trece in forma organica, insolubila. Se va transforma din nou in forma anorganica, solubila, gata de a fi absorbit de catre radacina dar procesul este prea lent pentru a acoperi necesitatile plantei. Ingrasamintele pe baza de fosfor au rolul de a acoperi acest deficit. Cele mai multe ingrasaminte pe baza de fosfor sunt sub forma anorganica, ce poate fi absorbita imediat de catre plante.

Chimia fosforului

Deoarece fosforul este un element vital si limitativ pentru plante este nevoie sa-i intelegem comportamentul chimic in sol. Forma naturala a fosforului este fosfatul care se gaseste in rocile fosfatice. In natura, rocile fosfatice contin fluoroapatita 3Ca₃(PO₄)₂.CaF₂, cloroapatita 3Ca₃(PO₄)₂.CaCl₂ si hidroxiapatita 3Ca₃(PO₄)₂.Ca(OH)₂ precum si fosfatul de fier si calciu Ca2Fe(PO4)2.4(H2O). Cele mai raspandite roci mama loessul, argila, nisipul, calcarul sunt relativ sarace in fosfor. Solul este adesea mai bogat in fosfor decat roca mama

Cand roca fosfatica este zdrobita impreuna cu nisip, SiO₂, la temperatura de 1700 °K, se produce oxid de fosfor, P₄O₁₀.

2 Ca₃(PO₄)₂ + 6 SiO₂ = P₄O₁₀ + 6 CaSiO₃

Acesta poate fi dizolvat in apa pentru a produce acid fosforic:

P₄O₁₀ + 6 H₂O = 4 H₃PO₄

Formele ionice care sunt, in principal, utilizate de catre plante sunt: PO₄^3- si HPO₄^2-. Acesti ioni pot fi produsi prin ionizarea acidului fosforic:

H₃PO₄ = H⁺ + H₂PO₄^-
H₂PO₄^- = H⁺ + HPO₄^2-
HPO₄^2- = H⁺ + PO₄^3-

Solul este, adesea, mai bogat in fosfor decat roca mama datorita capacitatii radacinilor de a extrage fosforul din materialele minerale dezagregate si de a-l lasa sub forma organica dupa moartea lor. De aceea, fosforul in sol se gaseste mai ales sub aceasta forma. Principalii compusi organici cu fosfor sunt: inozitol-fosfatul (60%), acizii nucleici (2,4%), fosfolipidele (< 31 ppm), fitina, lecitina, ambele putand fi utilizate direct de catre plante.

Compusii organici cu fosfor sunt atacati si descompusi in masura variabila de catre microorganisme. De exemplu, fosfolipidele sunt mineralizate de actinomicete. Deci cantitatea de fosfor asimilabil depinde de activitatea bacteriana a solului. Factorii de care depinde solubilitatea solului sunt:

solubilizarea directa de catre radacinile plantelor

metabolizarea treptata de catre exoenzimele vegetale

solubilizarea de catre microorganisme

Fertilizarea cu fosfor mineral intensifica mineralizarea fosforului organic. Totusi, dupa o fertilizare indelungata,cantitatea de fosfor organic creste datorita resturilor organice.

Fosforul ia parte la sinteza materiei proteice si anume a nucleoproteinelor. Se afla in protoplasma celulelor sub forma de fitina, fosfatide si alti compusi organo-minerali. Se acumuleaza mai ales in organele de reproducere, in seminte si fructe si mai putin in lemn. In lipsa fosforului, glucidele formate in frunze nu mai pot fi transportate la locurile de depozitare determinand autocianizarea frunzelor iar plantele raman mici. Intre asimilarea azotului si fosforului este o stransa legatura. Carenta de fosfor se manifesta la cereale prin afectarea infratirii si maturizarii, scaderea productiei. In cantitate optima, are influenta favorabila asupra cresterii radacinilor, asupra formarii florilor, organelor sexuale si a semintelor. Plantele isi fac rezerve mari de fosfor in radacini inca din primele faze de vegetatie. Aceste rezerve sunt folosite mai tarziu de planta pentru formarea frunzelor, florilor si semintelor. Aceasta constatare este de mare insemnatate in ce priveste folosirea rationala a ingrasamintelor fosfatice. Fosforul sporeste energia germinativa a semintelor, stimuleaza infratirea la cereale, grabeste maturitatea, imbunatateste insusirile de panificatie. De asemenea, fosforul imbunatateste calitatea orzoaicei pentru bere prin micsorarea proportiei de proteine, mareste recolta de sfecla si cartofi, le imbunatateste calitatea, le face mai rezistente la boli si le permite o conservare mai buna pe timpul iernii. Sporeste productia si imbunatateste calitatea legumelor, indeosebi la rosii, salata si spanac. Stimuleaza fructificarea la pomii fructiferi, grabeste coacerea, mareste procentul de zahar si imbunatateste calitatea fructelor. Vita de vie consuma cantitati mari de fosfor. Mustul de struguri contine cea mai mare cantitate de fosfor si sulf dintre toate fructele.

