Исхрана биљака азотом у органској производњи

Сам термин органска пољопривреда се као такав највише користи у САД. У немачкој, Данској и земљама Западне Европе врло често се користи израз биолошка пољопривреда, док је за Србију и земље у региону најчешће у употреби еколошка или органска пољопривреда. Ова производња има за циљ увођење еколошке димензије у пољопривредну производњу тј. управљање пољопривредом уз поштовање принципа очувања животне средине. Избацивањем из употребе свих синтетичких средстава за заштиту биља и увођењем технологије гајења усева по принципима органске производње, доприноси се очувању плодности земљишта, његових физичких и хемијских својстава, подстиче се микробиолошка активност земљишта, а добијени производ је бољег квалитета. Овакав вид производње све више, како у свету тако и код нас, добија на значајности (Oljača, 2012). Зачетник идеје и претеча данашње органске производње је Рудолф Штајнер који је први увео биодинамични систем производње оснивајући фарму затвореног кружења органске материје. Оснивач је прве непрофитабилне агрономске асоцијације одрживе пољопривреде у Северној Америци, 1938. године  (http://www.pks.rs). Овај вид пољопривредне производње у Србији, регулисан је међународним важећим стандардима, као и домаћом регулативом која је рађена по узору на међународне стандарде. Прво удружење Терра`с, које је имало за циљ промовисање органске пољопривреде, основано је 1990.године у Суботици (Simić, 2016). У Србији се тренутно примењује Закон о органској пољопривреди из 2010. године који је рађен у складу са законским нормама ЕУ, као и Правилник кoјим се ближе прописују мере у органској производњи. Уз помоћ овлашћених контролних организација врши се контрола органске производње. За њихов рад Министарство пољопривреде и заштите животне средине издаје дозволу. Први корак који треба направити у органској пољопривреди је пријава површина на којима се планира заснивање овакве производње. Услов је да земљиште не садржи тешке метале, органске штетне материје и да у близини нема загађивача природне средине. Затим се приступа конверзији земљишта, чија дужина трајања зависи од биљне врсте и најмање износи две године. У времену конверзије земљиште се припрема за органску производњу, а производи у том периоду немају сертификат. Управо је то најтежи део за произвођаче. Семенски материјал који се користи у органској пољопривреди има такође своје специфичности (Berenji, 2009). Формирају  се посебне сортне листе у којиме се региструје семе произведено по принципима органске производње, а које се употребљава за заснивање органских усева, као и база репродуктивног матријала. Само у случајевима када семе из органске производње није доступно на тржишту може се користити семе и садни материјал из конвенционалне производње, али без хемијских третирања и уз сагласнот Министарства пољопривреде, затим ако се семе користи у истраживачке сврхе или ако је реч о аутохтоној сорти (Pravilnik, 2012).

Под семеном из органске поризводње сматра се да семе за  чију производњу је коришћен репродуктивни материјал (родитељске компоненте) произведен из органске производње најмање једну годину, а за вишегодишње биљне културе, две године.

Сходно томе у оплемењивању се развија правац стварања органских сорти и хибрида (Prodanović i Šurlan-Momirović, 2006). Ђубрива и заштитана средства која се користе у органској производњи су такође на посебним листама. Заштита усева се своди на примену превентивних и еколошких мера (плодоред, отпорне врсте и сорте, механички и физички поступци и сл.). Први произвођачи органских производа у Србији појављују се 1990. године. Улажу се огромна средства која имају тенденцију даљњег раста и ту се виде и огромне шансе за нашу пољопривредну производњу. Nа путу ка успешној производњи данас су многе организације и удружења. Она имају за циљ да окупе произвођаче, да их едукују, да заједно наступају пред државних органима са својим проблемима како би их лакше решили. Nаучне институције такође имају велики улогу  у развоју ове гране пољорпривреде.

