Органска материја земљишта и хумус

Органска материја је један важан извор N за органску производњу. Органска материја се обично дели на активне и пасивне компоненте, а разумевање ових компоненти може помоћи у примени знања о кружењу органске материје на органску плодност земљишта (Horvath et al., 2002; Stevenson, 1994). Разлагање органске материје из биљака и животиња под утицајем земљишних микроорганизама и фауне доводи до стварања хумусних материја које чине више од 70% ораганске материје.

 Овај хумус је зрелија фракција и отпорнија је на разлагање и може трајати стотинама година. Пасивна компонента се великим делом састоји од хумуса или тешке фракције и утиче на укупне физичко-хемијске особине земљишта. Жетвени остаци са високим односом C:N, као што су слама или стабљике кукуруза, споро се разлажу приликом уградње и чешће се претварају у хумус. Подизање нивоа хумуса у земљишту је драгоцено као дугорочни извор хранљивих материја, а такође и зато што побољшава многа физичка и хемијска својства земљишта повезана са побољшањем структуре земљишта.

Различите врсте и структуре микроорганизама су заступљење у производњи органске материје.

1. ГЉИВЕ (Penicillium frequentans, Aspergillus fumigatus, Trichoderma viride)

б) БАКТЕРИЈЕ (Bacillus, Micrococcus, Coryneбacterium, Nocardia), Actinomycetes (Aktinoбakterije )

1. Фиксирање азота почиње у оном моменту када цијанобактерије и неке несимбиотске земљишне бактерије (врсте рода Azotobacter, Clostridium, Chlorobium) апсорбују атмосферски азот. Симбиотске бактерије из рода Rhizobium се налазе у симбиози са ћелијама корена легуминоза (грахорица, детелина, пасуљ, соја, итд.) и у садејству са њима такође врше фиксацију атмосферског азота.
2. Амонификација подразумева процес разлагања органских молекула која садрже азот (протеина, пиримидина, пурина) до амонијака. Способност амонификације имају гљиве и многе аеробне и анаеробне бактерије.

3.Нитрификација  је процес претварања амонијака у нитрате. Нитрификација је специфична за врсте рода Nitrosomonas и Nitrobacter  и представља оксидо-редукциони процес који се одвија у две етапе при чему се ослобађа енергија:

            NH₃ + 1½O2     ^Nitrosomonas      NO₂^- + H₂O + H⁺

           NO₂^- + ½O₂      ^Nitroбacter      NO₃^-

3.Денитрификација је процес супротан нитрификацији (долази до редукције нитрата, преко нитрита, до амонијака или азота). Способност денитрификације је карактеристика врсте Thiobacillus denitrificans као и многе врсте рода Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, итд.

Тешко је повећати укупни ниво органске материје за више од 1% у интензивним системима гајења поврћа са остацима који садрже мало угљеника/азота, али чак и скромни добици органске материје у овим земљиштима значајно побољшавају способност размене катјона, кружење хранљивих материја и доступност хранљивих материја. Годишње стопе разлагања органске материје у већини земљишта не прелазе 2% до 5% (Paul i Clark, 1996), али органска материја је ипак важан извор хранљивих материја у системима органске производње.

                                                                    Стајњак

У најширем смислу речи под стајњаком се подразумева смеша измета домаћих животиња и простирке (слама, плева, пиљевина, папрат, лишће). У зависности од степена разложености полазног материјала разликује се: Свеж стајњак, полузгорео стајњак, згорео стајњак и прегорели (јако згорели) стајњак. Без обзира на степен разлагања стајњак садржи све неопходне хранљиве материје потребне за исхрану биљака. Применом стајњака побољшавају се физичка својства земљишта и његова микробиолошка активност се повећава. У повртарству се свеж стајњак користи за загревање топлих леја, као полузгорео за ђубрење усева на отвореном пољу, пред основну обраду земљишта. Потпуно згорео стајњак користи се непосредно пред сетву или садњу и за справљање земљишно-ђубревитих смеша за пуњење топлих леја и покривање семена. Квалитет стајњака и његов хемијски састав зависи од начина неговања, врсте стоке, сточне хране, простирке, степена разградње, садржаја воде. Коњски и овчији стајњак имају мању количину воде и садрже више азота, фосфора и калијума. Погодни су за загревање топлих леја и ђубрење тешких и влажних земљишта. Говеђи стајњак има више воде и мање органских материја, па се користи за ђубрење лакших и сувљих земљишта, а у смеши са плевом и сламом и за загревање топлих леја. Овчији и свињски стајњак користе се за изградњу леја у смеши са коњским и говеђим стајњаком (Zdravković et al,2012).