Fosforul mareste si productia fanetelor si pasunilor, marind proportia leguminoaselor in asociatia vegetala si asigurand un fan de calitate care previne rahitismul si bolile oaselor. La tomate, carenta de fosfor se manifesta prin culoarea purpurie a tulpinilor, petiolului si partii bazale a frunzelor. Aici se acumuleaza zahar care nu poate fi transportat.

Fosforul influenteaza favorabil si microorganismele din sol, in special bacteriile libere care fixeaza azotul si bacteriile simbiotice. In nodozitatile leguminoaselor, cantitatea de fosfor este de doua ori mai mare decat in radacinile lor.

Cantitatea de fosfor solubil in sol este asa de mica incat abia poate furniza necesarul de fosfor al plantei pe timp de cateva zile dar, pe masura ce aceasta cantitate mica de fosfati solubili este absorbita de catre radacini se formeaza alte noi cantitati de fosfor asimilabil - anion fosforic, H₂PO₄. In lipsa fosforului solubil, unele plante pot extrage fosforul din fosfatii insolubili pe care ii solubilizeaza prin acizii secretati de radacini. Lupinul si, mai ales, hrisca extrag anionul fosforic si din fosfatii tricalcici insolubili, imbogatind solul in fosfor solubil. Unele plante, in special leguminoasele, au insusirea de a elimina o parte din fosforul absorbit, prin sistemul radicular, in perioada de uscare a plantei, dupa formarea semintei.

Fosforul legat de fier, aluminiu sau mangan este greu solubil chiar si in acizi tari. Pe solurile podzolice, acide, unde exista fier si aluminiu liber, chiar daca se aplica ingrasaminte fosfatice (superfosfat simplu), in conditiile in care solul este sarac in fosfor, acesta se leaga de Fe sau Al si se insolubilizeaza puternic. Aceasta este explicatia ineficientei ingrasamintelor cu fosfor pe podzoluri. Inainte de aplicarea ingrasamintelor fosfatice, podzolul trebuie amendat cu calciu care sa fixeze fosfatii sub forma de fosfat tricalcic, inainte de a fi insolubilizat de fier sau aluminiu. In plus, calciul stimuleaza si activitatea bacteriana si, deci, ajuta la mobilizarea fosforului din compusii organici.

Pe solurile cu pH neutru nu se produce fixarea fosforului de catre ionii de fier sau aluminiu, pentru ca acestia nu exista in stare libera. Pe aceste soluri se pot aplica ingrasaminte fosfatice simple care sunt intr-o oarecare masura insolubilizate de calciul din sol insa pot fi eliberate in timp.

Fosforul este printre putinele elemente nesupuse levigarii iar pierderile de fosfor sunt cu totul neinsemnate fata de pierderile de azot. Cu cat creste proportia de acizi din apa, cu atat creste capacitatea ei de a solubiliza fosfatii de calciu. Radacinile plantelor secreta acizi organici iar bioxidul de carbon cu apa formeaza acid carbonic. Bacteriile oxideaza sulful si diferiti compusi ai sulfului din sol si formeaza acid azotic. Toti acizii dizolvati in apa solubilizeaza fosfatii si ii fac accesibili radacinilor.

Una din metodele de imbunatatire a disponibilitatii fosforului este de a mari continutul de apa al solului. Coeficientul de difuzie al fosforului in sol are urmatoarea formula:

D_s=D_w, unde:

D_w- coeficientul de difuzie al apei in sol

- factorul de tortuozitate al orificiilor solului

- continutul de apa al solului.