Значај органских производа у исхрани људи

Интензивна употреба преко 80.000 разних хемикалија у произвoдњи животних намирница, отвара нову димензију проблема – биолошку вредност хране као нове категорије квалитета прехрамбених производа (Skenderović i et al.,2011). Многа заштитна средства која су данас најстроже забрањена, а која су се некада користила у пољопривредној производњи, оставила су озбиљне последице по здравље људи и животну средину. Nакон открића да органохлорни пестициди доводе до ефекта накупљања токсичних хемијкалија у различитим ткивима живих организама који припадају истом ланцу исхране као и накуљања одређених супстанци у организмима живих бића у далеко већим концентрацијама него што су концентрације истих супстанци у храни датих организама (биомагнификација), 1972. године уследила је забрана коришћења ДДТ, алдрина и др. (Janjić, 2005). Rihter (2002) наводи да су процене смртних случајева изазване пестицидима и до 220.000, а број акутних тровања и до 26 милиона годишње већином код пољопривредника и у руралним срединама. Анализом присуства пестицида у производима из конвенционале производње и органске намењених људској исхрани, утврђен је далеко мањи садржај резидуа у органским него што је то случај са конвенционалним (Woese et al.1997). Lampkin  (1990) такође наводи да је садржај витамина Ц у органском поврћу већи око 28 %, са нижим приносом од 24 % у односу на конвенционално произведено поврће.  Од укупног приноса нитрата у организму човека око 90 % потиче из поврћа, због чега је веома важно да садржај нитрата у поврћу буде низак (Kastori i Petrović, 2003). Тако је и нитритном директивом (Council Directive 1991/676/EEC) ограничена је примена азота до 170 кг/ха, где у складу са законом о Органској пољопривреди представља максималну концентрацију нитрата у подземним и површинским водама, спречи загађење животне средине и индиректно утиче на очување здравља и домаћих животиња.

 ЂУБРЕЊЕ У ОРГАНСКОЈ ПРОИЗВОДЊИ

Ђубрење је једна од најважнијих агротехничких мера у биљној производњи. Све до средине XIX века као средство за подизање плодности земљишта и повећање приноса користили су се различити органски и неоргански материјали природног порекла. Исхрана биљака у овом периоду ослањала се у потпуности на употребу стајњака, компоста, зеленишног ђубрења, и у мањој мери природних минералних ђубрива. Оно што је заједничко за ова ђубрива јесте да се одликују ниским садржајем хранљивих елемената и да се елементи у њима налазе у облицима који нису директно приступачни гајеним биљкама. Развојем индустрије, производњом суперфосфата и снтетичких азотних ђубрива на бази амонијака, остварени су предуслови за ткз. Зелену револуцију. Осим неспорних позитивних утицаја на принос биљака и производњу хране, интензификација пољопривредне производње, која је осим примене минералних ђубрива увела у употребу пестициде и нове високоприносне генотипове биљака, имала је негативне утицаје на природне ресурсе, животну средину и здравље људи. Највеће последице интензивне пољопривредне производње су проблеми везани за нарушавање структуре земљишта, ерозију и губитак плодности земљишта, испирање нитрата из површинског слоја земљишта и повећањи њихове концентрације у подземним водама, контаминацију земљишта пестицидима, смањење биодиверзитета  и велику потрошњу енергије (Manojlović, 2008). Плодност и биолошка активност земљишта у органској производњи одржава се и повећава вишегодишњим плодоредом, укључујући легуминозе и зеленишно ђубриво и применом стајског ђубрива или неког другог органског ђубрива, по могућности компостираног, који потичу из органске прозводње (Manojlović, 2008). Према Правилнику о контроли и сертификацији у органској производњи и методама органске производње (Службени гласник РС 095/2020; 19/21), у органској биљној производњи могу се корисити средства за исхрану биља и оплемењивачи земљишта, у мери која је неопходна, ако се нутритивне потребе биљака не могу адекватно задовољити применом мера за одржавање и побољшање плодности и активности земљишта на самом газдинству.

Опште карактеристике органских ђубрива

Под органским ђубривом подразумева се хетерогена група материјала животињског и/или биљног порекла који садрже хранљиве елементе у облику комплексних органских молекула који процесом минерализације прелазе у неорганске, биљкама приступачне облике (Lampkin, 2000). Органска ђубрива имају нижу концентрацију хранљиих елемената у односу на минерална ђубрива. Такође, за разлику од минералних ђубрива у којима се хранљиви елементи налазе у биљкама приступачним облицима, органска ђубрива пролазе период минерализације да би се ослободили приступачни облици елемената.

Минерализација је биохемијски процес који је условљен активношћу земљишних микроорганизама и другим факторима средине као што су влага и температура.

