REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT

41 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Full text

(1)

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ CLUJ – NAPOCA

ŞCOALA DOCTORALĂ

FACULTATEA DE AGRICULTURĂ

ŞANDOR Gh. MIGNON SEVERUS

REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT

CERCET

Ă

RI PRIVIND UNELE ASPECTE ALE

BIODIVERSIT

ĂŢ

II ÎN LEG

Ă

TUR

Ă

CU STAREA DE

FERTILITATE A SOLURILOR

Conducător ştiinţific: Prof. dr. MIHAI RUSU

Cluj - Napoca 2009

(2)

INTRODUCERE

Planul global de acţiune adoptat la Conferinţa Naţiunilor Unite pentru Mediu şi Dezvoltare de la Rio de Janeiro, din anul 1992, şi denumit sugestiv Agenda 21 cheamă

statele semnatare la acţiuni menite să reducă impactul activităţilor umane asupra mediului

şi să asigure generaţiilor viitoare resursele necesare vieţii.

Solul se constituie ca şi componenta de bază a ecosistemelor terestre, fiind direct implicat în procesele ce asigură funcţionalitatea acestora: fluxul de energie, circulaţia si transformarea apei şi nutrienţilor, schimbul de gaze, descompunerea materiei organice, dinamica trofică care reglează biodiversitatea şi alte caracteristici ale biocenozei edafice.

Importanţa organismelor solului în pedogenezăşi în menţinerea fertilităţii solului a fost recunoscută de multă vreme însă suportul pentru cercetarea ştiinţifică a relaţiei dintre organismele din sol şi procesele fizico-chimice ce se desfăşoară la acest nivel au fost, până recent, extrem de timide.

Dezideratul agriculturii secolului XXI este asigurarea durabilităţii agroecosistemelor printr-un management bazat pe principii ecologice. Managementul integrat al fertilităţii solurilor trebuie să ia în considerare biodiversitatea solului, condiţiile climatice, materia organică din sol şi, evident, implicarea fermierului.

Scopul cercetărilor care fac obiectul prezentei teze de doctorat a fost de evaluare a implicării şi rolului biodiversităţii solului în descompunerea şi mineralizarea a două

surse organice, des folosite ca şi îngrăşământ în agricultură, gunoiul de grajd semifermentat şi paiele de orz. Biodiversitatea solului a fost controlată şi manipulată în experimente de tip microcosmos şi mezocosmos, în laborator şi în teren, iar descompunerea şi mineralizarea îngrăşămintelor organice a fost urmărităşi evaluată prin metode specifice. În acelaşi timp, a fost studiată dinamica unor parametrii biologici şi chimici relevanţi pentru fertilitate, cu scopul de a stabili influenţa diversităţii biologice asupra acestora.

(3)

I. STADIUL CERCETĂRILOR PRIVIND RELAŢIA DINTRE FERTILITATE ŞI BIODIVERSITATEA SOLURILOR

1.1. CONCEPTE PRIVIND FERTILITATEA ŞI CALITATEA SOLURILOR

Solul este una dintre cele mai importante resurse naturale ale Terrei, fiind poziţionat la interfaţa litosferei cu biosfera, atmosfera şi hidrosfera. Chiar dacă s-a constituit ca şi obiect de studiu încă din antichitate, complexitatea organizatoricăşi funcţională a acestui sistem oferă încă un teren propice cercetării ştiinţifice, explorarea dinamicii şi diversităţii acestei resurse putând încă oferi satisfacţii deosebite acelora care vor să-i descopere necunoscutele.

1.1.1. Noţiuni generale şi definiţii

Din perspectivă agronomică, solul este principalul mediu fizic, chimic şi biologic de nutriţie al plantelor care asigură, împreună cu alţi factori, creşterea şi dezvoltarea acestora. Pentru plantele cultivate, solul constituie un suport de creştere al sistemului radicular, un rezervor de substanţe nutritive şi un intermediar prin care se aplică

îngrăşămintele şi amendamentele (Davidescu şi Davidescu, 1981).

Fertilitatea solului poate fi definită, după Rusu şi colab. (2005), ca fiind „o însuşire fundamentală a solului determinată de calitatea şi/sau capacitatea acestuia de a întreţine producţia vegetală, creşterea şi dezvoltarea plantelor.” Syers şi Springett (1984) subliniază faptul că fertilitatea solului nu are baze exclusiv chimice, factorul fizic şi factorul biologic având un rol major în asigurarea aportului de nutrienţi din sol.

În ultima vreme, fertilitatea solului este integrată în cadrul unor concepte mai largi, holiste cum sunt cele de calitatea solului sau sănătatea solului.

1.1.2. Indicatori ai stării de fertilitate a solurilor

Fertilitatea solurilor poate fi analizată şi interpretată pe baza unor indicatori fizici, chimici sau biologici. Chiar dacă acest mod de abordare poate fi considerat reducţionist, lipsa unor indici sintetici, care să permită aprecierea calităţii şi fertilităţii solurilor într-o abordare holistă, ne obligă să discutăm o parte din indicatori utilizaţi în acest moment pentru caracterizarea fertilităţii solurilor. Important este ca aceştia să fie ulterior încadraţi

şi să se regăsească în modele adecvate, care să ofere o imagine cât mai apropiată de realitate. Utilizarea lor de sine stătător în aprecierea fertilităţii solurilor îi face practic

(4)

ineficienţi. Davidescu şi Davidescu (1981) prezintă după Boguslavski principalii factori ai fertilităţii solurilor, redaţi în tabelul 1.

Tabelul 1 Factorii de fertilitate ai solurilor (după Boguslavski citat de Davidescu şi

Davidescu, 1981)

Soil fertility factors(after Boguslavski cit. Davidescu şi Davidescu, 1981)

Factori fizici Physical factors Factori chimici, anorganici Chemical factors Factori organici, biologici Organical and biological factors Regimul de apă Water Textura Structura şi felul glomerulelor Porozitatea totală Temperatura şi încalzirea Eroziunea Valoarea S şi T pH Macroelementele Microelementele Humusul Starea glomerulară a solului Fauna solului Ciuperci Bacterii CO2 Reţinerea şi transportul apei Capacitatea de apă Apa de infiltraţie Apa freatică

Materia organică a solului

Termenul de materie organică a solului este folosit pentru a descrie fracţiunea organică a acestuia. Această fracţiune integrează toate materialele organice din sol indiferent de origine şi grad de descompunere. Chiar dacă această fracţiune reprezintă o parte relativ mică comparativ cu restul fazei solide a solului (5-10% din aceasta), ea constituie componenta determinantă a productivităţii agricole. Funcţionalitatea solului este influenţată determinant de conţinutul în materie organică al acestuia. Capacitatea unui sol de a pune la dispoziţie plantelor nutrienţii necesari, de a reţine apa, de a asigura schimbul de gaze cu atmosfera, de a reţine şi modifica substanţele poluante, de a rezista eroziunii şi de a produce recolte bogate este puternic afectată de calitatea şi cantitatea materiei organice din sol.

(5)

Reacţia solului

Reacţia solului defineşte şi exprimă capacitatea acestuia de a menţine în soluţie o anumită activitate a ionilor de hidrogen (H+) şi de hidroxid (OH-), pentru că solul se comportă ca un donor sau acceptor de protoni (ioni de H+).

Azotul în sol

Azotul aflat în compuşii minerali din sol se distribuie între sărurile acizilor nitric şi nitros şi cele de amoniu, compuşi din care provin principalele forme accesibile ale azotului - nitraţii în soluţie (NO3-) şi azotul amoniacal (NH4+) adsorbit cu schimb pe

coloizi. Azotul din sol sub acţiunea factorilor fizico-chimici şi biologici suferă o serie de transformări care pot determina creşteri sau reduceri ale cantităţii de azot din sol.

1.1.2.4. Fosforul în sol

Conţinutul în fosfor al solurilor este o funcţie multiplă, dependentă de conţinutul de fosfor din rocile şi materialele parentale pe care s-au format solurile, de tipul, durata, factorii şi particularităţile proceselor pedogenetice şi, nu în ultimul rând, de istoria culturală a terenului. În condiţiile termodinamice din natură, în litosferă şi hidrosferă, fosforul se află numai sub formă de săruri ale acidului ortofosforic, cei mai răspândiţi în natură fiind fosfaţii de calciu.

1.1.2.5. Potasiul în sol

Potasiul este, alături de azot şi fosfor, unul din macroelementele primare cu un rol esenţial în nutriţia plantelor şi fertilitate. Formele potasiului din sol se află într-un echilibru permanent şi dinamic, sub influenţa unor factori naturali şi antropici. Implicarea componentei vii a solului în dinamica acestui element este mai puţin importantă faţă de cea a azotului sau fosforului, însă nu de neglijat.

