Organinės dirvožemio dalies tyrimai buvo pradėti daugiau kaip prieš 200 metų, nes jau tada buvo aišku, kad dirvožemio organinė medžiaga turi įtakos augalų augimui, gyvybiškai svarbioms dirvožemio fizikinėms ir cheminėms savybėms, nuo kurių priklauso augalų derlingumas. Pagrindinis augalų mitybos elementas yra anglis. Kaip išsaugoti ir gausinti šio elemento kiekį dirvožemyje?

Gamtai reikėjo tūkstančių metų, kad iš paklojinės uolienos sukurtų gyvybę duodantį dirvožemį, kuris visų pirma suprantamas kaip terpė augalams augti, tačiau jis nėra izoliuotas kūnas, o greičiau centrinė tarpusavyje susijusių biosferos sričių grandis, derlingas mineralinių dalelių, organinės medžiagos, dujų bei maisto medžiagų mišinys, kuris, vandens sužadintas, tampa trąšiu substratu gyvybei.

Dėmesys dirvožemio apsaugai

Pagal Europos Komisijos priimtą Tematinę dirvožemio apsaugos strategiją kiekviena šalis privalo stebėti ir analizuoti savo dirvožemių būklę, siekti, kad dirvožemis būtų naudojamas taip, kad neprastėtų jo fizikinės, cheminės, biologinės savybės, neblogėtų kokybė ir bendrasis našumas. Dirvožemio kokybė priklauso nuo daugelio tarpusavyje susijusių veiksnių, o dirvožemio gebėjimas atlikti savo pagrindinę funkciją - išauginti derlių - labai priklauso nuo jo kokybės.

Dirvožemio organinės medžiagos šaltinis yra organiniai junginiai, produkuoti augalų fotosintezės metu ir autotrofinių dirvožemio bakterijų, taip pat gyvūninės kilmės organinės liekanos bei trąšos. Pagrindinė visų gyvųjų organizmų masės dalis ir pagrindinis augalų mitybos elementas yra anglis. Vienintelis anglies šaltinis augalams yra CO₂, kurio atmosferoje yra apie 0,03 procento. Yrant dirvožemio organinei medžiagai susidaręs CO₂ (sunkesnis už orą) kaupiasi dirvos porose, paviršiuje, ištirpsta vandenyje ir vėl naudojamas fotosintezei. Dirvožemio anglies - pagrindinio organinę medžiagą sudarančio cheminio elemento - nustatymas leidžia geriau suprasti dirvožemyje vykstančius procesus.

Kioto protokole pabrėžiama, kad dirvožemyje yra pagrindinės anglies atsargos, kurias reikia apsaugoti ir kiek įmanoma didinti. Anglies akumuliavimas dirvožemio ilgaamžėse formose ne tik palaiko ir padidina organinės medžiagos kiekį, teigiamai veikia dirvožemio ir visos ekosistemos kokybę, bet ir yra perspektyvus būdas sumažinti klimato kaitą.

Tematinėje dirvožemio apsaugos strategijoje 2006 m. buvo akcentuoti ES valstybėms aktualūs pavojai dirvožemiui, iš kurių Lietuvai svarbiausi yra dirvožemio organinės medžiagos praradimas, pasklidusi tarša, dirvožemio padengimas (tiksliau - nepakankamas padengimas) augalais ir erozija. Dirvožemio organinės anglies mažėjimas lemia dirvožemio degradaciją, sutrikdo dirvožemio gebėjimą sulaikyti vandenį ir maistingųjų medžiagų tiekimą augalams, tiesiogiai veikia vandens ir oro kokybę, biologinę įvairovę ir klimato kaitą, gali kelti grėsmę maisto bei pašarų saugai.

Galima manyti, kad Lietuvoje, kaip ir visoje Europoje, dirvožemio degradacija vyks ir toliau, ir galbūt greičiau. Šiuo metu siūloma orientuotis ne į pačią dirvožemio kokybę, bet į kokybišką esamo dirvožemio naudojimą, derinant svarbiausius tikslus - didelį augalų produktyvumą, mažą neigiamą poveikį aplinkai ir tausų išteklių naudojimą. Mokslininkai daug metų siekia nustatyti svarbiausius, klimato ir žemėnaudos poveikiui jautrius dirvožemio požymius. Universaliausias iš jų yra dirvožemio organinės anglies būklė.

Žemės dirbimo ir sėjomainos įtaka

Lietuvos klimato sąlygomis dirvožemio organinės anglies kiekiui didžiausią įtaką turi dirvožemio tipas, jo granuliometrinė sudėtis, sukultūrinimo laipsnis, hidrologija, žemės dirbimo būdas, auginami augalai. Tam tikri ūkininkavimo būdai leidžia žemės ūkio paskirties dirvožemiui pasisavinti ir kaupti anglį.