Из тог  разлога тешко је предвидети динамику ослобађања хранива из органских ђубрива и ускладити је са потребама усева (Pang & Letei, 2000; Berry el al.,2002; Manojlović el at.,2010) што је код употребе минералних ђубрива релативно једноставно. Садржај хранљивих елемената у органским ђубривима се разликује чак и код исте врсте ђубрива, нпр. стајњака. Применом органских ђубрива у земљиште се уноси органски угљеник који има позитиван утицај на физичка, хемијска и биолошка својства земљишта (Čuvardić et al.,2004; Manojlović, 2008). Такође, повећањем садржаја органске материје земљишта повећава се сопствена способност земљишта и капацитет адсорпције катјона. То је један од најважнијих фактора плодности јер спречава испирање и губитак катјона из земљишта. Такође, важна је пуферна способност органских ђубрива. Примена стајњака на киселим земљиштима доводи до повећања pH вредности земљишта, и обрнуто, на алкалним земљиштима доводи до смањења pH вредности земљишта (Brown  et al.,2000).

Примена органских минералних ђубрива има позитиван утицај на микробиолошку активност земљишта која представља један од најважнијих параметара плодности (Manojlović, 2008). Применом органских ђубрива у земљиште се уносе различита органска једињења која могу стварати стабилне комплексе са појединим тешким металима, и на тај начин смањити негативан утицај на гајене биљке (Haynes & Mokolobate, 2001). С обзиром да се хранљиви елементи из органских ђубрива постепено ослобађају у зависности од процеса минерализације, потребно је да се унесу у земљиште 2-4 недеље пре него што су гајеним усевима потребна хранива. Приступачност хранива из ових ђубрива у великој мери зависи од садржаја влаге, температуре и микробиолошке активности у земљишту (Manojlović, 2008).

Веома важно својство органских ђубрива, које у великој мери одређује приступачност N је однос C и N у органском материјалу  (C:N). Уношењем органских ђубрива у земљиште, уносе се значајне количине C, за изградњу ћелија, док им је N потребан за синтезу протеина. Уколико органска ђубрива имају C:N однос ужи од 20:1  (висок садржај N), тада ће се минерализацијом органске материје, ослободити минерални N. Уколико је  C:N однос шири од 20:1 (низак садржај N), микроорганизми не могу да задовоље своје потребе азотом само из органских материјала, већ усвајају и приступачне облике минералног N из земљишта, што може да има за последицу недостатак N у исхрани биљака, који може да потраје и неколико месеци (Manojlović, 2008)

NО₃ или NH₄⁺→микробиолошка активност→Органски N

Табела1. C:N однос различитих органских материјала (Manojlović, 2008)

Садржај хранљивих елемената варира у зависности од начина чувања, временских услова којима су ђубрива изложена, врсте полазног материјала или врсте животиња од којих ђубрива настају, и то може да буде проблем приликом одређивања дозе ђубрива (Eghball et al., 2002). Органска ђубрива садрже више различитих хранљивих елемената, те се дешава да применом ђубрива у количини којом се задовољавају захтеви биљака у једном хранљивом елементу, други елементи уносе у сувишку или у недовољној количини. Torbert et al. (2005) наводе да вишегодишња примена органских ђубрива у количини којом се задовољавају захтеви биљака према азоту, доводи до повећања приступачног фосфора у земљишту, што на лакшим песковитим земљиштима са високим садржајем подземних вода може имати негативан утицај на животну средину услед испирања (процес  еутрофкације).

Поједина органска ђубрива као што су стајњак и компост, могу да садрже семе коровских биљака, што доводи до ширења корова по ђубреним парцелама. Ширење корова услед ђубрења стајњаком може представљати посебан проблем у органској производњи где је искључена могућност хемијског сузбијања, већ се корови сузбијају механички, што поскупљује производњу (Manojlović et al., 2017).

 Правилним компостирањем стајњака се уништавају корови. Органска ђубрива животињског порекла могу садржавати штетне маатрије као што су антибиотици, хормони, остаци пестицида, тешки метали и различити патогени микроорганизми.

 Фактори који утичу на минерализацију органских ђубрива

Нa процес минерализације утиче велики број чинилаца као што су: састав и квалитет материјала органских ђубрива, влага, температура, pH вредност земљишта, садржај макроелемената и микроелемената у земљишту, примена минералних ђубрива, обрада земљишта, присуство биљака итд.