Табела 2. Хемијски састав свежег стајњака (изражен у %) ( Zdravković et al, 2012)

Табела 3. Садржај хранљивих материја у стајњаку (Lazić, 2008)

Разлагање стајњака зависи од влажности, температуре и присуства ваздуха у њему и од његове сабијености. Разградњом долази до губитка у тежини, али се зато у њему повећава концентрација азота, фосфора и калијума и поправља се однос угљеника и азота.

Стајњак има продужено дејство које траје 3-4 године. У првој години биљке користе око 30 % хранива, у другој око 40 %, у трећој око 20 % и у четвртој око 10 %. Ђубрење стајњаком се може комбиновати са употребом гипса, кречњака и доломита (за регулисање киселости: гипс за алкална земљишта а кречњак и доломит за кисела).

У органској башти се згорели стајњак распростире по површини земљишта уз незнатно рахљење (вилама) и само делимично уноси у горњи сетвени слој земљишта. Највећи део стајњака остаје као малч (простирка) на површини земљишта (1-4 кг на м2 ). Ђубрење стајњаком се још може вршити у редове и кућице. То је нешто рационалније али се добија неравномеран распоред хранива у земљишту. Количина стајњака који се користи зависи од плодности земљишта, врсте и начина гајења биљака. Лака земљишта ђубре се сваке 2-3 године, а тежа сваких 4-6 година, зависно од плодореда (Zdravković et al, 2012).

Законском регулативом у нашој земљи, регулисана је примена стајњака у органској биљној производњи (Службени гласник РС 095/2020), при чему је дозвољена употреба стајњака из органске сточарске производње. Укупнa кoличинa ђубривa кoje сe кoристи у oргaнскoj прoизвoдњи, и тo стajскoг ђубривa, сувoг стajскoг ђубривa и дeхидрирaнoг живинскoг ђубривa и кoмпoстирaних живoтињских eкскрeмeнaтa, укључуjући живинскo ђубривo, кoмпoстирaнo стajскo ђубривo и тeчнe живoтињскe eкскрeмeнтe, нe мoжe дa прeђe 170 kg N пo ха пoвршинe гoдишњe, збoг мoгућeг зaгaђeњa зeмљиштa и вoдa нитрaтимa. Стајњак је једно од најстаријих органских ђубрива, које се пре појаве минералних ђубрива користило за одржавање и поправљање плодности земљишта. Под термином стајњак подразумева се смеша чврстих и течних екскремената домаћих животиња помешаних са простирком.

Ако се узме у обзир број различитих врста домаћих животиња, њихова исхрана, начин узгоја, велики број различитих материјала који се могу користити као простирка, начин чувања и одлагања ђубрива, може се закључити да стајњак има врло различит хемијски састав и употребну вредност као органско ђубриво.

Постоји велики број различитих врста стајњака, али говеђи стајњак, уз свињски и кокошији, спада у групу најзначајнијих по обиму производње и по примени у пољопривреди, у свету и код нас. Чврста фаза стајњака настаје од измета животиња и материјала који се користи као простирка, док течна фаза потиче од мокраће. Све компоненте стајњака (измет, мокраћа и простирка) разликују се по хемијском саставу. Из тог разлога, хемијски састав стајњака зависи од удела појединих компоненти, као и од многих других фактора као што су начин чувања стајњака, врста и старост говеда, исхрана говеда, врста простирке итд.

