23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2020/05
Dirvožemių humusingumo didinimo būdai
  • Prof. emeritas Albinas ŠIULIAUSKAS, Danguolė ŠIULIAUSKIENĖ VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Lietuvoje yra apie 1,2–1,4 mln. hektarų nepakankamo humusingumo priesmėlių ant priemolių, įvairaus sunkumo priemolių ir molių, kurių našumą, bent teoriškai, galima padidinti iki 50 ir daugiau boniteto balų. Būtent šiose žemėse ir būtina pirmiausia pradėti humuso didinimo programą ir taip išplėsti aukšto derlumo žemių plotus šalyje.

Ekonomine prasme humuso didinimo priemonės labai gerai atsiperka ir aukštesnio humusingumo dirvožemiuose, jei juose žadama auginti brangios produkcijos augalus. Pagrindiniai humuso didinimo būdai yra du: humifikacijos proceso intensyvinimas ir humuso skaidymosi reguliavimas.

Humusas (lot. humus – žemė, dirvožemis), puvenos – organinė dirvožemio dalis, susidaranti dėl augalų ir gyvūnų liekanų biologinio ir biocheminio kitimo. Humusas yra pagrindinis dirvožemio komponentas, skiriantis jį nuo dirvodarinės uolienos. Humuso susidarymo procese vienaip ar kitaip dalyvauja visi aplinkinėje teritorijoje esantys gyvi organizmai, tarp jų – ir žmonija. Dabartinės dirvožemių būklės įvertinimas rodo, kad Lietuvoje priesmėlių, priemolių ir molių dirvožemiuose yra per mažai humuso.

Mūsų duomenimis, dirvožemių grupė pagal savo humusingumą skirstoma taip: labai žemo (iki 1,5 proc.) humusingumo yra 6–8 proc.; žemo (1,51–1,8 proc.) – 43–45 proc.; vidutinio (1,81–2,25 proc.) – 34–36 proc.; aukšto (2,26–3 proc.) – 8–12 proc. ir labai aukšto humusingumo (> 3 proc.) – iki 5 proc. visų priesmėlio, priemolių bei molio žemių. Taigi, pusė mūsų perspektyviausių dirvų (priesmėliai + priemoliai + moliai) vis dar yra žemesnio negu vidutinio (1,85–2,25 proc.) humusingumo. Ir tik 12–15 proc. dirvožemių yra aukšto ir labai aukšto našumo bei humusingumo.

Iš ko susideda humusas

Dirvožemio humusas yra labai sudėtingas organinis junginys, kurį sudaro specifinės ir nespecifinės medžiagos. Nespecifinės medžiagos (10–20 proc.) yra baltymai, aminorūgštys, gliukozė, fruktozė, lipidai, įvairūs fermentai, aromatiniai junginiai ir kt. Specifinės medžiagos (80–90 proc.) yra humuso rūgštys ir jų druskos, huminės ir fulvorūgštys, humatai ir nehidrolizuojama liekana huminas. Pastarasis – tai netirpios humusinės medžiagos: lipoidai, vaškai, dervos, bitumai, nehidrolizuotos organinės liekanos.

Huminas kaupiasi dirvoje, kartu su mikroir makroelementais sudaro organinius higroskopinius koloidus. Huminas – pati inertiškiausia humuso dalis, susijusi su dirvožemio fizinio molio mineralais. Todėl jis yra daug atsparesnis rūgščių ir šarmų poveikiui. Šioje humuso frakcijoje yra net 20–25 proc. bendrojo azoto kiekio, esančio dirvožemyje. Huminiame horizonte, gausėjant kalcio, humuso, geležies hidroksido ir ulmino kiekiams, net nederlingi blogos struktūros priesmėlio ar lengvo priemolio jauriniai dirvožemiai dėl organinių koloidų (humuso) gali įgyti trupininę struktūrą, didesnį rišlumą, stipresnį gebėjimą išsaugoti drėgmę ir daug aukštesnį jų našumą.

Huminės rūgštys – tamsios, didelio molekulinio svorio organinės rūgštys, netirpios vandenyje ir mineralinėse rūgštyse. Jų sudėtyje yra apie 50–60 proc. anglies, iki 40 proc. deguonies, 3–7 proc. vandenilio, 3–5 proc. azoto. Fulvorūgštys – didelio molekulinio svorio organinės rūgštys, tirpios vandenyje, rūgštyse ir šarmuose. Jų sudėtyje yra iki 50 proc. anglies, daugiau kaip 40 proc. deguonies, 6 proc. vandenilio, 1,5–3 proc. azoto.