Daugelis Lietuvos ūkių, įsikūrusių našiuose dirvožemiuose, yra vienašakiai, augalininkystės krypties, iš laukų išvežamas ir derlius, ir šalutinė produkcija, neauginami gyvuliai bei netręšiama mėšlu, todėl dirvožemio anglies balansui palaikyti lieka tik augalų šaknys bei ražienos.

LAMMC Joniškėlio bandymų stotyje 2006-2008 m. sunkaus priemolio glėjiškame rudžemyje buvo tirta tradicinio (gilus verstuvinis arimas visiems sėjomainos augalams) ir tausojamojo (po žolių kviečiams - verstuvinis arimas, kitiems augalams - bearimis žemės dirbimas) pagrindinio žemės dirbimo sėjomainose su skirtinga vasarinių ir žiemojančių augalų dalimi (vienametės ir daugiametės žolės, vasariniai ir žieminiai kviečiai, kvietrugiai bei miežiai) įtaka dirvožemio organinės anglies kiekiui ir pasiskirstymui įvairaus stabilumo frakcijose. Po derliaus nuėmimo javų šiaudai iš bandymų laukelių išvežti.

Tyrimų duomenys parodė, kad tausojamasis žemės dirbimas lemia organinės anglies kaupimąsi viršutiniame 0-15 cm armens sluoksnyje (+9,5 proc.), tačiau jos sumažėja apatiniame 15-25 cm sluoksnyje (-2,3 proc.), palyginti su tradiciniu. Pakeitus vienametes žoles sėjomainoje daugiametėmis, organinės anglies kiekis dirvožemyje visame armenyje padidėjo 2,3 proc., o vasarinius javus pakeitus žieminiais, padidėjimas tebuvo 1,5 procento.

Akivaizdu, kad svarbiausias organinės dirvožemio anglies šaltinis yra daugiametės žolės, išauginančios 2-3 kartus didesnę šaknų biomasę negu vienamečiai augalai. Be to, daugiametės žolės padeda išlaikyti augalais uždengtą dirvožemio paviršių kuo ilgesnį laiką, todėl efektyviau sunaudojamos maisto medžiagos, sugeriama Saulės energija ir CO₂, sulėtėja organinių medžiagų skaidymo procesai dirvožemyje.

Kaip stabilizuoti organinės anglies kiekį?

Kintant klimatui, ilgėja šilto rudens laikotarpis su pakankamu drėgmės kiekiu - susidaro sąlygos organinės medžiagos spartesnei mineralizacijai. Todėl būtina skirti dėmesį ne tik dirvožemio organinės anglies kiekiui, bet ir jos stabilizavimui.

Skiriami trys pagrindiniai anglies stabilizavimo dirvožemyje mechanizmai:

• fizinė apsauga agregatuose;

• fizinių-cheminių ryšių sudarymas tarp organinės ir mineralinės dirvožemio dalies;

• biocheminis organinės anglies junginių sudėties bei struktūros kitimas ir atsparių kompleksų suformavimas.

Kiekvieną iš mechanizmų atitinka specifinė dirvožemio organinės anglies dalis, tiesiogiai susijusi su dirvožemio struktūros stabilumu, aprūpinimu maisto medžiagomis ir kitomis dirvožemio savybėmis. Labilios, nepatvarios anglies frakcijos yra dirvožemio mikroorganizmų energijos bei maistingųjų elementų šaltinis, dalyvauja dirvožemio agregatų formavime. Iš dalies apsaugotos anglies frakcija yra svarbi formuojant ir stabilizuojant dirvožemio struktūrą. Sąveika su molio mineralais yra efektyviausias ir patvariausias anglies stabilizavimo mechanizmas, leidžiantis fotosintezės metu sujungtą atmosferos CO₂ perkelti į ilgaamžes formas, kartu sušvelninti „šiltnamio efektą" bei pagerinti dirvožemio kokybę.

Dirvožemio dalelinė organinė medžiaga, susidedanti iš apirusių gyvūnų ir augalų liekanų bei jų fragmentų su atpažįstama anatomine struktūra, yra svarbi dirvožemio makroagregatų formavimui. Tausojamojo dirbimo 0-15 cm dirvožemio sluoksnyje buvo sukaupta beveik 19 proc. daugiau anglies būtent šioje frakcijoje, palyginti su tradiciniu, dėl to dirvos paviršiuje susiformavę agregatai didino aeraciją, vandens infiltravimą, poringumą, o palankus C:N santykis (15±1) skatino mikrobiologinį aktyvumą.