1.1.2.6. Activitatea biologică

Considerăm solul ca fiind un sistem viu şi dinamic în care majoritatea proceselor fizice şi chimice sunt mediate de componenta vie a acestuia. Componenta vie a solului este principalul mediator al descompunerii, asigurând disponibilizarea nutrienţilor şi influenţând astfel fertilitatea. Procesul de descompunere al materie organice duce la formarea unor lanţuri trofice complexe în sol, cu numeroase interacţiuni între agenţii primari ai descompunerii, bacteriile şi ciupercile, şi fauna edafică care se hrăneşte cu aceştia (Coleman, 2001). Fertilitatea solului este rezultatul unor procese complexe, în

(6)

care organismele edafice sunt direct implicate şi a cărui finalitate este disponibilizarea nutrienţilor necesari creşterii plantelor.

1.2. BIODIVERSITATEA: RESURSĂ NATURALĂ

1.2.1. Aspecte generale privind biodiversitatea

Biodiversitatea sau diversitatea biologică este termenul folosit pentru a descrie varietatea formelor de viaţă existente pe Terra şi a modelelor naturale pe care acestea le formează. Termenul de biodiversitate este adoptat şi folosit din ce în ce mai des odată cu adoptarea Convenţiei privind Diversitatea Biologică în anul 1992, convenţie care a fost semnată de 188 de state. Ţările semnatare se obligau să asigure suportul pentru conservarea biodiversităţii şi a componentelor acesteia.

1.2.2. Definirea biodiversităţii

Biodiversitatea este definită de către DeLong citat de Swingland (2001) ca fiind “un atribut al unei regiuni care se referă la varietatea din interiorul şi dintre organismele vii, dintre grupări ale organismelor vii, dintre comunităţile vii şi dintre

procesele biotice care au loc în mod natural sau sunt influenţate de om.

Biodiversitatea poate fi măsurată în termenii diversităţii genetice şi ai identităţii

şi numărului diferitelor specii, ansamblului de specii, comunităţilor biologice, proceselor biologice şi cantităţii (abundenţă, biomasă, grad de acoperire, rată) sau structurii fiecăreia dintre ele. Ea poate fi observată şi măsurată la orice scală

spaţială mergând de la microsituri şi habitate, până la întreaga biosferă. Multe dintre definiţiile date termenului biodiversitate nu pot fi utilizate în practică pentru că, încercând să fie cuprinzătoare eşuează în a fi operaţionale. Această problemă are o rezolvare practică prin fragmentarea conceptului în componente mai mici care pot fi definite operaţional.

Diversitatea genetică

Diversitatea genetică este dată de variabilitatea existentă în interiorul unui sistem biologic şi care se manifestă, după cum arată Hunter şi Gibbs (2007), la cinci niveluri de organizare: 1. între categorii taxonomice superioare; 2. între specii; 3. între populaţii; 4. în interiorul populaţiilor şi 5. între indivizi. Variaţiile genetice noi apar la indivizii unei populaţii prin mutaţii ale genelor şi cromozomilor, iar la organismele care se reproduc sexuat prin recombinare genetică.

(7)

Diversitatea specifică

Specia reprezintă unitatea descriptivă fundamentală a lumii vii şi, probabil, din această cauză biodiversitatea este adesea utilizată ca şi sinonim al diversităţii speciilor, în particular al „bogăţiei speciilor”, exprimată ca numărul de specii dintr-un anumit loc sau habitat. Biodiversitatea globală este adesea prezentată în termenii numărului de specii dintr-un anumit grup taxonomic. Trebuie subliniat faptul că, atunci când abordăm aspecte ale diversităţii specifice dintr-o comunitate, nu este suficientă numai descrierea fiecărui taxon, ci sunt necesare şi abordări cantitative legate de efectivele speciilor, importanţa biogeografică a fiecărei specii, rolul acesteia în asigurarea funcţiilor ecosistemului integrator etc.

Diversitatea ecosistemică

Diversitatea ecosistemică se referă la varietatea ecosistemelor dintr-o anumită

regiune, ecosistemul fiind definit ca si unitate organizatorică elementară care integrează componenta vie şi componenta abiotică (mediul) în care aceasta se dezvoltă.

Diversitatea funcţională

Diversitatea funcţională se referă la acele aspecte ale biodiversităţii care influenţează determinant funcţiile ecosistemelor. Diversitatea funcţională prezintă

importanţă deosebită pentru că este considerată acea componentă a biodiversităţii care influenţează major dinamica ecosistemului, stabilitatea şi productivitatea acestuia, circuitul nutrienţilor şi alte aspecte ale funcţionării acestora.

1.2.3. Agrobiodiversitatea

Agrobiodiversitatea este o componentă a biodiversităţii care se referă la varietatea

şi variabilitatea animalelor, plantelor şi microorganismelor importante pentru agricultură şi a cărei provenienţă este determinată de interacţiunea mediului, resurselor genetice şi a managementului sistemelor agricole realizat de către om. Agrobiodiversitatea ia în considerare nu numai diversitatea genetică, specifică, agroecosistemică şi modalităţile diferite în care resursele de sol şi apă sunt folosite pentru producţie, dar şi diversitatea culturală care desemnează relaţiile omului cu fiecare din aceste niveluri.

(8)

1.2.4. Biodiversitatea solului

Biodiversitatea solului este o componentă majoră a biodiversităţii ecosistemelor terestre naturale sau antropice. Aceasta integrează toate organismele care trăiesc în sol, de la organisme unicelulare la plante şi animale multicelulare, care pot fi clasificate folosind tehnici taxonomice tradiţionale sau genetice. Biodiversitatea solului cuprinde, de asemenea, o imensă diversitate ecologică exprimată prin modele comportamentale, moduri de hrănire şi preferinţe de habitat ale organismelor din sol. Combinarea acestor aspecte se exprimă prin diversitatea ecologică a organismelor solului.

1.3. RELAŢIA FERTILITATE – BIODIVERSITATE ÎN ASIGURAREA PRODUCTIVITĂŢII ŞI CALITĂŢII SOLURILOR

1.3.1. Rolul şi funcţiile biodiversităţii în asigurarea fertilităţii solurilor

Biodiversitatea solului, prin serviciile pe care le oferă (dinamica materiei organice, circuitul nutrienţilor, circuitul apei etc), poate fi considerată componentă cheie în sistemul sol-plantă-om, influenţând determinant funcţionarea lui. Efectele pe care organismele din sol le pot avea asupra proprietăţilor acestuia pot fi considerate decisive în asigurarea stării de fertilitate a solului, motiv pentru care vom analiza în detaliu această relaţie.

Biodiversitate solului poate fi privită ca un sistem complex, alcătuit din specii sau ansambluri de specii între care se stabilesc relaţii complexe care oferă sistemului integrator o serie de funcţii şi servicii ce îi conferă stabilitate.

Inginerii ecosistemului sunt organisme care modifică structura solului prin crearea de canale, transportul particulelor solului şi formarea agregatelor structurale. Din acest grup funcţional fac parte lumbricidele, termitele, furnicile, dar şi alte grupe de organisme edafice.

Dacă „inginerii ecosistemelor” sunt implicaţi mai ales în procesele fizice din sol, grupul descompunătorilor influenţează cu precădere caracteristicile chimice ale acestuia. Procesul de descompunere al materiei organice este ”catabolismul compuşilor organici din litiera plantelor şi detritusul organic”. Diversitatea specifică extrem de ridicată a comunităţii de organisme descompunătoare, definită Roswitha Bauer (2003) ca o combinaţie caracteristică de specii interactive, face necesară selectarea unor grupuri reprezentative de organisme care să dea informaţii despre starea procesului de

(9)

descompunere din sol fără eforturi prea mari. În prezenta lucrare caracterizarea descompunătorilor se va face prin biomasa microbiana, enchitreide şi lumbricide în experienţele de tip microcosmos şi prin biomasa microbiană, enchitreide, lumbricide, acarieni şi araneide în experimentele de tip mezocosmos.

1.4. MONITORINGUL CALITĂŢII SOLURILOR ŞI NECESITATEA IMPLEMENTĂRII INDICATORILOR BIOLOGICI

Calitatea solului poate fi definită ca fiind „capacitatea unui sol de a funcţiona în cadrul unor ecosisteme naturale sau artificiale, cu scopul de a susţine producţia animală

sau vegetală, de a menţine sau îmbunătăţii calitatea apei sau aerului şi de a promova sănătatea plantelor şi a animalelor” (Doran, 2002). Această definiţie evidenţiază faptul că evaluarea calităţii unui sol este legată de multiplele sale funcţii: mediu prielnic pentru creşterea plantelor; reglator al circuitului apei; mediu de filtrare, tamponare şi transformare; asigurator al sănătatea umane şi animale; suport pentru construcţii; rezervă

genetică importantă. Dintre indicii biologici cel mai des utilizaţi în evaluarea calităţii solurilor remarcăm biomasa microbiană, coeficientul metabolic, respiraţia solului, activitatea enzimatică, abundenţa şi biomasa lumbricidelor, nematodele din sol şi biodiversitatea solului.