Fulvorūgštys, kurių pH rodiklis yra 2,6–2,8, yra labai aktyvios, skaido net mineralinę dirvos dalį, sudaro naujus junginius iš dirvožemyje esančių kompleksinių mineralinių junginių, prisijungdamos Ca, Mg, K, Fe.

Humusas neturi pastovios formulės ir nėra „gyva medžiaga“, kaip kartais bandoma jį įvardyti. Jis tik sukuria sąlygas gyviems organizmams čia gyventi ir pats yra jų veikos rezultatas.

Humuso svarba

Humuso kiekis dirvožemyje yra viena iš pagrindinių jo savybių. Tačiau jo kilmės ir sandaros pradinis supratimas atsirado tik šiek tiek daugiau negu prieš 100 metų. Tada pradėti humuso tyrimai ir prieita prie išvadų, kad jis yra organinės kilmės ir koloidinės formos kompleksinis junginys.

Dirvožemyje jis susiformavo veikiamas gyvūnų ir mikroorganizmų, vandens bei deguonies ir vienu metu vykstant trims sudėtingiems biocheminiams procesams – organinių liekanų skaidymui, naujų organinių junginių sintezei ir iki šiol galutinai neišaiškintam humifikacijos procesui.

Humusas svarbus įvairių mikroorganizmų ir augalų maisto, ypač azoto, fosforo, sieros, mikroelementų, šaltinis. Be to, jis yra ir pagrindinis dirvožemio struktūros kūrėjas, jos patvarumo garantas. Taip pat mažina dirvožemio eroziją, didina jo šilumos imlumą, akumuliuoja drėgmę ir mažina mineralinių maisto medžiagų išsiplovimą iš ariamojo horizonto. Humusas skatina naudingos mikrofloros vystymąsi, absorbuoja įvairias aplinką teršiančias, antropogeninės kilmės medžiagas (sunkiuosius metalus, pesticidus, radionuklidus), mažina jų patekimą į gruntinius vandenis, turi teigiamos įtakos dirvožemio agrocheminėms savybėms.

Lietuvos dirvožemiuose vyrauja fulvatinis (miške) ir fulvatinishumatinis (lauko žemėse) humusas, vadinasi, humuse fulvorūgščių yra daugiau negu huminių. Taip atsitiko dėl vyraujančių rūgščių žemių Lietuvoje. Fulvorūgštys – rūgščių, o huminės – neutralių žemių indikatoriai.

Humuso, vandens ir molio dalelių pagrindu susidaro dirvožemio koloidiniai tirpalai, kurie labai pagerina dirvožemių fizines, fizines-mechanines ir biologines savybes. Sunkiose dirvose yra net 30–50 proc. koloidų, o smėlyje – tik 1–3 procentai.

Labiausiai augalams augti yra naudingi organiniai ir organiniai-mineraliniai koloidai (sudaryti huminės rūgšties, Ca, Mg ir molio dalelių pagrindu), nes jie iš dirvos tirpalo absorbuoja ir savyje sukaupia N, K, Ca, Mg, P jonus, apsaugo juos nuo išsiplovimo, kaupia vandenį, baltymus, lemia dirvožemio sorbciją ir jo purumą, kvėpavimą, atsparumą pertekliniam vandeniui, mažina erozijos žalą, didina dirvos anglies atsargas.

Vien tik dėl šio veiksnio augalų derlius iš esmės padidėja ir mažiau nukenčia nuo pasitaikiusių sausringų laikotarpių. Be to, humusingose dirvose ir kritulių vandens nuotekos būna daug mažesnės ir jo daugiau patenka į žemę. Būtent tokiuose dirvožemiuose 2019 metais, nepaisant ilgalaikių sausrų ir karštų orų, ir buvo prikuliama iki 7–8 t/ha žieminių kviečių ar 3,5–4 t/ha žieminių rapsų. Reikia daugiau tokių dirvožemių, kad ūkiai mažiau priklausytų nuo klimato kataklizmų.

Kaip padidinti humuso kiekį

Humuso kiekis dirvožemyje didės, jei į dirvą kasmet įterpsime didesnius „nekomercinių“ augalų masės kiekius. Iki šiol vis pabrėžiama nepakeičiama organinių trąšų nauda ir augalų derlingumui didinti, ir humuso kiekiui gausinti dirvožemiuose. Tačiau, ko gero, atėjo laikas pakeisti nuomonę.