Хемијска, физичка и биолошка својства свежег стајњака значајно варирају због специфичне праксе храњења животиња и управљања стајњаком. Азот је нестабилан у свежем стајњаку јер се амонијак (NH3) може лако изгубити кроз волатилизацију. Примена свежег стајњака или стајњака на површини земљишта може резултовати великим губицима испаравања нпр. у неким ситуацијама и 50% укупног азота. Одређивање правилне количине стајњака током вегетације може бити тешко.  Примена сировог стајњака може да буде опасна јер директно доводи до проблема у вези безбедности хране, као што су потенцијални патогени, хормони и лекови.

Током компостирања највећи део органског N који се налазио у облицима који се лако и брзо минерализују, преводи се у минералне облике који су подложни испирању, док је преостали N у органским облицима који се спорије минерализују. Такође, највећи део лако разградивог C се изгуби током компостирања у облику гаса CО2, те се компостирани стајњаци одликују нижим садржајем органског C. Међутим, органски C из компостираног стајњака знатно је резистентнији на минерализацију у односу на органски C из свежег стајњака (Eghball et al.,1997).

Такође, на тржишту постоје и пелетиране варијанте и различите комбинације стајњака са различитим саставом хранљивих елемената. У наставку су наведени примери и састав пелетираних ђубрива које можемо да пронађемо у пољопривредним апотекама.

1. Italpolina (https://www.hoya-vs.com/proizvodi/mineralna-i-organska-dubriva/osnovna-i-peletirana-dubriva/italpollina-4-4-4/)

 Основна сировина је пилећи стајњак уз додатак дехидрираног перја, фулво и аминокиселина и гуана. Концентрација од преко 1.000.000 корисних бактрија у ђубриву га чини веома конкурентним на тржишту.

2. Stajko (https://urbangarden.rs/proizvod/stajsko-djubrivo-stajko/)

 Пелетирани говеђи стајњак са следећим саставом:

3.Hortyflor(https://www.facebook.com/zelenihit.rs/photos/a.1836124753212295/1836170813207689/?type=3 HORTYFLOR® 

Ово пелетирано органско ђубриво производи се искључиво мешањем одабраних врста говеђег и живинског стајњака, који се потом подвргавају процесу ферментације у току 7-8 месеци. Пошто је пелетирано, погодно је за примену у свим повртарским усевима и хортикултури. Сертификовано за органску производњу са следећим саставом:

 TILPOLLINA® 

4.Fertipolina(https://www.facebook.com/zelenihit.rs/photos/a.1836124753212295/1836174756540628/?type=3)

Пелетирано органско ђубриво произведено хумификацијом живинског стајњака у периоду дужем од 7 месеци. У овом компостираном органском ђубриву има 54 до 60 % потпуно, или делимично хумификоване органске материје. Такође, висок проценат хумуфикованости лигнина и целулозе од 48 % гарантује јако брз ефекат, који је посебно значајан у лиснатом, купусном и коренасто-кртоластом поврћу. Сертификовано за органску производњу са следећим саставом:

5555555555  NATURSOIL® 

5.Natursoil (https://zelenihit.rs/proizvodi/sredstva-za-ishranu-bilja/organska-djubriva/natursoil/)

Органско ђубриво које се производи и у прашкастој и у пелетираној форми са 88 – 92 % хумификоване органске материје. Добија се компостирањем одабраних врста крављег и живинског стајњака и биљних остатака нима (Azadirachta indica) и уљне погаче рицинуса (Ricinus communis), који се у контролисаним условима температуре у неколико циклуса ферментирају у трајању од 9 месеци. Ово органско ђубриво једно је од најнапреднијих формулација која су намењена за заморена, истрошена и заражена земљишта.