II. ORGANIZAREA CERCETĂRILOR PRIVIND RELAŢIA FERTILITATE - BIODIVERSITATE

2.1. OBIECTIVELE CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE

Obiectivele studiului realizat în cadrul tematicii de doctorat, au vizat urmărirea proceselor de descompunere şi mineralizare a două surse organice des folosite ca şi fertilizanţi în agricultură, gunoiul de grajd şi paiele, în prezenţa unor comunităţi biotice a căror diversitate specifică şi funcţională a fost controlată. Experimentul s-a desfăşurat în două etape, prima dintre ele implicând realizarea unor experienţe de tip microcosmos în condiţii de laborator, în timp ce, pentru cea de-a doua etapă s-a recurs la realizarea unor

experienţe de tip mezocosmos, în condiţii naturale. În cazul ambelor tipuri de experimente, obiectivele cercetărilor propuse în teza de doctorat au urmărit:

¾ Evaluarea ratei de descompunere şi mineralizare a celor două tipuri de îngrăşăminte organice folosite (gunoiul de grajd şi paiele de orz) în prezenţa diferitelor comunităţi biotice testate.

(10)

¾ Testarea palatabilităţii materiilor organice utilizate pentru speciile considerate a fi descompunători primari.

¾ Stabilirea relaţiilor sinergice, antagonice sau de neutralitate dintre diferitele specii ale comunităţii şi efectele acestor relaţii asupra proceselor din sol.

¾ Evaluarea efectelor biodiversităţii edafice asupra dinamicii unor factori de fertilitate ai solului: biomasa microbiană; pH-ul; nitraţii; amoniul; azotul total; carbonul organic; fosforul şi potasiul.

¾ Evaluarea mecanismelor de levigare a nutrienţilor din sol în condiţiile utilizării celor două tipuri de amendamente humifere şi a diversităţii biotice diferite.

¾ Compararea rezultatelor obţinute în experimentele de tip microcosmos faţă de cele de tip mezocosmos şi relevanţa rezultatelor obţinute.

2.2. PROTOCOLUL DE LUCRU ŞI DESIGNUL EXPERIMENTAL 2.2.1. Experimentele de tip microcosmos

Pentru atingerea obiectivelor urmărite, în primul an, au fost realizate un număr de 55 de experimenţe de tip microcosmos utilizând ca şi fertilizanţi organici paiele de orz şi gunoiul de grajd.

Pentru variantele cu paie s-a decis realizarea a două combinaţii care să conţină un amestec de paie având diferite dimensiuni, respectiv paie de două dimensiuni (2,5 cm şi 10 cm) în cantităţi egale (4,51 g) şi paie de trei dimensiuni (2,5 cm; 5 cm; 10 cm) în cantităţi egale (3,1 g). Atât paiele, cât şi gunoiul de grajd au fost distribuite uniform la suprafaţa coloanelor.

În vederea manipulării biodiversităţii solului în coloanele experimentale, s-a hotărât utilizarea a două grupe de oligochete edafice des întâlnite în agroecosisteme:

Lumbricide şi Enchitreide. Pentru fiecare tip de materie organică folosit s-a decis realizarea a patru combinaţii de specii şi anume:

¾ Prima combinaţie include numai specii de lumbricide, având un individ aparţinând speciei Lumbricus terrestris şi doi indivizi aparţinând speciei Aporrectodea caliginosa.

¾ A doua combinaţie include numai specii de enchitreide, cu 25 indivizi aparţinând speciei Enchytreus minutus şi 75 indivizi aparţinând speciei Enchytreus lacteus;

(11)

¾ A treia combinaţie are atât specii de lumbricide cât şi specii de enchitreide, incluzând un individ al speciei Lumbricus terrestris, doi indivizi aparţinând speciei Aporrectodea caliginosa, 25 indivizi aparţinând speciei Enchytreus minutusşi 75 indivizi aparţinând speciei Enchytreus lacteus.

¾ A patra combinaţie este fără nici un fel de animale edafice şi se va constitui ca şi variantă martor.

2.2.2. Experimentele de tip mezocosmos

În cel de-al doilea an al studiului, pentru îndeplinirea obiectivelor urmărite, s-au realizat un număr de 24 de experimente de tip mezocosmos în condiţii naturale. Forma mezocosmosurilor este prezentată în figura 1.

Fig.1. Schema mezocosmosurilor (1- vasul de plastic; 2 - tavă de plastic; 3 – furtun de colectare; 4 - vas de colectare; 5 - sac de plastic)

La fel ca şi în anul precedent, îngrăşămintele organice folosite au fost gunoiul de grajd şi paiele de orz. Cantitatea de fertilizant organic folosită în cazul fiecărui mezocosmos a fost de 150 g. După adăugarea materiilor organice, s-a trecut la “construirea” comunităţii vii a solului. Având ca şi scop obţinerea anumitor niveluri de biodiversitate edafică, au fost realizate următoarele variante experimentale:

(12)

1.Variantele martor, considerate a avea biodiversitatea cea mai mică, în care comunitatea biotică a fost dominată de microflora solului; în aceste variante au fost prezente în efective mici şi alte grupe sistematice cum ar fi nematodele, enchitreidele şi colembolele.

2.Variantele cu diversitate redusă în care, pe lângă microfloră, au fost introduse şi două

specii de lumbricide în efective mici. Ca şi în cazul experimentelor de tip microcosmos, speciile folosite au fost Lumbricus terrestris şi Aporrectodea caliginosa, specii frecvent întâlnite în agroecosisteme. Efectivele utilizate în construirea acestui tip de diversitate au fost de 2 indivizi/mezocosmos pentru specia Lumbricus terrestris şi de 4 indivizi/mezocosmos pentru specia Aporrectodea caliginosa. Au fost prezente, de asemenea, şi alte grupe sistematice însă în efective mici considerate nesemnificative funcţional.

3.Variantele cu diversitate moderată, comunitatea biotică fiind similară cu variantele cu diversitate redusă însă efectivele speciilor de lumbricide au fost crescute. Astfel, în aceste variante efectivele speciei Lumbricus terrestris au fost de 4 indivizi/mezocosmos, iar ale speciei Aporectodea caliginosa de 7 indivizi/ mezocosmos. Şi în această variantă au fost prezente şi alte grupe sistematice, amintite

şi mai sus.

4.Variantele cu diversitate ridicată în care comunitatea biotică are reprezentanţi din toate grupele funcţionale : microfloră, microfaună, mezofaună şi macrofaună. Pentru aceste variante s-a folosit solul recoltat în primăvară şi care nu a fost supus îngheţului şi uscării. În acest sol au fost prezente toate speciile din micro şi mezofaună care se întîlnesc şi în teren. În plus, la solul pregătit după modul prezentat mai sus, s-au adăgat circa 2 kg de sol recoltat din teren şi care nu a fost prelucrat în nici un fel. Astfel, micro

şi mezofauna prezentă în acest sol se va răspândi în întreg mezocosmosul, obţinându-se diversitatea cea mai mare. Pe lângă nematode, enchitreide şi colembole în această

variantă au fost prezente şi specii prădătoare de araneide şi acarieni. În ceea ce

priveşte lumbricidele utilizate în această variantă, specia Lumbricus terrestris

a fost prezentă în efective de 2 indivizi/mezocosmos, în timp ce, specia Aporrectodea caliginosa în efective de 4 indivizi/mezocosmos.

(13)

Ştiut fiind faptul că rizosfera joacă un rol important pentru comunitatea vie a solului şi că plantele îşi extrag compuşii minerali din sol, în fiecare ghiveci s-au semănat 70 de plante de orz.

2.3. MATERIALE ŞI METODE UTILIZATE 2.3.1. Măsurători climatice

Datele climatice utilizate au fost obţinute de la Staţia Meteorologică a USAMV Cluj-Napoca, situată la circa 100 m de locul în care a fost amplasat experimentul.

2.3.2. Determinarea biomasei microbiene şi a raportului bacterii:ciuperci

Pentru determinarea biomasei microorganismelor aerobe din probele de sol s-a folosit metoda respiraţiei induse de substrat descrisă de Anderson şi Domsch (1978).

Estimarea raportului bacterii:ciuperci s-a făcut numai în cazul experimentelor de tip mezocosmos, utilizând doi inhibitori consacraţi pentru cele două grupe de microorganisme şi anume streptomicina pentru bacterii şi cicloheximida pentru ciuperci. 2.3.3. Determinarea pH-ului solului

pH-ul solului a fost determinat electrochimic în soluţie 0,01M CaCl2, citirile

realizându-se cu un pH-metru WTW tip inoLab pH 720.

2.3.4 Determinarea ionilor amoniu (NH4+) şi nitrat (NO3-) din sol

Amoniul şi nitraţii din sol au fost determinaţi colorimetric după extracţie în CaCl2

0,0125M, utilizând un analizor cu flux segmentat tip Skalar SANplus. Citirea rezultatelor s-a făcut la 540 nm în cazul ionului nitrat şi la 660 nm în cazul ionului amoniu.