Када се говори о саставу и квалитету материјала који се минерализује, пре свега мисли се на садржај N и на однос између садржаја C и N (C/N), C и P (C/P), као и укупан садржај лигнина и полифенола (Moreno-Cornejo et al., 2014; Xu et al., 2017). Висок садржај N и узан C/N однос интензивира минерализацију и она значајно превазилази имобилизацију (Raiesi, 2005; Baćanović i Čuvardić, 2006). Амонијачни N се ослобађа из органских једињења када материја која се разлаже садржи 1,5-2,0% N. Уколико је садржај N нижи, ослобођени минерални N се уграђује у тела микроорганизама и долази до имобилизације N. До ослобађања минералних облика P из органске материје долази само уколико је C/P однос ужи од 200:1, односно уколико је садржај P у органској материји виши од 0,16% (Нguluu et al., 1997). У супротном долази до процеса имобилизације. Разградњом лигнина настају полифеноли који имају инхибирајуће дејство на развој гљива и бактерија у земљишту, те повећан садржај полифенола биљног порекла у материји која се разлаже смањује интезитет минерализације (Swift et al.,1979). Минерализација органске материје је биохемијски процес кога врше земљишни микроорганизми, те фактори који делују на активност земљишних микроорганизама имају значајан утицај на овај процес. Влажност земљишта директно утиче на процес минерализације и на садржај минералног N у земљишту. Недостатак или сувишак влаге делује стресно на микроорганизме и инхибира њихов раст (Standford & Epstein, 1974). Повишен садржај влаге смањује аерацију земљишта што инхибира активност микроорганизама, и на крају наизменично влажење и сушење земљишта повећава количину материјала који се брзо минерализује. Имобилизација је такође важан процес трансформације N у земљишту.

Целулоза

Целулоза је саставни део биљака, неких алги, гљива, бактерија и инсеката. Садржај целулозе у биљци зависи од врсте и старости биљке. У ткивима младих трава и легуминоза, целулоза чини 15% од суве масе, а код дрвенастих биљака њен удео је и до 50%. Разлагање целулозе у земљишту врше целулолитски микроорганизми уз помоћ целулолитичких ензима који имају способност раскидања β - 1,4 гликозидних веза. Три су главна типа целулолитичких ензима: ендоглуканазе, егзоклуканазе и β –глукозидаза. Разлагање молекула целулозе одвија се постепено, а ендоглуканазе и егзоглуканазе делују истовремено. Глукоза која настаје као производ деловања ова три ензима, усваја се у ћелију микроорганизама где се користи или као извор енергије или за биосинтезе ћелијских компоненти.

Уколико је аеробни микроорганизми користе као извор енергије, глукоза се трансформише по циклусу трикарбонских киселина или по типу аеробних ферментација. Као крајњи продукти настаје вода, угљен-диоксид и органске киселине (сирћетна, лимунска, фумарна). Уколико глукозу као извор енергије користе анаеробни микроорганизми, настају етанол, органске киселине (бутерна, пропионска, млечна), CO₂, и H₂O. Процес разлагања целулозе најбрже се одвија у аеробним условима, уз садржај воде око 60-70% од пуног водног капацитета земљишта и на температурама између 20-40ºC. Количина целулозе која доспе у земљиште зависи од врсте и количине жетвених остатака. Целулоза је органско једињење сложене грађе и биљка је не може усвојити. Због тога је микробиолошко разлагање целулозе веома значајно за пољопривредну производњу и кружење материје уопште. Приликом микробиолошког разлагања целулозе ослобађају се угљен-диоксид и вода који се усвајају од стране биљака. Органске киселине (сирћетна, фумаран, јабучна, бутерна и др.) које се такође ослобађају разлагањем целулозе, се полимеризују са другим сложеним материјама градећи хумус чиме се повећава плодност земљишта. Један део глукозе која настаје разлагањем целулозе уграђује се у ћелије микроорганизама, које се након угинућа укључују у разне трансформације у земљишту, чиме се повећава биолошка активност и плодност земљишта. Микроорганизми који разлажу целулозу у земљишту су бројни и припадају гљивама, бактеријама и протозоама. Гљиве су најактивнији разлагачи јер производе све три групе целулолитичких ензима. Највећи број целулолитичких гљива је из подразреда Ascomycotina, Basidiomycotina и Deuteromycotina са родовима Alternaria, Aspergillus, Rhizopus, Trichoderma, Verticillium, Fusarium i Fomes. Од бактерија у аеробним условима најзаступљенији родови правих бактерија су Cellulomonas, Cellvibrio, Bacillus и Vibrio. Зракасте бактерије или актиномицете нешто слабије разлажу целулозу од правих бактерија и гљива, а припадају родовима Streptomyces, Nocardia, Micromonospora и Streptosporangium. У дубљим слојевима земљишта, у сабијеном земљишту, у унутрашњости земљишних агрегата и у превлаженом земљишту разлагање целулозе врше анаеробне бактерије из рода Clostridium (Jarak i Čolo, 2007).