Процена удела количине укупног N из стајњака која ће се минерализовати након примене, неопходна је како би се правилно одредила доза и време примене, чиме би се ослобађање минералних облика ускладило са потребама усева и тиме повећала ефикасност ђубрива. Eghball (2000), је у пољским условима испитивао удео присупачног N у укупној количини N у свежем и компостираном стајњаку. Према његовим резултатима током периода вегетације кукуруза (јун-октобар), из свежег стајњака ослобођено је двоструко више N (21%) у односу на ослобађање из компостираног стајњака (11%). Такође, у првој години након примене стајњака минерализовано је 40%, а у другој 15% од укупно примењене количине N путем свежег стајњака, док за компостирани стајњак наводи двоструко ниже вредности. Сличне вредности су приказали и други аутори, нпр. према Motavalli et al. (1989), приступачност N из говеђег стајњака (музне краве) у првој години након апликације је 32% Н и 14% N у другој години.

                                                      Зелeнишно ђубриво

Осим стајњака, најекономичнији начин за обезбеђење азота за наредни усев је зеленишно ђубрење. Биљке које се гаје за зеленишно ђубрење, у агроеколошким условима Војводине, најчешће се гаје као озими међуусеви. Ефекти заоравања зеленишног ђубрива првенствено зависе од избора биљне врсте или њихове смеше. Правилан избор међуусева у првом реду одређују агроеколошки услови гајења као и њихова намена. Обично се као међуусеви за зеленишно ђубрење користе легуминозе због њихове способности азотофиксације, чиме се земљиште додатно обогаћује азотом. Такође, међуусеви са великим, жиличастим кореновим системом који се брзо развија ефикасно усвајају хранљиве материје и спречавају њихово испирање у дубље слојеве земљишта. Осим спречавању испирања хранива, значај међуусева се огледа у поправци физичких, хемијских и биолошких особина земљишта, спречавању ерозије, смањењу употребе пестицида, очувању квалитета воде и сл. (Manojlović, 2008). На овај начин истовремено се повећава садржај органске материје у земљишту; док се P, K, Ca, Mg, S и други елементи се премештају из дубљих у површинске слојеве земљишта. Када је азот из зеленишног ђубрива минерализован, може се узети и искористити од стране усева или изгубити кроз испирање током наводњавања или кишних периода. Садња повртарских култура требало би да се деси релативно брзо након инкорпорације зеленишног ђубрива. Овај период може да варира у зависности од врсте и мешавине јер зеленишно ђубриво са већим процентом житарица или траве у мешавини може захтевати више времена да се разгради . На брзину ослобађања N утиче састав и однос C:N. (Horvath, 2004; Jarvis et al., 1996).  Мешавине махунарки и трава су уобичајена стратегија за производњу зеленишног ђубрива јер трава расте снажније на самом почетку и може ефикасније да се такмичи са коровом. Усеви зеленог ђубрива имају важну директну улогу као извор N хранљивих материја у повећању ораганске материје и апсорбовању вишка расположивог N и других хранљивих материја. Легуминозе садрже довољно азота за брзу минерализацију након уношења у земљиште.

Принос наредног усева након заоравања легуминоза зависи од врсте легуминозе и количине фиксираног N. На пример сточни грашак и боб акумулирају у надземној маси око 130 и 150 кг N ha-1 и значајне количине азота такође су у биомаси у земљишту (30-60% од укупног акумулираног N) (Peoples et al., 2009).

Истраживања показују да се током 4-6 недеља након инкорпорације, повећава садржај минералног азота у земљишту, након чега се враћа на ниво од пре уношења у земљиште, тако да је усевима дуже вегетације потребно обезбедити азот и из других извора. Приликом избора биљних врста за зеленишно ђубрење предност треба дати гајењу крмних легуминоза у односу на зрнене, јер гајење зрнених легуминоза доводи до појаве корова, те се тиме смањује позитиван утицај азота.

Легуминозе утичу на мање испирање нитрата, не долази до гасовитих губитака амонијака, али долази до емисије Н2O и NO у атмосферу, као и до испирања нитрата по заоравању легуминоза (Manojlović, 2008).