2.3.5. Determinarea carbonului organic şi a azotului total

Determinarea carbonului organic şi a azotului total s-a făcut prin metoda combustiei uscate, utilizând analizorul automat LECO TruSpec CN.

2.3.6. Determinarea fosforului şi potasiului din sol

Determinarea fosforului şi potasiului din sol s-a realizat prin metoda Egner-Riehm. Fosforul a fost determinat spectrofotometric (Model Zeisse – Braun-Analysenstrasse) la lungimea de undă de 720 nm, în timp ce, potasiul s-a determinat folosind spectrofotometrul cu absorbţie atomică Perkin-Elmer.

2.3.7. Analiza raportului izotopilor stabili ai carbonului (13C/12C)

Analiza raportului izotopic în materialele testate s-a făcut utilizând un analizor de elemente (Flash EA, Thermo Finnigan MAT GmbH, Bremen) cuplat cu un spectrometru

(14)

de masă pentru determinarea raportului izotopic (Finnigan deltaplus, Thermo Finnigan MAT GmbH, Bremen).

2.3.8. Analiza chimică a levigatului

Determinarea cantitativă a ionilor nitrat, amoniu, ortofosfat şi potasiu dizolvaţi în levigatul de sol s-a făcut prin ion-cromatografie în fază lichidă folosind un sistem cromatografic Shimadzu.

2.3.9. Analiza statistică a rezultatelor

Analiza statistică a datelor obţinute s-a făcut utilizând programul SPSS.11 care rulează sub Windows. În cazul ambelor tipuri de experimente, analiza varianţei s-a folosit pentru a testa efectele variabilelor independente asupra celor dependente.

III. REZULTATE ŞI DISCUŢII PRIVIND RELAŢIA

FERTILITATE – BIODIVERSITATE ÎN CONDIŢII CONTROLATE 3.1. DINAMICA GRUPELOR FAUNISTICE

La sfârşitul experimentului, toţi indivizii de lumbricide introduşi iniţial au fost recuperaţi vii, constatându-se totuşi o reducere a biomasei acestora faţă de începutul experienţei (fig 2). 0 2 4 6 8 10 12 V1 V2 V3 V4 V5 V6 Varianta g ( g reu tat e u m ed a) Start Sfarsit

Fig. 2. Reducerea biomasei totale a lumbricidelor la sfârşitul experienţei faţă de începutul acesteia

La rândul lor, enchitreidele au evoluat bine în variantele experimentale în care comunitatea biotică a fost reprezentată de lumbricide şi enchitreide (V4, V5, V6), populaţiile atingând densităţi estimate la 772±442 ind/microcosmos în varianta V4,

(15)

variantele unde am avut numai enchitreide, V7 şi respectiv V8, densităţile estimate la sfârşitul perioadei de incubaţie au fost mai mici comparativ cu momentul iniţial.

3.2. RATA DE CONSUM A COMUNITĂŢII BIOTICE

Rata de consum a comunităţii biologice a fost exprimantă în procente materie organică consumată raportat la cantitatea iniţială adăugată fiecărei variante (tabelul 2). Se poate remarca faptul că prezenţa animalelor determină o creştere semnificativă a ratei de consum în cazul variantelor cu lumbricide (V1, V2 şi V3) şi a celor cu lumbricide şi enchitreide (V4, V5, V6) faţă de variantele control corespunzătoare (C1, C2, C3).

Tabelul 2 Tipul de materie organică folosit şi rata de consum a comunităţii biologice în

variantele experimentale

Varianta Tipul de materie organică

folosit

Cantitatea de materie organică

adăugată iniţial (g)

Rata de consum a comunităţii (% din cantitatea iniţială) Paie de 2,5 cm 4.65 23.8 V1 Paie de 10 cm 4.65 12.7 Paie de 2,5 cm 3.1 28.6 Paie de 5 cm 3.1 16,5 V2 Paie de 10 cm 3.1 15.5 V3 Gunoi de grajd 1.5 63 Paie de 2,5 cm 4.65 30.3 V4 Paie de 10 cm 4.65 22,5 Paie de 2,5 cm 3.1 40.3 Paie de 5 cm 3.1 24,4 V5 Paie de 10 cm 3.1 19.6 V6 Gunoi de grajd 1.5 100 V7 Paie de 2,5 cm 3,1 14 V8 Gunoi de grajd 1,5 38 Paie de 2,5 cm 4.65 11.6 C1 Paie de 10 cm 4.65 13.9 Paie de 2,5 cm 3.1 12.9 Paie de 5 cm 3.1 13.8 C2 Paie de 10 cm 3.1 17.4 C3 Gunoi de grajd 1.5 25.6

(16)

3.3. DINAMICA BIOMASEI MICROBIENE

În cazul fiecărui tip de fertilizant organic folosit valorile cele mai ridicate ale biomasei microbiene s-au determinat în variantele în care am avut numai lumbricide (V1, V2, V3). Pentru variantele în care comunitatea animală a fost reprezentată de lumbricide

şi enchitreide (V4, V5, V6) şi de enchitreide (V7 şi V8), valorile medii ale biomasei microbiene sunt mai mici comparativ cu valorile determinate în variantele control (C1, C2, C3) (fig. 3). 0 100 200 300 400 500 600 Paie de doua dimensiuni Paie de trei dimensiuni Gunoi de grajd µg C /g s o l Lumbricide Lumbricide si enchitreide Enchitreide Control

Fig. 3. Biomasa microbiană în variantele experimentale, determinată la sfârşitul perioadei de incubaţie

3.4. DINAMICA PARAMETRILOR CHIMICI AI SOLULUI

Aplicarea testului ANOVA evidenţiază un efect semnificativ al tipului de fertilizant organic şi al diversităţii biologice asupra majorităţii variabilelor dependente testate (tabelul 3).

(17)

Tabelul 3. Valorile parametrului F din testul ANOVA pentru variabilele independente (tipul de

materie organicăşi diversitatea) şi variabilele dependente testate Variabilele dependente Dependent variable Variabilele independente Factors Biomasa microbiană pH NO3 - NH 4+ Corg Nt

Tipul de materie organică

Diversitatea biologică Materia organică*Diversitate R2 32.72* 99.09* 2.42* 0.901 8.15* 8.78* 1.89 0.56 140.97* 66.72* 14.74* 0.92 11.51* 1.31 0.105 0.78 3.02 78.2* 8.11* 0.83 0.55 35.55* 8.58* 0.73 3.4.1. Variţia pH-ului solului

La sfârşitul perioadei de incubaţie, media valorilor pH-ului solului fiecărei variante a fost mai mare decât valoarea iniţială a acestuia (fig. 4).

6.1 6.15 6.2 6.25 6.3 6.35 6.4 6.45 6.5 6.55 6.6

Start Paie de doua dimensiuni Paie de trei dimensiuni Gunoi de grajd pH Lumbricide Lumbricide si enchitreide Enchitreide Control

Fig. 4. Variaţia pH-ului solului în variantele experimentului 3.4.2. Dinamica nitraţilor şi amoniului din sol

În variantele în care s-au folosit paiele ca sursă organică, cantităţile de nitraţi din sol sunt mai mari în variantele cu lumbricide (V1, V2) comparativ cu variantele control, fără animale (C1, C2). În variantele în care comunitatea animală este reprezentată de lumbricide şi enchitreide (V4 şi V5) sau numai de enchitreide (V7), cantităţile de nitraţi

(18)

înregistrate la sfârşitul experienţei sunt mai mici faţă de cele înregistrate în variantele control corespunzătoare (C1 şi C2). Rezultate similare au fost obţinute şi în variantele cu gunoi de grajd, valorile înregistrate în acest caz fiind mai ridicate faţa de variantele corespunzătoare în care s-au folosit paie (fig 5).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Start Paie de două

dimensiuni Paie de trei dimensiuni Gunoi de grajd N-NO 3 (ppm ) Lumbricide Lumbricide şi enchitreide Enchitreide Control

Fig. 5. Dinamica ionului N-NO3- în variantele experimentului

Determinările care au vizat ionul amoniu scot în evidenţă faptul că, atât în variantele cu gunoi de grajd cât şi în variantele cu paie, valorile determinate nu evidenţiază diferenţe semnificative între variantele cu diversitate diferită sau între variantele cu diferite surse organice.