Un alt factor este temperatura. Daca temperatura solului lucrat conventional este de 18°C iar cea a solului la no-till este de 15°C, tinerele plantute de porumb nu vor creste normal deoarece temperatura minima de absorbtie a fosforului este de 16°C. Desi s-au facut putine cercetari in legatura cu dozele de fosfor, s-a constatat ca, pentru a obtine aceleasi recolte este nevoie de doze mai mici de fosfor, probabil datorita umiditatii mai mari a solului care mareste accesibilitatea fosforului.

In solurile calcaroase sau in cele cu pH peste 6,5, cationul implicat in reducerea solubilitatii fosforului este calciul. Compusii posibili sunt fosfatul dicalcic, fosfatul octocalcic si hidroxiapatita. Solubilitatea fosforului descreste cu fiecare compus numit mai sus. Daca pH- ul descreste cu o unitate, solubilitatea fosforului creste de 10 ori. In soluri cu pH sub 6,5 sau mai acide, asa cum am aratat, fosforul incepe sa fie precipitat de aluminiu sau fier. Scaderea in continuare a pH - ului cu o unitate determina insolubilizarea fosforului de 10 ori. Solubilitatea aluminiului este mai mica in solurile bogate in materie organica sau in cele in care humusul este legat de argila iar insolubilitatea lui a crescut, in general, cu cresterea continutului de materie organica.

Ciclul oxigenului

Principalele rezervoare care fac schimb de oxigen si genereaza ciclul acestuia sunt biosfera, atmosfera si litosfera. Principalul fenomen care determina ciclul oxigenului si care a condus la modificarea esentiala a continutului de oxigen al atmosferei si la aparitia vietii pe Pamant este fotosinteza. Datorita cantitatii mari de oxigen generat in atmosfera prin fotosinteza, chiar daca aceasta s-ar opri, ar trece mai mult de doua milioane de ani pana cand continutul de oxigen al acesteia s-ar modifica semnificativ. Totusi, de departe, cel mai mare continut de oxigen il are crusta si mantaua Pamantului (99,5%), cuprins in mineralele silicatice si oxidate. Numai o mica parte este reprezentata de oxigenul din atmosfera (0,49%) si din organismele vii (0,01%).

Cea mai importanta sursa de oxigen pentru biosfera si atmosfera este fotosinteza care fixeaza carbonul si elibereaza oxigenul ca subprodus:

CO₂ + H₂O + energie → CH₂O + O₂

Organismele care fac fotosinteza nu sunt numai cele de pe uscat ci si fitoplanctonul marin constituit din alge si bacterii. Specia de cianobacterie Prochloroccocus a fost descoperita tocmai in 1986 si reprezinta mai mult de jumatate din fotosinteza ce se face in Oceanul Planetar. O sursa suplimentara de oxigen pentru atmosfera este reprezentata de fotoliza ce consta in descompunerea prin intermediul radiatiei ultraviolete a vaporilor de apa din atmosfera si a nitritilor in atomii componenti. Hidrogenul si azotul liberi scapa in spatiu iar oxigenul ramane in atmosfera.

2H₂O + energie → 4H + O₂

2N₂O + energie → 4N + O₂

Principalul mod prin care oxigenul este preluat din atmosfera este prin respiratie si mecanismele de descompunere. Prin aceste fenomene organismele vii consuma oxigen si elibereaza bioxid de carbon.

Durabilitatea mediului

Sistemul de agricultura durabila vazut ca un complex de interactiuni dintre sol, apa, plante, animale, clima si oameni are ca scop principal integrarea tuturor acestor componente astfel incat sa functioneze ciclic.

Ferma va ramane durabila din punctul de vedere al resurselor atata timp cat va imita sistemele naturale sanatoase. Natura tinde sa functioneze pe baza de cicluri asa incat reziduurile dintr-un proces devin resurse pentru altul. Agricultura intensiva, conventionala, in contrast, tinde sa functioneze pe o traiectorie liniara, in mod similar cu o fabrica: materiile prime intra pe undeva iar produsul principal si resturile ies pe alta parte. Substantele care ies din acest tip de agricultura si mai si polueaza mediul sunt: solul erodat, nitratii si fosfatii eliminati scursi in apa freatica sau ape curgatoare. Este o premisa a agriculturii durabile ca ferma nu este o fabrica ci un sistem natural.