Нелегуминозне биљке не представљају извор азота, али као и легуминозе везују нитрате и спречавају њихово испирање из профила земљишта. Због широког C/N односа (>25:1) нелегуминозе могу краткорочно да имобилишу N. У условима недовољних падавина, гајење једногодишњих крмних легуминоза каo међуусеве и пострно треба испитивати (Schmidt et al., 1996; Manojlović, 2008).

Табела 4. Особине и улога најзаступљенијих међуусева (Clark, 2000)

Осим позитивног утицаја на садржај азота у земљишту, зеленишно ђубрење може имати позитиван утицај и на садржај других макроелемената. Ivanišević et al. (2012) су испитивали утицај гајења уљане репице и сточног грашка у међуредном простору винограда на садржај приступачних облика макроелемената у земљишту. Аутори наводе значајан позитиван утицај гајења међуусева на садржај минералног азота и приступачних облика фосфора у земљишту.

Према Богдановић и Убавић (1999) заоравањем међуусева у земљиште се уноси 35-40 т/ха зелене масе и 100-200 кг/ха фиксираног азота. Одабиром одговарајућих међуусева унапређује се плодоред и структура сетве, зато ови усеви чине неизвоставну карику у ланцу органске производње.

                                                                       Компост

Процес компостирања је дуго познат, међутим тек у новије време, са растом свести о заштити животне средине и производњи здравствено безбедне хране, приступило се детаљнијем проучавању овог процеса.

Компостирање је микробиолошки процес у коме долази до разлагања различитих органских материјала биљног и животињског порекла, при чему поред значајног губитка органске материје, истовремено долази и до синтезе нових стабилнијих органских облика, па се као крајњи производ добија стабилна органска материја другачијег хемијског састава од полазних сировина (Manojlović, 2008). Mикроорганизмима који врше разлагање органског отпада неопходан је кисеоник и вода, док током процеса компостирања долази до ослобађања угљен диоксида (CО₂) и топлоте. У процесу компостирања, органски отпад обезбеђује храну (N и C) неопходну микроорганизмима да би ефикасно вршили разлагање. Топлота која се ствара повећава температуру у компостној гомили до 70° C. Повећање температуре доводи до појачаног испаравања воде, чиме се смањује садржај влаге у односу на полазни материјал. Приближавањем процеса крају (после неколико месеци до годину дана, у зависности од компостног материјала) температура компостне гомиле се поново приближава температури околног ваздуха. Kомпостирањем долази до смањења запремине компостног материјала због ослобађања CО₂, H₂O и других гасова у атмосферу. Истовремено долази до претварања иницијалне компостне масе у компост, у коме више не може да се препозна структура почетног материјала.

Kрајњи производ, компост, састављен је од микроорганизама и бескичмењака, њихових скелета и продуката разлагања и органске материје коју ови организми нису могли да разграде. Сви природни органски материјали с временом се разложе. Под природним условима, процес разлагања може да траје од неколико месеци до годину дана, у зависности од климатских услова. Природни процес се може убрзати тако што се контролишу фактори процеса. Досадашњим истраживањима су издвојени најважнији фактори као што су: величина честица материјала који се компостира, аерација, порозност, садржај влаге, температура, хранљиви елементи и однос угљеника према азоту (C/N однос) (Marjanović et al., 2008). Угљеник и азот су саставни делови органског отпада који могу лако да поремете процес компостирања ако се налазе у недовољним или прекомерним количинама, односно када је однос C/N неповољан. Mикроорганизми у компосту користе C као енергетски извор, док N користе за синтезу протеина. Однос између ова два елемента према тежини треба приближно а буде 30 делова C према делу N. Односно C/N однос компостне гомиле унутар интервала од 25:1 до 40:1 резултира ефикасним процесом компостирања. Из тога произилази да предмет компостирања могу бити најразличитији органски материјали који сами, или уколико се нађу смеши са другим материјалима, задовољавају основни предуслов да имају C/N однос у поменутом интервалу. Већина стајњака су добри извори N и често се налазе у компостним гомилама на фармама заједно са другим органским отпадом. Kомпостирањем стајњака решава се проблем патогених микроорганизама, семена коровских биљка, непријатних мириса и хетерогеног састава и добија се стабилнији и безбеднији производ за употребу у пољопривреди (Ramos et al., 2019). Из тог разлога компости постају све популарнији и све више се користе у одрживим системима пољопривредне производње, што је довело до повећаног интересовања научне јавности за проучавање утицаја различитих врста компоста на плодност земљишта, принос и квалитет гајених биљака.