Pagrindinės organinės trąšų rūšies – mėšlo, kuris tikrai yra geriausia trąša ir humifikacijos proceso žaliava, liko tik mažuose šeimos ūkiuose, kuriuose dar išsilaikė primityvi gyvulininkystės forma – gyvulius tvartuose laikyti ant šiaudų kraiko. Moderniose fermose vykstančiame gamybos procese tradiciniam mėšlui paprastai vietos jau nelieka. Tai civilizacijos progreso padarinys. Be to, tradicinis mėšlas yra per brangi trąša šiame konkurenciniame pasaulyje. Moderniame augalininkystės ūkyje jis yra daugiau problema nei naudos daviklis.

Nenustojama kai kurias augalų rūšis (kukurūzus, cukrinius runkelius, bulves ir kt.) įvardyti kaip kaupiamuosius augalus ir teigti, kad jos labiausiai mažina humuso kiekį dirvožemiuose. Tradicinėje augalininkystėje iš anksčiau buvusių „kaupiamųjų“ liko tik bulvės, kurių tarpueiliai daugelyje laukų purenami iki šiol. Kiti buvę kaupiamieji augalai tokiu intensyvumu, kaip skelbiama, humuso ne tik „nedegina“, bet net didina.

Neigiamai atsiliepiama ir apie rapsų reikšmę reguliuojant dirvožemių humusingumo lygį. Galima pritarti tik šiems rapsų oponentų teiginiams: rapsų šiaudų humifikacijos sparta tikrai yra lėtesnė negu miglinių javų šiaudų, tačiau augalų liekanų jie palieka 1,55–1,8 karto daugiau negu vasariniai javai. Iš rapsų augalų liekanų humuso „pagaminama“ net 20– 30 proc. daugiau negu iš miglinių javų.

Rapsų šaknyse esantys gliukozinatai tikrai gali skatinti humuso skaidymo procesą. Bet ar tai blogai, jei sėjomainos rotacijoje yra tik vienas rapsų laukas? Be to, po žieminių rapsų pjūties kai kurie ūkiai sėja tarpinius pasėlius, kurie iki žieminių kviečių sėjos suspėja sunaudoti azoto perteklių ir dar išauginti 2,5– 3,5 t/ ha sausųjų medžiagų, didinančių humifikacijos proceso našumą.

Tyrimai rodo, kad priesmėlio dirvožemiuose padidėjus humuso kiekiui nuo 1 iki 3 proc., vandens absorbcinė galia padidėja 3–4 kartus. Tokios dirvos ariamajame horizonte gali susikaupti apie 60 mm/m2 augalams naudingo ir prieinamo vandens, kurį sugeria ir daug ilgiau išlaiko būtent humusas. Tai labai svarbu laidesnėse priesmėlių dirvose, kur tik humusas gali išlaikyti ir augalams tiekti būtiną drėgmę.

Pagrindinė žaliava – augalinės kilmės

Įvairiuose straipsniuose nurodoma, kad humusas formuojasi iš įvairių organinių atliekų (augalinių, gyvūninių ir kt.) ir tai yra tiesa, tačiau pirminė ir pagrindinė žaliava humifikacijos procese javų ir rapsų pasėlių dirvožemiuose yra augalinės kilmės medžiagos.

Augalų liekanas, patekusias į dirvožemį arba ant jo paviršiaus, pirmiausia į savo mitybą įtraukia sliekai, įvairios muselės ir vabzdžiai, kurie sugeba jas susmulkinti (sukramtyti). Po to įsitraukia vienaląsčiai grybeliai ir mikroorganizmai, kurie jas naudoja kaip energijos ir maisto šaltinį. Per šį procesą suirusios organinių medžiagų liekanos skyla į paprastus mineralinius junginius.

Dalį šių junginių mikroorganizmai visiškai mineralizuoja, o jų skilimo produktus pasisavina nauja augalų karta. Antrą dalį sunaudoja heterotrofiniai mikroorganizmai (naudojantys kitų organizmų pagamintas organines medžiagas) ir sintetina antrinius baltymus, riebalus, angliavandenius ir kitus junginius, iš kurių susidaro jų plazma, kuri taip pat įtraukiama į humifikacijos procesą. Panašus likimas laukia ir sliekų, muselių bei vabzdžių, dalyvaujančių pirminiame augalų liekanų skaidyme.