3.4.3. Dinamica carbonului organic (Corg), a azotului total (Nt) şi raportul C:N în sol şi coprolite

La sfârşitul experimentului, cantităţile de carbon organic determinate în solul variantelor în care am avut numai lumbricide (V1, V2, V3), nu prezintă diferenţe semnificative comparativ cu variantele control corespunzătoare (C1, C2, C3). În cazul variantelor cu lumbricide şi enchitreide adăugate împreună solului (V4, V5, V6), cât şi în cazul variantelor cu enchitreide (V7 şi V8), dinamica carbonului organic urmează un alt model, valorile determinate fiind semnificativ mai mici în cazul fiecărui tip de materie organică comparativ cu variantele control corespunzătoare (fig. 6)

În ceea ce priveşte dinamica azotului total din sol, diferenţele înregistrate între diferitele variante experimentale sunt mici, nefiind semnificative statistic.

Determinarea carbonului organic în coprolite scoate în evidenţă faptul că valorile determinate sunt mai mici în coprolite faţă de cele din solul aceleaşi variante. Diferenţele sunt semnificative numai în cazul variantei în care am folosit numai lumbricide şi gunoi

(19)

de grajd ca material organic, respectiv V3, şi nesemnificative în cazul tuturor celorlalte variante, adică V1, V2, V4, V5 şi V6 (fig. 7).

1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5

Start Paie de doua dimensiuni Paie de trei dimensiuni Gunoi de grajd Co rg ( % ) Lumbricide Lumbricide si enchitreide Enchitreide Control

Fig. 6. Dinamica carbonului organic (Corg) în variantele experimentale

1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 V1 V2 V3 V4 V5 V6 Varianta Co rg ( % ) Sol Coprolite

Fig. 7. Compararea valorilor carbonului organic (Corg) din solul şi coprolitele aceleaşi variante

3.5. RAPORTUL IZOTOPIC δ13C ÎN COMPARTIMENTELE EXPERIMENTALE

Măsurarea semnalului izotopic, la sfârşitul perioadei de incubaţie, în solul variantelor experimentale nu evidenţiază diferenţe statistic semnificative faţă de valoarea iniţial determinată, în cazul majorităţii variantelor considerate. Totuşi, prezenţa lumbricidelor în microcosmosuri determină un transfer mai pronunţat al carbonului marcat din paie către sol, valorile lui δ13C determinate în solul variantelor cu lumbricide (V1 şi V2) fiind semnificativ mai mici faţă de valoarea de start (fig. 8).

(20)

-28.5 -28 -27.5 -27 -26.5 -26 -25.5 -25 S V 1 V2 V4 V5 V7 C 1 C2 Varianta δ 13 C Sol Coprolite

Fig. 8. Valorile lui δ13C determinate în solul şi coprolitele variantelor experimentale la sfârşitul experimentului faţă de valoarea de start (S)

Determinarea amprentei izotopice în coprolitele colectate de la suprafaţa solului a scos în evidenţă faptul că valorile lui δ13C sunt mai mici în coprolite faţă de sol, diferenţele fiind însă statistic semnificative numai în cazul variantei V5 (fig. 8).

În cazul speciei Lumbricus terrestris media aritmetică a valorilor lui δ13C, înregistrate în fiecare variantă experimentală, indică o tendinţă de scădere faţă de valoarea înregistrată pentru indivizi care nu au fost folosiţi în experiment, considerată

valoare martor (fig. 9).

-28.5 -28 -27.5 -27 -26.5 -26 -25.5 -25 S V1 V2 V4 V5 Varianta δ 13 C

Fig. 9. Valorile lui δ13C determinate la specia L. terrestris în variantele experimentale, faţă de valoarea de start

În cazul speciei Aporrectodea caliginosa se observă aceaşi tendinţa de reducere a valorilor lui δ13C determinate în ţesutul animal, faţă de varianta martor determinată

(21)

-26 -25.5 -25 -24.5 -24 -23.5 -23 -22.5 -22 -21.5 -21 S V1 V2 V4 V5 Varianta δ 13 C

Fig. 10. Valorile lui δ13C determinate la specia A. caliginosa în variantele experimentale, faţă de valoarea de start

Determinarea semnalului izotopic în ţesutul animal al enchitreidelor, scoate în evidenţă acceaşi tendinţă ca şi în cazul lumbricidelor. Comparativ cu valorile lui δ13C determinate pentru animale care nu au fost folosite în experienţă, considerată valoare control, valorile determinate pentru enchitreidele folosite în variantele experimentale sunt semnificativ mai mici (fig. 11).

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 S V4 V5 V7 Varianta δ 13 C

Fig. 11. Valorile lui δ13C determinate la Enchitraeus sp. în variantele experimentale, faţă de valoarea de start 3.6. DISCUŢII PRIVIND REZULTATELE OBŢINUTE

În cazul ambelor specii de lumbricide folosite în experiment, la sfârşitul perioadei de incubaţie, s-a observat o reducere a biomasei acestora raportat la biomasa iniţială. Această reducere în biomasă pare a se datora, pe de o parte, faptului că lumbricidele refuză să se hrănească o perioadă de timp după ce au fost manipulate şi introduse în coloanele experimentale (Bohlen, 1995), iar pe de altă parte calităţii hranei disponibile

(22)

(Shipitalo şi colab., 1988). Este cunoscut faptul că paiele conţin cantităţi mici de azot fiind, în felul acesta, mai puţin palatabile comparativ cu gunoiul de grajd.

Cantitatea de material organic care a dispărut de la suprafaţa coloanelor în timpul derulării experimentului, exprimată în procente din cantitatea iniţial adăugată, variază în funcţie de tipul de material organic folosit şi de structura comunităţii de organisme. Prezenţa unui număr mare de specii asigură utilizarea mai eficientă a tuturor resurselor de hrană existente, ceea ce poate asigura o intensificare a procesului de descompunere şi mineralizare. În ceea ce priveşte tipul de fertilizant organic folosit, gunoiul de grajd este preferat consumului de paie pentru toate combinaţiile de specii considerate. După cum constată Cortez şi colab. (1989) şi Sandor şi Schrader (2007) gunoiul este consumat imediat după aplicare, în timp ce, paiele sunt consumate după o anumită perioadă de timp.

Raportându-ne la variantele martor, fără animale (C1, C2, C3), în variantele în care comunitatea biologică a fost manipulată, biomasa microbiană urmează tendinţe diferite. Pentru variantele în care am avut numai lumbricide (V1, V2, V3), biomasa microbiană înregistrează valorile cele mai ridicate indiferent de tipul de materie organică

disponibil. În cazul variantelor cu cea mai diversificată comunitate biotică, alcătuită din lumbricide, enchitreide şi microorganisme (V4, V5, V6) biomasa microbiană

înregistrează valori mai mici comparativ cu variantele control corespunzătoare (C1, C2, C3). Studiind efectele creşterii numărului de specii şi a diversităţii trofice a mezofaunei asupra biomasei fungice, Cortet şi colab. (2003) semnalează faptul că mezofauna poate induce o reducere a acestei biomase. Putem presupune că, în prezenţa enchitreidelor, biomasa fungică are valori mai mici datorită consumului hifelor ciupercilor realizat de către acestea.

Pentru toate variantele experimentale pH-ul înregistrează valorile cele mai mici atunci când sursa organică este reprezentată de gunoiul de grajd. Acest lucru se datorează

activităţii nitrificatoare mai intense în variantele cu gunoi de grajd, faţă de cele cu paie. După cum arată Rusu şi colab. (2005) oxidarea biochimică a unui ion de NH4+ generează

doi protoni care măresc aciditatea solului.

Structura comunităţii biologice a solului influenţează semnificativ concentraţiile azotului mineralizabil din sol (N-NH4+ şi N-NO3-). Atât în cazul amoniului, cât şi în cazul

(23)

nitraţilor, valorile cele mai mari au fost determinate în variantele în care comunitatea biotică a fost reprezentată de microorganisme şi lumbricide (V1, V2, V3). În cazul experimentului realizat, valorile mai mari ale N-NO3- şi N-NH4+ în variantele în care am

utilizat numai lumbricide (V1, V2, V3) faţă de toate celelalte variante, le punem pe seama produşilor de excreţie ai lumbricidelor şi anume a coprolitelor, urinii şi a mucusului secretat de corpul râmelor. În cazul variantelor în care comunitatea biotică este cea mai diversificată, pentru toate variantele experimentale, valorile determinate în cazul ionului NO3- sunt semnificativ mai mici faţă de variantele control corespunzătoare (C1,

C2, C3). Aşadar, prezenţa enchitreidelor determină o reducere a azotului anorganic din sol şi mai ales a N-NO3-. Beare şi colab. (1992) arată că, în condiţiile lipsei unor surse de

azot, hifele ciupercilor care se dezvoltă în litieră pot mobiliza şi extrage azotul din sol. Putem presupune astfel că, în cazul variantelor cu paie în care este posibilă existenţa unei populaţii fungice bine reprezentate la suprafaţa solului, aceasta poate mobiliza şi extrage azotul din sol, sărăcind astfel solul de azot mineral.