Резултати неколико вишегодишњих огледа, показују да примена компоста има позитиван утицај на физичка својства земљишта која се огледају у смањењу запреминске масе и повећању пољског водног капацитета (Weber et al., 2007). Вишегодишњом применом компоста значајно се повећава укупан садржај органске материје и концентрација хранљивих елемената у земљишту (Bulluck et al., 2002; Čabilovski et al., 2014). Осим утицаја на физичко-хемијска својства земљишта, примена компоста има позитиван утицај на бројност и активност микроорганизама у земљишту (Knapp et al. 2010), као и ензимску активност земљишта (Garcia-Gil et al., 2000).

 У истраживању Čabilovakog et.al. (2015), примена компоста из производње шампињона и глистењака, није се значајно разликовала од примене говеђег стајњака, односно имала је једнак утицај на садржај хранива у земљишту и принос јагоде.

Подизањем критеријума стандарда који се односе на заштиту животне средине, као и све учесталијим законодавним прописима којима се регулише поступање са органским отпадима (Council Directive concerning the protection of waters against pollution coused by nitrates from agricultural sources, 1991/375/1 EC; Council directive on the landfill of waste, 1999/31/EC), све више се поклања пажње компостирању, виду рециклирања којим се враћа употребна вредност органских отпада.

Трошкови компоста могу варирати у великој мери у зависности од удаљености транспорта од места производње и доступности и цене залиха хране. Компости обично имају 25% до 35% влаге и њихов састав се наводи на бази суве тежине, што одмах пропорционално повећава трошкове по јединици N. Постоје додатни скривени трошкови који се односе на складиштење, мешање и примену компоста и потенцијални губици услед испаравања и испирања нитрата и отицања из ускладиштеног компоста. Неизвесност повезана са факторима као што су природа компостног материјала, дистрибуција величине честица, уједначеност примене и тако даље, у комбинацији са додатним трошковима за складишта и опрему за утовар и примену компоста повеćавају стварне трошкове по јединици N од компоста.

Теренске студије са минерализацијом компоста потврђују да висококвалитетни компост са ниским C:N односом може ослободити ниске нивое нитрата-Н током почетног периода од 4 до 6 недеља након уградње (Gaskell, 2004). Ово запажање у комбинацији са типичним стопама примене значи да компост може послужити као извор N за посејану или пресађену повртну културу током првих 4 до 5 недеља сезоне или можда као једини извор N за поврће кратког циклуса (Poudel et al., 2001).

Према истраживању измерили су  губитке азота и открили да они представљају 46,8–77,4% од почетног укупног садржаја азота у компосту. Утврђено је да су главни чиниоци који утичу на емисију плинова почетни укупни садржај азота у компосту, температурни режим компостног материјала и учесталост превртања (Barrington el al, 2002).

Процењује се да се у Eвропској унији произведе око 60 милиона тона органског отпада који се може користити у процесу компостирања (Slater & Frederickson, 2001). Jедан од таквих материјала је и потрошени супстрат из производње печурака. Према подацима FAO (http://faostat.fao.org), годишња производња печурака у свету износи преко 3 милиона тона. Aко се узме у обзир да је за проиводњу 1 кг печурака потребно у просеку 5 кг компоста, дол