 Лигнин

Лигнин је најпостојаније природно полифенолно једињење које у биљном ћелијском зиду заједно са хемицелулозом гради матрикс у који су уроњена влакна целулозе (Hammel, 1997). Његове главне функције су заштита полисахарида ћелијског зида као и ефикасан транспорт воде и нутријената и обезбеђивање чврстине биљака. Поред целулозе, лигнин представља најзаступљенији обновљиви извор угљеника на Земљи па самим тим има важну улогу у процесу његовог кружења у природи. Међутим, да би се одржао природни ток угљеника, лигнин мора бити разграђен деловањем различитих организама (Hammel, 1997). Сам процес разградње утиче на хумификацију земљишта јер се током њега ослобађају ароматични прекурсори хумуса, танини, флавоноиди и др. Температура, киселост и влажност земљишта су важни спољашњи фактори који утичу на лигнинолитички процес у природним екосистемима.

Због јединствених лигнинолитичких способности гљива белог труљења, њихов механизам разлагања лигнина је предмет великог броја истраживања. Ови организми имају способност да синтетишу један или више типова ензима из групе лигнин-модификујућих ензима. Kirk и Cullen (1998) истичу, разлике у типу разградње лигнина постоје како између различитих врста гљива тако и између сојева исте врсте. Интересантно је поменути да у неким случајевима иста врста на различитим биљним деловима може изазвати различите типове разлагања. Биолошка разградња лигнина изузетно је кључна компонента циклуса угљеника и кисеоника који се одвија у нашој биосфери. Упрскос чињеници да се већина лигнина који биљке производе претвара у CO₂ и испушта назад у атмосферу, микробиологија која стоји иза процеса разградње лигнина још увијек није у потпуности схваћена.

Занимљиво је да је откривено да је велики низ микроорганизама, укључујући и гљивице и бактерије, способан разградити лигнин. Осим ових, познато је да одређени микроорганизми као што су цијанобактерије и актиномицете такође играју значајну улогу у разградњи лигнина, иако обим њихове укључености значајно варира. Бактерије које разграђују лигнин велика су група микроорганизама који имају способност разградње лигнина помоћу различитих ензимских и неензимских механизама. Неки примери бактерија које разграђују лигнин су: Streptomyces, Rhodococcus, Pseudomonas, Bacil, Enterobacter. Актиномицете које разграђују лигнин: Streptomyces, Nokardija, Mikromonospora, Aktinoplani. Гљиве беле трулежи: Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor i Pleurotus ostreatus, Гљиве сиве трулежи: Gloeophyllum trabeum i Postia placenta, Гљиве меке трулежи: Chaetomium globosum i Serpula lacrymans, Ендофитне гљиве: Phomopsis sp. i Xylaria sp.(Janusz et.al.,2017).

Процес разградње лигнина сложен је и укључује низ ензима и микроорганизама.  Први корак је активација лигнина, која укључује оксидацију лигнина лигнинолитичким ензимима као што су пероксидазе, лаказе и оксидазе. Други корак је деполимеризација лигнина која укључује цепање полимера лигнина на мање подјединице. Овде су укључени различити ензими. Трећи корак је разградња подјединица у мање јединице како би се лакше метаболизују као што су феноли и друге органске молекуле. У овај корак су укључени ензими оксидазе, дехидрогеназе и хидролазе. Последњи корак је асимилација производа разградње лигнина од стране микроорганизама бактерија и гљивица. Ови организми сада могу користити угљеник и енергију која се налази у производима разградње лигнина за свој раст и развој (Crawford, 1980).

Захваљујући постојаности лигнина, гљиве га разлажу специфичним механизмима. Постоји неколико различитих механизама које одликује настанак слободних радикала лигнина који због своје нестабилности подлежу низу спонтаних цепајућих реакција (Hammel, 1997). Гљиве које врше разлагање лигнина суочене су са неколико проблема: крупан и јако разгранат полимер, постојање стабилних етарских и угљеничних веза између субјединица, нерастворљивост лигнина у води чини процес разградње спорим (Kirk и Cullen, 1998). Према Janusz и др. (2017) механизам разградње лигнина први пут је описан код врсте Phanerochaete chrysosporium, гљиве белог труљења која синтетише лигнин.