Dinamica carbonului organic în solul variantelor experimentale urmează modele diferite. Pentru variantele în care comunitatea biotică este reprezentată de lumbricide şi microorganisme (V1, V2, V3), cât şi pentru variantele martor (C1, C2, C3), valorile determinate sunt aproape similare. Adăugarea enchitreidelor în sistemele experimentale face ca valorile carbonului organic determinate la sfârşitul experimentului să fie semnificativ mai mici faţă de variantele martor corespunzătoare (C1, C2, C3). Hedlund şi Augustsson (1995) arată că ciupercile pot reacţiona atunci când sunt sursă de hrană

pentru alte organisme edafice printr-o creştere a activităţii metabolice şi deci a ratei respiraţiei. Considerăm astfel că reducerea biomasei microbiene în prezenţa enchitreidelor poate fi corelată cu o creştere a activităţii metabolice a microflorei, a respiraţiei şi deci la pierderi de carbon sub formă de CO2.

Determinarea amprentei izotopice în solul variantelor experimentale arată, cu certitudine, un transfer al carbonului marcat din paie către sol. Acesta s-a putut realiza prin biomasa microbiană, prin difuzia unor compuşi organici proveniţi în urma mineralizării paielor şi prin produşii de excreţie ai animalelor. Valorile mai mici ale lui

δ13C în coprolitele lumbricidelor faţă de cele ale solului, indică transferul carbonului marcat din paie către coprolite prin intermediul animalelor.

(24)

Rezultatele obţinute în cazul animalelor indică un transfer al carbonului marcat din paie în ţesutul animal. În cazul enchitreidelor diferenţele valorilor lui δ13C, faţă de valorile control, sunt semnificative statistic indicând faptul că enchitreidele asimilează

cantităţi mai mari de carbon marcat.

IV. REZULTATE ŞI DISCUŢII PRIVIND RELAŢIA

FERTILITATE – BIODIVERSITATE ÎN CONDIŢII NATURALE 4.1. DINAMICA FACTORILOR CLIMATICI

Rezultatele privind parametrii climatici evidenţiază un an cu regim pluviometric secetos şi cu temperaturi ale aerului şi solului care au depăşit valorile normale. În majoritatea lunilor anului s-a înregistrat un deficit de precipitaţii, deficit care a atins maximul de - 40 mm în luna iunie. Temperatura aerului a înregistrat, în toate lunile anului, valori mai mari decât normala multianuală calculată.

4.2. DINAMICA GRUPELOR FAUNISTICE

La sfârşitul perioadei de derulare a experimentului, în majoritatea variantelor experimentale, cele două specii de lumbricide înregistrează efective mai mari faţă de momentul iniţial (tabelul 4). Această creştere se datorează, în primul rând, juvenililor apăruţi în perioada de derulare a experimentului.

Tabelul 4. Efectivele şi biomasa speciilor de lumbricide (media repetiţiilor) la sfârşitul

experimentului Variantele experimentale V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 Maturi (nr. ind/mezocosmos) 1,6 3,3 1,3 - 2 3,3 2 - Lumbricus terrestris Juvenili (nr. ind/mezocosmos) 1 1,3 0,3 0.3 0,3 1 0 - Maturi (nr. ind/mezocosmos) 3,6 6,3 4 - 3.3 5,6 4 - Aporectodea caliginosa Juvenili (nr. ind/mezocosmos) 2 2,6 1,6 - 3.3 2 1,6 0.3

Biomasa umedă L. terrestris

(g/mezocosmos)

10,3 13,9 9,3 - 6.8 14,2 8,2 -

Biomasa umedă A. caliginosa

(g/mezocosmos)

(25)

În ceea ce priveşte dinamica celorlalte grupe sistematice monitorizate, faţă de momentul începerii experimentului (luna mai), la sfârşitul acestuia (luna noiembrie) s-a constatat o reducere a efectivelor acestora în majoritatea variantelor realizate (tabelul 5).

Tabelul 5. Efectivele principalelor grupe sistematice de nevertebrate prezente în sol la începutul şi

sfârşitul experimentului V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 Început Beginning 155±99 243±68 912±243 254±88 187±78 85±35 530±136 307±105 Enchitreide Enchitraeids (nr. ind / mezocosmos) SfârEnd şit 91±52 158±53 614±194 226±95 96±41 301±61 417±82 178±20 Început Beginning 384±35 646±121 953±299 378±194 529±247 759±409 895±332 384±117 Nematode Nematodes (nr. ind / mezocosmos) SfârEnd şit 415±80 570±300 844±152 358±73 358±43 551±152 540±144 367±94 Început Beginning 605±155 518±143 1083±188 375±100 328±113 258±88 477±104 172±104 Colembole Springtails (nr. ind / mezocosmos) SfârEnd şit 142±84 239±70 306±122 200±155 196±139 101±61 242±60 218±94 Început Beginning 128±74 146±60 750±133 77±44 68±32 141±54 452±58 79±28 Alte grupe Others (nr. ind / mezocosmos) SfârEnd şit 83±38 61±27 240±114 85±63 121±96 237±79 234±87 54±5

4.3. RATA DE CONSUM A COMUNITĂŢII BIOLOGICE

La sfârşitul perioadei de 7 luni în care s-a desfăşurat experimentul, s-a constatat că

procesul de descompunere a evoluat diferit pentru cele două tipuri de fertilizanţi organici folosiţi şi că acesta a fost influenţat de comunitatea biotică prezentă.

În cazul gunoiului de grajd întreaga cantitate adăugată în sol şi la suprafaţa acestuia a fost descompusă în variantele cu diversitate biologică mică (V1), a celor cu diversitate biologică moderată (V3) şi a celor cu diversitate biologică mare (V7) (tabelul 6). În cazul variantei martor (M1) numai 45% din cantitatea de gunoi adăugată la suprafaţa solului a fost descompusă, restul fiind recuperată la sfârşitul experimentului.

În variantele în care s-au folosit paie ca şi amendament humifer rata de descompunere a fost, la rândul ei, influenţată semnificativ de comunitatea biotică

prezentă. Astfel, atât în cazul paielor introduse în primii centimetrii ai solului, cât şi în cazul celor de la suprafaţa acestuia, rata de descompunere atinge valoarea cea mai mare în varianta cu diversitatea biologică ridicată (V8), urmând apoi varianta cu diversitatea medie (V4), varianta cu diversitatea mică (V2), iar apoi varianta martor cu diversitatea

(26)

Tabelul 6. Rata de consum a comunităţii biotice în variantele experimentale

Varianta

Treatment

Tipul de materie

organică folosit

Type of organic matter used in each treatment

Cantitatea de

materie organică

adăugată iniţial

(g SU) Initial amount of different organic matter types (g dry matter) Rata de consum a comunităţii (% din cantitatea iniţială) Community consumption rate (% from initial amount) Gunoi la suprafaţă

Surface placed manure 8,1 100

V1

Gunoi în sol Manure in soil

32,4 100

Gunoi la suprafaţă

Surface placed manure 8,1 100

V3

Gunoi în sol

Manure in soil 32,4 100

Gunoi la suprafaţă

Surface placed manure 8,1 100

V7

Gunoi în sol Manure in soil

32,4 100

Gunoi la suprafaţă

Surface placed manure 8,1 45,06

M1

Gunoi în sol

Manure in soil 32,4 100

Paie la suprafaţă

Surface placed straw 75 56.5

V2

Paie în sol Straw in soil

75 67,3

Paie la suprafaţă

Surface placed straw 75 60.9

V4

Paie în sol

Straw in soil 75 75,6

Paie la suprafaţă

Surface placed straw 75 74.9

V8

Paie în sol Straw in soil

75 84

Paie la suprafaţă

Surface placed straw 75 51,07

M2

Paie în sol

Straw in soil 75 63,6

4.4. DINAMICA BIOMASEI MICROBIENE ŞI RAPORTUL BACTERII : CIUPECI ÎN SOL

Biomasa microbiană şi raportul biomasa bacteriană : biomasa fungică au fost determinate, pe parcursul derulării experimentului, în lunile mai, iunie, iulie şi octombrie. Analiza varianţei indică faptul că variabilele independente considerate influenţeată

(27)

Tabelul 7 Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi variabila dependentă

testată (biomasa microbiană)

Variabila dependentă – biomasa microbiană

Variabile independente

F Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 241** 298,6** 129,7** 41,72** 7,27** 9,15** 6,95** * semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01

Determinările efectuate în luna mai relevă faptul că biomasa microbiană este influenţată atât de comunitatea biotică cât şi de materia organică disponibilă, în toate variantele experimentale valorile înregistrate ale biomasei microbiene fiind mai mari comparativ cu momentul iniţial. În luna iunie biomasa microbiană înregistrează o reducere semnificativă faţă de luna mai, în cazul tuturor variantelor experimentale. În luna iulie probele pentru determinarea biomasei microbiene s-au recoltat după o perioadă

cu ploi abundente. În aceste condiţii, umiditatea solului nu s-a constituit ca şi factor limitant, biomasa microbiană atingând valorile maxime din întreaga perioadă de derulare a experimentului. La determinările efectuate în luna octombrie valorile biomasei microbiene înregistrează uşoare reduceri comparativ cu luna iulie, însă se menţin ridicate. Valorile cele mai mari se menţin în variantele cu diversitate ridicată în cazul ambelor tipuri de materii organice folosite (fig. 12).