Šios organinės medžiagos frakcijos anglies kiekis mažėjo leidžiantis profiliu, tačiau taikant tradicinį arimą su armens apvertimu, sumažėjimas nebuvo toks ryškus dėl sluoksnių permaišymo, o dėl padidėjusios mikroorganizmų veiklos vyko spartesnė anglies junginių mineralizacija. Žiemojančių augalų įtraukimas į sėjomainą ir jų dalies didinimas skatino šios frakcijos anglies kiekio didėjimą visame armenyje.

Iš dalies fiziškai apsaugotą lengvąją anglies frakciją sudaro augalinių, gyvūninių ir mikrobinių liekanų mišinys mikroagregatų viduje. Anglies kiekio didėjimas šioje frakcijoje mažai priklauso nuo įterpiamų organinių liekanų kiekio, svarbios yra sąlygos, kuriomis tos liekanos suyra. Mūsų eksperimento duomenimis, lengvosios frakcijos anglies kaupimui viršutiniame armens sluoksnyje esminę įtaką turėjo tausojamasis žemės dirbimas (+20 proc.), palyginti su tradiciniu, kai ariant suardomi dirvožemio makro- ir mikroagregatai, o išlaisvinta lengvosios frakcijos anglis tampa lengvai prieinama mikroorganizmams. Apatiniame 15-25 cm sluoksnyje lengvosios frakcijos anglies padidėjo nuo 0,340 g kg^-1 dirvožemio sėjomainoje be žiemojančių augalų iki 0,582 g kg^-1 vien žiemojančių augalų sėjomainoje (+70 proc.).

Dėl dirvožemio struktūrą mažiau ardančio tausojamojo žemės dirbimo didesnis augalų liekanų kiekis susikaupia paviršiniame dirvožemio sluoksnyje, kur palankios sąlygos mineralizacijai ir nustatomas didesnis tirpios organinės anglies, susidariusios dėl mikroorganizmų veiklos, kiekis. Tiek tausojamasis žemės dirbimas, tiek žiemojančių augalų dalies sėjomainoje didinimas darė įtaką tirpios organinės anglies kaupimuisi viršutiniame armens sluoksnyje. Judrūs anglies junginiai su dirvožemio tirpalu migruoja profiliu žemyn ir ten yra sorbuojami molio mineralų, todėl apatiniame armens sluoksnyje šios frakcijos anglies yra mažiau.

Tirto dirvožemio armenyje molio dalelės (<0,002 mm) sudarė daugiau kaip 27 proc., ir tai lėmė didelę dirvožemio sorbcinę gebą - sąveikoje su molio mineralais buvo stabilizuota iki 50 proc. organinės anglies. Tačiau žemės dirbimo intensyvumo ir sėjomainos struktūros esminės įtakos anglies kiekiui molio frakcijoje per neilgą tyrimų laikotarpį nenustatyta.

Žemės dirbimo sistemos veikė dirvožemio organinės anglies vertikalųjį pasiskirstymą: dėl tausojamojo žemės dirbimo organinė anglis kaupėsi įvairaus stabilumo frakcijose viršutiniame sunkaus priemolio glėjiškojo rudžemio armens sluoksnyje. Žiemojančių augalų buvimas sėjomainoje ir jų dalies bendrame plote didinimas skatino organinės anglies kiekio didėjimą dirvožemio struktūrą gerinančiose labiliose frakcijose visame armenyje. Charakteringas molio dalelių kiekio didėjimas, leidžiantis profiliu žemyn, sąveikoje su molio mineralais lėmė stabilizuotos organinės anglies didesnį kiekį apatiniame armens sluoksnyje.

Dirvožemio natūralaus derlingumo praradimo ir degradavimo priežastis yra sutrikusi biocheminė maisto elementų apytaka, kai su augalų derliumi bei šalutine produkcija išnešta biogeninės kilmės elementų dalis nekompensuojama organinėmis trąšomis. Kad nemažėtų organinės anglies kiekis dirvožemyje ir neprastėtų jo kokybė, būtina:

• taikyti aplinką tausojančias, tinkamai subalansuotas sėjomainas su daugiametėmis žolėmis;

• vystyti mišrius augalininkystės-gyvulininkystės ūkius bei tręšti organinėmis trąšomis,

• į dirvožemį įterpti įvairias augalų liekanas.

Juk dirvožemis - gyvas kūnas, ir tokiu būdu jis bus pamaitintas, anglis sugrįš į biocheminės apytakos ratą, o ne bus išmesta į atmosferą kaip „šiltnamio efektą" sukeliančios dujos.

I. Liaudanskienė

Mano ūkis, 2012/11