 ИСХРАНА БИЉАКА АЗОТОМ У ОРГАНСКОЈ ПРОИЗВОДЊИ

Исхрана биљака представља једну од најважнијих агротехничких мера у  биљној производњи. У оквиру исхране ђубрење азотом представља највећи изазов. Као градивни елеменат азот улази у састав протеина, нуклеинских киселина , хлорофила  и алкалоида. Не постоји ниједан процес у биљкама на који азот не утиче посредно или непосредно. Носилац је приноса а има утицај и на квалитет производа.Утиче на отпорност биљака на сушу и болести. Биљке га највише требају у фази интензивног раста, формирања лисне масе, цветних органа и плодова. Када снабдевање усева азотом долази искључиво из извора као што су органска материја земљишта, покровни усеви и компост, темељно разумевање минерализације је од суштинског значаја да би се избегло недостатак или вишак расположивог азота.

Минерализација није конзистентна током целе године и потражња усева за азотом треба да се усклади са ослобађањем хранљивих материја из минерализације. Стопе минерализације зависе од фактора околине (Drobnjak, 2021). Садржај азота је уско повезан са садржајем хумуса. Обзиром на то да је примена азотних ђубрива (која су скоро искључиво синтетичка) неприхватљива у органском систему гајења на садржај азота у земљишту можемо утицати једино коришћењем стајњака (15 до 50 т/ха), гајењем легуминоза (махунарки) или употребом појединих микробиолошких ђубрива.

 Из органске материје се у процесу минерализације образују минерални облици N, који биљке могу да усвоје или се имобилизацијом тако створени N поново уграђује у органску материју. Који ће процес преовладати зависи пре свега од C/N односа у органској материји која се трансформише. При C/N односу ширем од 20-25, брже се одвија процес имобилизације. Процес имобилизације је значајан; с једне стране утиче на приступачност земљишног N биљкама, а с друге стране има значајну улогу у процесу образовања земљишног хумуса.

Без обзира на то што се процесом имобилизације смањује количина приступачног N биљкама, одвијањем овог сложеног процеса спречавају се евентуални трајни губици N и омогућава се чување и накупљање N резерви у земљишту (Čuvardić et al., 1999). Имобилизација N обухвата две етапе; прво микроорганизми усвајају минералне облике N, а касније се одвија синтеза органских N једињења у ћелијама микроорганизама. Имобилизација се повећава додавањем у земљиште материјала са широким C/N односом (слама), те се препоручује да уколико се слама користи као органско ђубриво, поред редовне норме ђубрења N ђубривима, се унесе додатна количина N. При повољним условима, имобилизација се одиграва у кратком времену; за 3-7 дана достиже максимум, а наредних 14-20 дана имобилизација се продужава смањеним интезитетом, и потом престаје (Wójcik-Wojtkowiak, 1972). Однос између минерализације и имобилизације директно одређује количину минерализованог N.

 Облици азота и њихово усвајање

Азот не ствара трајне резерве у земљишту као фосфор и калијум . Одликује га велика покретљивост. Путем падавина и спуштањем земљишне влаге долази и до спуштања азота у дубље слојеве. Јавља се у  земљишту  у великим количинама и то у виду нитратног и амонијум јона. Амонијум јон (NH4+) се додаје у земљиште путем ђубрења или ослобађа из органске материје минерализацијом. Биљке га усвајају у мањим количинама јер се као позитиван јон фиксира за минерале земљишта па је мање покретљив у односу на нитратни јон. Брзо се преводи у процесу нитрификације у нитрате.Процес нитрификације може бити отежан ниском pH вредношћу и анаеробним условима. Нитратни јон (NO3) је лако покретљив у земљишту и  лако се усваја од стране биљака. Може да се имобилише од стране микроорганизама и тако постаје део органског азота. Веће количине се испирају путем кише и наводњавања  у дубље слојеве и подземне воде.

Азот из ваздуха (Н2) се трансформише у облик доступан биљкама уз помоћ бактерија азотофиксатора које живе у заједници са легуминозним биљкама. Потребе биљака за азотом су различите, а штетне последице могу настати и услед недостатка азота и у случају азота у сувишку (Drobnjak, 2021).