Raportul bacterii : ciuperci scoate în evidenţă dominanţa biomasei fungice faţă de cea bacteriană în toate variantele experimentale şi la fiecare moment de timp. Se observă, de asemenea, că în variantele cu paie apare o creştere a biomasei bacteriene faţă de variantele corespunzătoare în care s-a folosit gunoiul de grajd. Raportul bacterii : ciuperci pare a fi influenţat şi de condiţiile climatice specifice anului 2007.

(28)

0 200 400 600 800 1000 1200 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 µg C / g s o l Mai Iunie Iulie Octombrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 12. Dinamica biomasei microbiene în solul variantelor experimentale în timpul derulării experimentului

4.5. DINAMICA PARAMETRILOR CHIMICI AI SOLULUI 4.5.1. Dinamica pH-ului solului

Analiza valorilor determinate ale pH-ului solului în variantele experimentale indică faptul că acest parametru este influenţat de activitatea biologică, tipul de îngrăşământ organic utilizat şi de momentul determinării (tabelul 8).

Tabelul 8. Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi variabila dependentă

testată (pH-ul solului)

Variabila dependentă – pH Variabile independente

F Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 436** 272** 132** 70,9** 24,8** 22,2** 12** * semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01

Pe parcursul derulării experimentului se pot remarca două perioade cu valori mai ridicate ale pH-ului. Prima dintre ele a fost la începutul experimentului, iar cea de-a doua s-a semnalat în luna octombrie când valorile de pH cresc din nou pentru majoritatea variantelor experimentale. Între cele două perioade cu valori ridicate ale pH-ului avem lunile de vară în care pH-ul înregistrează valori mai mici pentru majoritatea variantelor

(29)

experimentale. La sfârşitul experimentului, în luna noiembrie, valorile de pH sunt semnificativ mai mici comparativ cu cele înregistrate în lunile anterioare (fig. 13)

7.2 7.25 7.3 7.35 7.4 7.45 7.5 7.55 7.6 7.65 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 pH Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 13. Variaţia pH-ului solului în variantele experimentale 4.5.2. Dinamica nitraţilor şi amoniului din sol

Analiza rezultatelor privind dinamica nitraţilor şi amoniului în solul variantelor experimentale relevă faptul că acestea sunt influenţate semnificativ de comunitatea biotică, tipul de fertilizant organic folosit, precum şi de momentul de timp la care s-au făcut recoltările (tabelul 9).

Tabelul 9. Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi variabilele

dependente testate (nitraţii şi amoniul din sol)

Variabila dependentă F

Variabile independente

N-NO3- N-NH4+

Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 306,9** 14,5** 55,9** 1,59 0,36 8,37** 5,2** 220** 4,2* 8,8** 1,4 3,8* 7,8** 2,9* *semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01

În momentul startului experimentului cantitatea de nitraţi din sol a înregistrat valorea de 25 ppm N-NO3-, cea ce indică o bună aprovizionare cu nitraţi a solului. După

30 de zile de la startul experimentului, la recoltarea din luna mai, cantităţile de nitraţi determinate în sol scad semnificativ, faţă de valoarea de start, în cazul tuturor variantelor

(30)

experimentale se menţine şi în lunile care au urmat primei recoltări. Reducerile au fost mai pronunţate vara. În luna octombrie s-a semnalat o creştere a cantităţilor de nitraţi din sol în majoritatea variantelor (fig. 14).

0 5 10 15 20 25 30 35 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 N-N O3 - (p p m ) Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 14. Dinamica N-NO3- în solul variantelor

experimentale în timpul derulării experimentului

La prima recoltare a probelor, realizată în luna mai, amoniul din solul variantelor experimentale este în cantităţi mai mari faţă de momentul iniţial în toate variantele experimentale, indiferent de tipul de materie organică utilizată. Tendinţa de creştere a cantităţii de N-NH4+ din sol se menţine şi în intervalul de timp ulterior primei recoltări,

lucru semnalat prin creşterea cantităţilor de N-NH4+ în solul variantelor experimentale la

recoltările ulterioare. Creşterile au fost mai ridicate în variantele cu paie decât în cele cu gunoi de grajd (fig. 15).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 N-NH 4 + (p p m ) Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 15. Dinamica N-NH4+ în solul variantelor experimentale în

(31)

4.5.3. Dinamica carbonului organic (Corg) şi a azotului total (Nt) din sol

Aplicarea testul ANOVA cu măsurători repetate relevă un efect semnificativ al momentului recoltării şi al diversităţii biologice asupra carbonului organic şi azotului total din solul variantelor experimentale (tabelul 10).

Trebuie subliniat faptul că dinamica carbonului organic şi a azotului total în solul variantelor experimentale, pe parcursul derulării experimentului, nu a evidenţiat modificări majore în timp ale acestor parametrii, pentru nici una dintre variantele experimentale realizate (fig. 16 şi fig. 17). Uşoare creşteri ale acestor parametrii au fost observate către sfârsitul experimentului, în sezonul de toamnă.

Tabelul 10. Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi variabilele

dependente testate (nitraţii şi amoniul din sol)

Variabila dependentă F

Variabile independente

Corg Nt

Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 12,5** 0,33 103** 7,53** 1,54 3,43* 1,94* 16,8** 0,002 137** 5 1,14 5,9** 0,49 *semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 Co rg ( % ) Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 16. Dinamica Corg în solul variantelor experimentale în timpul derulării

(32)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 Nt ( % ) Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 17. Dinamica Nt în solul variantelor experimentale în

timpul derulării experimentului 4.5.4. Dinamica fosforului (P2O5) din sol

Variaţia valorilor determinate ale fosforului din solul variantelor experimentale indică o influenţată semnificativă a momentului determinărilor, a tipului de materie organică utilizat şi a comunităţii biotice prezente asupra acestui parametru (tabelul 11).

Tabelul 11. Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi

variabila dependentă testată (fosforul din sol)

Variabila dependentă – P2O5

Variabile independente

F Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 18,08** 103,7** 279** 28** 2,24 3,78** 2,02* * semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01

În momentul primei recoltări diferenţe semnificativ mai mari ale P2O5 din sol, faţă

de momentul de început, au fost înregistrate în variantele cu diversitate biologică ridicată

pentru ambele tipuri de materii organice folosite. În cazul celorlalte variante experimentale realizate diferenţele faţă de valoarea de start, fie că sunt mai mari fie că

sunt mai mici, nu sunt semnificative. Remarcăm totuşi faptul că mediile calculate pentru fiecare variantă experimentală sunt mai mici în cazul folosirii paielor ca şi amendament humifer. Tendinţa observată se menţine şi la recoltările ulterioare (fig. 18).

(33)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 mg P2 O5 / 10 0 g so l Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 18. Dinamica P2O5 în solul variantelor experimentale

4.5.5. Dinamica potasiului (K2O) din sol

La fel ca şi în cazul celorlalţi parametrii analizaţi, şi în cazul potasiului, variabilele independente influenţează semnificativ dinamica variabilei dependente testate (tabelul 12). De această dată însă efectul este puternic semnificativ în cazul variabilei independente materie organică, comparativ cu factorii diversitate sau moment de timp.

Tabelul 12 Valorile lui F din testul ANOVA pentru variabilele independente şi variabila dependentă

testată (potasiul din sol)

Variabila dependentă – K2O

Variabile independente

F Timpul / Time (T)

Tipul de materie organică/ Organic matter type (OM) Divesitate / Diversity (Div)

OM x Div T x OM T x Div T x OM x Div 5,93** 430** 121** 8,77** 3,86 3,09* 2,37* * semnificativ la p< 0,05; ** semnificativ la p< 0,01

La o lună de la startul experimentului cantitatea de K2O determinată în solul

variantelor experimentale este mai mare decât valoarea iniţială în cazul tuturor variantelor realizate. Şi în cazul potasiului valorile maxime determinate, pentru ambele tipuri de materii organice folosite, au fost înregistrate în variantele cu diversitate ridicată. La următoarele recoltări realizate valorile potasiului determinate în sol nu suferă

(34)

cantităţile cele mai ridicate de K2O se înregistrează în variantele cu diversitatea biologică

cea mai mare, pentru fiecare tip de materie organică utilizat (fig. 19).