Cu cat incercam sa facem agricultura mai simplu, cu atat vom deveni mai vulnerabili la dezastre naturale si modificarile pietei. Atunci cand producem un singur produs asa cum este graul, porumbul sau soia ne asumam un risc foarte mare. In tabelul urmator prezentam principalele insusiri ale acestor doua tipuri de sisteme agricole:

In orice ferma exista patru procese care, daca functioneaza bine, tot ecosistemul va fi sanatos si durabil. Drept rezultat, resursele de sol si apa se vor pastra iar costurile vor scadea. Acestea sunt: fluxul de energie, ciclul apei, ciclurile substantelor minerale si dinamica ecosistemului.

Fluxul de energie reprezinta calea prin care energia solara intra in orice sistem biologic. Natura este actionata de lumina solara. Noi putem directiona cat din aceasta energie incidenta va intra in ecosistemul fermei noastre. Primul lucru de care trebuie sa tinem seama este ca energia solara este convertita de catre plante in substanta pe care o consuma animalele care, la randul lor sunt consumate de alte animale iar in final, de microorganisme. O parte din aceasta energie este transformata in caldura in segmentele lantului trofic. Pentru a mari cantitatea de energie fixata trebuie sa avem in vedere ca solul sa fie acoperit cu plante care au frunze mari si sa nu lasam terenul necultivat. Pentru aceasta trebuie sa folosim culturile intermediare, perene, intercalate s.a.

Ciclul apei este esential pentru mentinerea sanatatii ecosistemului fermei. Apa este motorul vietii. Daca vom pierde usor apa din sol, nu vom avea plante bine dezvoltate pentru ca nu mai are cine sa transporte nutrientii din sol in planta. De aceea, precipitatiile cazute trebuie foarte bine gospodarite, pastrate in sol si puse la dispozitia plantei. Un sol tasat la suprafata, descoperit, fara vegetatie sau resturi vegetale va pierde apa asa cum se usuca o rufa, prin evaporatie. Ideal este ca apa sa treaca prin planta si sa ajunga inapoi in atmosfera prin transpiratia plantelor, lasand in planta nutrientii si bagandu-ne bani in buzunar . Pentru a pastra acest lucru trebuie sa tinem seama ca structura solului este cheia fertilitatii lui. Daca vom avea un sol compactat la suprafata, cu putina materie organica, dezgolit, apa se va pierde din sol fara nici un folos. Pentru a mentine apa in sol, la dispozitia plantei, acesta trebuie sa fie acoperit cu resturi vegetale pe toata suprafata, tot timpul anului, exact ca in natura, pentru a favoriza structurare, crearea spatiilor largi in sol prin care acesta sa "respire" in mod natural, nu fortat, prin lucrari energofage, costisitoare si daunatoare. Lucrarile mecanice se vor face numai daca avem nevoie de incalzirea solului pe directia randului, pentru o rasarire rapida, explosiva.

Prin mentinerea solului acoperit cu resturi vegetale vom reduce pierderea materiei organice a solului prin mineralizare iar, in timp, continutul ei va creste. De asemenea, eroziunea se va reduce radical.

Ciclurile substantelor minerale ne ajuta sa intelegem de ce avem nevoie de fertilizanti chimici si cum putem sa reducem dependenta de ei. Astfel, ceea ce extragem din sol, prin productia vegetala, graunte, fan, nu trebuie vandut ca atare ci folosit pentru hranirea animalelor. De la acestea trebuie sa dam inapoi pamantului tot ce se poate, adica balegar, asternut, ape uzate s.a., pentru a readuce in sol elementele extrase si a le transforma in nutrienti pentru plante. In acest fel vom reduce dependenta de fertilizanti chimici si vom scadea cheltuielile. Astfel, putem spune ca practicile sanatoase pentru durabilitatea fermei noastre sunt hranirea animalelor cu furaje provenite din ferma noastra, utilizarea balegarului si resturilor vegetale, folosirea culturilor intermediare pentru a reduce pierderile de nutrienti si prevenirea eroziunii prin mentinerea solului acoperit cu vegetatie sau mulci.