Недостатак азота

У случају недостатка азота бројне су штетне последице по принос и квалитет биљака. Надземни део се слабије развија, бујност биљака је мања, стабло је краће и тање. Листови су мањи често тањи и ужи, у почетку светлозелене а касније жуте боје (губитак хлорофила). Због интензивног премештања из старијих у млађе листове знаци недостатка се прво уоче на старијим листовима. Листови превремено отпадају услед чега се вегетација скраћује. Образовање и заметање плодова је слабије. На кореновом систему недостатак делује другачије.

Коренов систем је у таквим случајевима дужи јер се издужује у потрази за храном, али се слабије грана тако да је укупна маса корена и поред веће дужине мања (Drobnjak, 2017).

 Сувишак азота

Као и мањак азота тако и сувишак може имати штетне последице по биљку. Некад  веће проблеме изазива сувишак азота него благи недостатак. Убрзан је пораст вегетативних делова (лист, стабло )  на штету генеративних органа (плод,семе), продужава се вегетација и касни плодоношење, превелики пораст доводи до полегања биљака што отежава жетву и доприноси јачем развоју болести. Листови су већи, тамно зелени, и лакше подлежу инфекцији, плодови су лошијег укуса, слабије обојени  и теже се чувају. Такође, битна чињеница је да због обиља хране корен се развија у површинском слоју па је слабија отпорност биљака на сушу а повећава се осетљивост на ниске температуре. Угрожава се здравље људи јер се у плодовима и лишћу повећава садржај нитрита који су канцерогени, те се загађује животна средина, пре свега водени токови (Drobnjak, 2017). Управљање плодношћу земљишта је важна и скупа културна пракса за узгајиваче органског поврћа. Азот (N) је често нутријент који највише ограничава ефикасну и профитабилну производњу поврћа, а у исто време, губици N и неефикасно управљање N имају потенцијал да загаде водна тела која се налазе у близини пољопривредног земљишта. Органски узгајивачи су ограничени на органске изворе N или оне добијене из природних процеса. Органска материја земљишта је окосница снабдевања N у органској производњи.  Други важни потенцијални извори N укључују фиксирани N из махунарки укључених као покривни или ротациони усев, компост произведен од материјала на фарми или ван фарме, стајњак из извора на фарми или ван фарме и купљена органска ђубрива (Gaskell & Smith, 2007). Минерализација азота је увек повезана са имобилизацијом у земљишној средини, а комплексан скуп фактора одређује да ли се N ослобађа ради уноса биљке или остаје имобилисан од микроба у земљишту (Jarvis et al., 1996).

На стопе минерализације утичу температура земљишта и услови влажности, као и доступност и природа органске материје (Flavel i Murphi, 2006; Hadas et al., 2004; Hartz i Johnstone, 2006; Leiros, 1999). Како се амонијум или нитрат ослобађају, микроби земљишта брзо асимилују оба да би оксидисали нове угљеничне супстрате (тј. N је имобилизован). Међутим, овај N ће касније бити доступан за минерализацију како се популација микроорганизама у земљишту промени (Jarvis et al., 1996). Процена и предвиђање количине и времена минерализације N je компликовано због бројних фактора који утичу на процес. Најважнији од тих фактора су: 1) температура земљишта (испод 10 °C, минерализација је ограничена, али изнад те температуре минерализација расте са порастом температуре земљишта); 2) влага у земљишту (минерализација се брзо одвија у влажним земљиштима, али је инхибирана или прекомерно влажним или сувим условима, иако је ефекте влаге тешко предвидети) (Agehara i Varnacke, 2005); и 3) праксе обраде земљишта (обрада земљишта стимулише привремено повећање микробне активности и минерализације, која опада током дана или недеља) (Gaskell et al., 2006; Silgram i Shepherd, 1999).