0 20 40 60 80 100 120 140 S V1 V3 V7 M1 V2 V4 V8 M2 mg K2 O / 100 g sol Mai Iunie Iulie Septembrie Octombrie Noiembrie

Variantele cu gunoi Variantele cu paie

Fig. 19. Dinamica K2O în solul variantelor experimentale

în timpul derulării experimentului 4.6. COMPOZIŢIA CHIMICĂ A LEVIGATULUI COLECTAT

Analiza ionică a levigatului colectat din solul variantelor experimentale evidenţiază comportamente diferite ale ionilor analizaţi (NO3-, NH4+, PO43-, K+) în ceea

ce priveşte capacitatea de spălare şi îndepărtare a acestora din zona rizosferei. De departe, pierderile cele mai mari sunt înregistrate în cazul ionului nitrat (NO3-), urmat de potasiu

(K+), fosfat (PO4-) şi amoniu (NH4+) (tabelul 13).

4.7. DISCUŢII PRIVIND REZULTATELE OBŢINUTE

Creşterea efectivelor speciilor de lumbricide în variantele experimentale considerăm a se datora, în primul rând, juvenililor apăruţi în perioada de derulare a experimentului. Variaţia efectivelor celorlalte grupe de animale edafice prezente în mezocosmosuri relevă faptul că, în variantele în care s-a dorit obţinerea unei diversităţi mai mari acest lucru a fost realizat printr-un număr mai mare de grupe sistematice prezente, dar şi prin efective mai mari ale acestor grupe sistematice. Luând în considerare tipul de fertilizant organic utilizat, efectivele populaţiilor animale au fost mai ridicate în variantele cu gunoi de grajd faţă de variantele cu paie. Calitatea substratului nutritiv

(35)
(36)

este responsabilă pentru aceste rezultate, gunoiul de grajd fiind calitativ superior paielor de orz.

Rata de consum a materiei organice în mezocosmosuri a fost exprimată în procente materie organică consumată, raportat la cantitatea de materie organică introdusă

iniţial. Diferenţele observate în rata de consum a celor două tipuri de materii organice utilizate se datorează compoziţie chimice a acestora şi structurii diferite a comunităţii biotice din mezocosmosuri.

Celelalte grupe sistematice prezente în mezocosmosuri (nematode, enchitreide, colembole, alte artropode), prin influenţa directă sau indirectă asupra activităţii metabolice a microflorei, contribuie la consumul şi descompunerea materie organice.

Microflora solului este considerată principala responsabilă a descompunerii materiei organice, chiar dacă şi comunitatea animală a solului este implicată în acest proces. Biomasa microbiană şi raportul bacterii : ciuperci constituie indicatori ai activităţii metabolice a microflorei solului, iar dinamica acestor parametri poate furniza informaţii legate de factorii care influenţează mineralizarea materiei organice şi, implicit, disponibilizarea nutrienţilor pentru plante. Dinamica biomasei microbiene este influenţată

de condiţiile climatice (Insam, 1989; Insam şi Parkinson, 1990), nutrienţii disponibili şi în special azotul (Montagnini, 1989), fauna solului (Manilov şi colab., 2001). Perioada de secetă pronunţată de la sfârşitul lui mai şi începutul lui iunie determină această reducere drastică a biomasei microbiene. În variantele în care s-au folosit paie reducerea este mai puţin pronunţată dat fiind că, prezenţa paielor în sol şi la suprafaţa lui reduc pierderile de apăşi menţin o umiditate mai ridicată în sol.

Raportul biomasă bacteriană : biomasă fungică (B:C) evidenţiază dominanţa biomasei fungice faţă de biomasa bacteriană la fiecare determinare şi în cazul oricărei variante experimentale. Acest rezultat este pus pe seama avantajului competiţional al ciupercilor faţă de bacterii (Manilov, 2002).

Cele două tipuri de fertilizanţi organici utilizaţi în experiment influenţează diferit pH–ul solului. Astfel, din analiza rezultatelor obţinute, se poate observa că valorile pH– ului variantelor cu gunoi de grajd sunt uşor mai mari decât în cazul variantelor cu paie, diferenţele nefiind însă semnificative statistic. Este cunoscut faptul că gunoiul de grajd semifermentat manifestă efecte de conservare a reacţiei solurilor, prin aport de substanţe

(37)

bazice, complexarea organo-minerală a ionilor de aluminiu şi prin aport esenţial de substanţe cu efect de tamponare (Rusu şi colab., 1970). În ceea ce priveşte influenţa comunităţii biologice a solului asupra pH-ului se remarcă faptul că, în variantele cu diversitatea cea mai mare se înregistrează valorile cele mai mici de pH-ului la majoritatea momentelor de recoltare şi pentru fiecare tip de materie organică folosit. Se pare aşadar că activitatea biologică mai intensă şi rata de descompunere amplificată din aceste variante menţin valorile pH-ului relativ constante, fară variaţiile mai largi observate în celelalte variante.

Reducerea semnificativă a nitraţilor din sol imediat după startul experimentului se poate datora unor procese fizice, chimice şi biologice care se desfăşoară în sol dintre care amintim: absorbţia radiculară a plantelor, imobilizarea microbiană, levigarea şi denitrificarea. Tendinţa de scădere a nitraţilor din sol în iunie faţă de luna mai poate fi explicată prin levigarea acestora. Creşterea cantităţilor de nitraţi din luna octombrie se datorează condiţiilor climatice specifice perioadei de toamnă, reducerii temperaturilor şi creşterii precipitaţiilor căzute.

Dinamica N-NH4+ în experimentul realizat, scoate în evidenţă tendinţa de creştere

continuă a amoniului din sol pe parcursul derulării experimentului. Această creştere indică o activitate amonificatoare intensă pe întreaga perioada de desfăşurare a experimentului. Aşadar, creşterea NH4+ din sol s-a datorat amonificării materiei organice

din sol însăşi disponibilizării NH4+ legat coloidal.

Dinamica Corg şi a Nt în variantele experimentului realizat nu prezintă varianţii

deosebite pe parcursul derulării lui. Cei doi parametrii se menţin la valori constante, ceea ce era de aşteptat atâta vreme cât, după cum arată Stark şi colab. (2007), Corg şi Nt se

modifică lent sub influenţa fertilizării şi nu sunt practic afectaţi de practicile agricole realizate pe termen scurt.

Variaţiile reduse ale cantităţilor de fosfor în solul variantelor experimentale pe parcursul derulării experimentului, confirmă mobilitatea redusă a acestui element. Analiza varianţei arată că efectul combinat al momentului recoltării cu tipul de fertilizant organic nu influenţează semnificativ cantitatea de fosfor din sol. Există totuşi situaţii în care cantitatea de P2O5 determinată în variantele cu gunoi de grajd a fost semnificativ

(38)

care diversitatea biologică a fost ridicată (V7 şi V8). Aceste rezultate se datorează unei mineralizări mai accentuate a materiei organice în aceste variante.

Adăugarea materiilor organice în mezocosmosuri a condus la o creştere a cantităţii de K2O din sol. Creşterile sunt mai pronunţate în cazul utilizării gunoiului de grajd faţă

de variantele cu paie. Pe parcursul derulării experimentului s-a constatat o tendinţă de reducere a K2O din solul variantelor experimentale. Această tendinţă poate fi explicată

prin imobilizarea potasiului în biomasa vegetală şi microbiană, dar şi prin levigarea potasiului din sol.

Creşterile de potasiu din solul variantelor experimentale se pot datora şi ciclurilor de uscare şi umezire la care a fost supus solul, Hodges (2000) semnalând faptul că aceste cicluri pot determina o disponibilizare a potasiului din soluri.

V. CONCLUZII GENERALE ŞI DOMENIILE DE APLICARE A REZULTALELOR

Experimentele de tip microcosmos şi mezocosmos permit evaluarea implicării comunităţii biologice a solului în asigurarea stării de fertilitate a acestuia. Pe baza rezultatelor obţinute de-a lungul celor doi ani de experimentare se pot emite următoarele concluzii:

¾Utilizarea celor două tipuri de fertilizanţi organici conduc la intensificarea activităţii biologice din sol şi la mineralizarea diferită a celor doi fertilizanţi organici. În cazul ambelor tipuri de experimente rata de consum şi mineralizare a materiei organice este mai mare în cazul gunoiului de grajd faţă de paiele de orz.

¾Atunci când paiele sunt folosite ca şi fertilizant organic, rata de consum şi mineralizare a acestora este mai ridicată dacă sunt folosite paie de dimensiuni mici. În practicile agricole se recomandă, aşadar, mărunţirea paielor aplicate în sol sau la suprafaţa acestuia atunci când se urmăreşte mineralizarea lor rapidă. Adăugarea de fertilizanţi minerali odată cu paiele poate, de asemenea, intensifica mineralizarea acestora.

¾Modul de aplicare al fertilizanţilor organici influenţează rata de mineralizare şi disponibilizare a nutrienţilor, mineralizarea realizându-se mai rapid atunci când paiele sau gunoiul de grajd sunt încorporate în sol, faţă de distribuirea lor la suprafaţă.

¾Diversitatea mare a comunităţii biologice a solului determină o rată de mineralizare mai ridicată comparativ cu diversitatea redusă a solului. Practicile agricole care pot

Figure

Updating...

References

Updating...

Related subjects :