 Испирање нитрата

Будући да на једном подручју постоје два супротстављена интереса, посебно се наглашава важност успостављања равнотеже између природне и антропогене активности. Хемијска једињења која се користе у пољопривреди – агрохемикалије велики су загађивачи подземне воде свуда у свету. Међу најучесталијим загађивачима су нитрати, због изузетне покретљивости, прекомерног ђубрења или неусловног одлагања стајњака, чије последице могу бити фаталне како за подземне воде, тако и за цео водени екосистем. Природни садржај нитрата у животној средини је последица кружења азота у природи, али се у нормалним условима они јављају у малим концентрацијама. Део нитрата који асимилирају биљке (примарни продуценти) се троши на производњу биомолекула, пре свега протеина, а који се из мртвих ткива декомпозицијом укључују у циклус азота. Процес денитрификације се дешава у земљишту и контакту воде и седимента. Компаративна анализа садржаја нитрата у водотоцима Србије је показала да су концентрације нитрата нешто ниже за период 2004-2007. године у односу на период 2001-2004. године. Дефинисање концентрације нитрата, као и познавање њиховог вертикалног и хоризонталног кретања, доприноси развоју и заштити животне средине. Приликом примене минералних и органских ђубрива мора се водити рачуна о утицају на квалитет подземних вода. Уколико се ђубрењем уноси више хранива него што је потребно биљкама за остваривање планираног приноса, долази до кретања и транспортовања нутријената из пољопривредног система у животну средину и до загађења исте. Фактори који утичу на спирање загађујућих материја из ђубрива су: врста ђубрива, примењена количина ђубрива, период примене, начин уношења, клима (падавине, температура), врста гајених усева, врста земљишта, особине саме загађујуће материје итд. Генерално од свих ђубрива највеће проблеме животној средини стварају азотна ђубрива, која се од свих минералних ђубрива користе у највећој количини (Rončević, 2014). Интензивна примена азотних ђубрива је неопходна за обезбеђење оптималних приноса доброг квалитета. Међутим, примену азотних ђубрива у различитим агроекосистемима треба прилагодити захтевима биљака, саставу и особинама земљишта и климатским условима, да би се потенцијал загађивања воде смањио, а повећао ниво пољопривредне производње. Највећи проблем је испирање нитрата у подземну воду која својим токовима загађује просторе често врло удаљене од подручја употребе ђубрива. Улога органских ђубрива је превасходно у побољшању физичких, хемијских и биолошких својстава земљишта. Од органских ђубрива која су у широкој примени најважнији је стајњак. Претерана употреба стајњака условљава сувишну акумулацију хранива у земљишту, утиче на умањење приноса, ремети равнотежу између појединих хранива у земљишту, повећава испирање растворљивих облика хранива, итд. (Kljajić et.al., 2014).

Такође, течни стајњак као врста течног ђубрива садржи и остатке средстава за прање, остатке дезинфекционих средстава, остатке антибиотика из хране, велике количине азота, фосфора, калијума и микроелемената бакра, цинка, гвожђа, итд.

Неконтролисана употреба контаминираног стајњака, а нарочито течног, може загадити знатне земљишне површине. Поједини састојци у виду органских и неорганских једињења у стајњаку, као што су нитрати и фосфати, у мањој мери се апсорбују од стране биљака и могу продрети у дубину земљишта, па и до слоја подземних вода, чиме се и оне загађују. Миграција азота је важан процес, јер од ње зависи дејство азота из ђубрива као и дејство земљишног азота. Од ње зависи и коефицијент искоришћавања азота из ђубрива, па овај процес одређују време, начин и дозе примене азотних ђубрива (Marinković et.al., 1998). Јони нитрата не адсорбују се у земљишту па их падавине лако испирају у дубље слојеве. У току кишног периода земљиште постаје влажно и ваздушни простор између честица земљишта се попуни водом. У периодима обилних киша ваздушни простор буде испуњен водом до те мере да сила гравитације изазива кретање воде на доле у земљишту. Вода са собом носи нитрате у дубље слојеве земљишта. Миграција нитрата зависи од механичког састава земљишта (песковитија земљишта су пропустљивија), метеоролошких услова (влажна клима погодује испирању нитрата, највеће је током зиме), покривености земљишта усевима (биљке смањују влажност, спречавају инфилтрацију воде, апсорбују нитрате кореном) и употребе већих количина N-ђубрива. Уколико је подземна вода плитка и слој земљишта песковит, потенцијал нитрата да уђу у подземну воду је висок. Ипак, уколико је дубина подземне воде велика и слој земљишта глиновит, контаминација подземне воде нитратима није извесна. Азот се сматра добро покретљивим елементом у земљишту, мада је потребно да падне 500 л воде/м2 да би се азот спустио на дубину од 1,5 метара. Толико отприлике падне током целе године у нашим условима. И са 1,5 метара дубине усеви могу користити азот, посебно кукуруз чији корен досеже и до дубине од 2 метра. Друга је ствар ако су земљишта нагнута или прети опасност од високих подземних в<