Taip į humifikacijos procesą jau įtraukiamos gyvūninės kilmės medžiagos. Skaidymo procesas tęsiasi. Tada vėl iš naujo ateina nauji mikroorganizmai ir sliekai, kurie žemę perleidžia per savo organizmą, suvirškina visus tinkamus jų mitybai organikos likučius ir dalį nusilpusių mikroorganizmų. Bet čia dar ne humuso formavimosi pabaiga. Toliau vyksta cheminės reakcijos (humuso „fermentacija“), kurios ir baigia stabilaus humuso „gimimą“. Šis procesas vadinamas humifikacija, jo veiksniai yra deguonis, vanduo ir mikroorganizmų fermentai.

Svarbu žinoti, kad net sukultūrintame dirvožemyje humifikacijos procesas (nuo augalų liekanų įterpimo į dirvą iki galutinio humuso susiformavimo) tęsiasi 1,5–2,5 metus, o vidutinis humifikacijos našumas siekia tik apie 26,5 procento. Žinoma, tai tik vidutiniai humifikacijos efektyvumo rodikliai, kurie tiesiogiai priklauso tiek nuo javų rūšies, tiek nuo jos cheminės sudėties, tiek nuo dirvožemio našumo. Aukšto našumo šalies dirvožemiuose humifikacijos procesas būna našesnis (28–32 proc.). Prancūzijos juodžemiuose jis siekia 40–44 proc. reikšmes.

Šio reiškinio priežastys nurodomos įvairios, bet dažniausiai minimos – žemių reakcija ir mineralinio azoto kiekiai jose. Rūgštesnėse žemėse visada būna silpnesnė mikroorganizmų ir kitų gyvių veikla. Šiose žemėse ir susiformavusiame humuse daugumą sudaro fulvorūgštys. Todėl mūsų rekomendacijose dirvų našumui didinti ir yra siūlymas prioritetu laikyti kalkinimą.

Humifikacijos proceso tyrėjai yra nustatę, kad Lietuvos dirvožemių sąlygomis auginant javus, vienai tonai humuso susiformuoti vidutiniškai reikia 3,78 t įvairių rūšių augalinių liekanų, skaičiuojant sausosiomis medžiagomis.

Mineralinio azoto deficitas dirvožemyje mažina mikroorganizmų, kurių kūno masė pasižymi didesniu baltymingumu, dauginimosi intensyvumą. Taip gauname rezultatą: mažai mikroorganizmų – žemas organinių liekanų skaidymo našumas. Be to, humuse yra daug baltyminės kilmės junginių ir todėl vienoje tonoje humuso būna apie 30–50 kg azoto, nelygu faktinis huminių ir fulvorūgščių tarpusavio santykis.

Miglinių javų šiauduose azoto būna vos 0,5 proc., arba 3,78 t šiaudų yra 18,9 kg azoto. Iš šių skaičių matyti, kad esama rekomendacija – išberti po 8–10 kg azoto vienai tonai užariamų šiaudų – yra teisinga. Išeitų, kad 3,78 tonai šiaudų reikėtų įterpti į dirvą 34–37,8 kg azoto. Tada gauname: 34 + 18,9 = 52,9 kg azoto, iš kurio 35–50 kg pereina į humusą, o likusią dalį sunaudoja dirvos mikroflora.

Per humifikacijos procesą naudojamas ir dirvožemyje esantis mineralinis azotas. Ūkininkų apklausos rezultatai rodo, kad po javų pjūties ražienas azoto trąšomis tręšia tik 16–20 proc. ūkininkų. Gal tai ir yra mažų mineralinio azoto kiekių dirvožemiuose per 4–6 pastaruosius metus priežastis? Nes šiaudų mineralizacijai reikia nemažai azoto, skirto mikroorganizmų mitybai. Sliekai baltymais apsirūpina maitindamiesi mikroorganizmais, o šiaudus jie vartoja ėdalui, kad racioną papildytų angliavandenių.

Mums dar būtina išmokti taisyklingai apskaičiuoti patenkančių į dirvą augalų liekanų kiekį. Užariame ne tik po kūlimo likusius šiaudus, bet ir augalų ražienas, šaknis, pelus, išbyrėjusius grūdus. Be to, vasarą nuolatos nunyksta pasenę lapai ir atskiri stiebeliai.

Kolekciniuose bandymuose esame nustatę vasarinių kviečių, kurių vidutinis derlingumas buvo 6,56 t/ha, vidutinę augalo anatominę struktūrą pagal SM masę: grūdai –1,2 g; šiaudas – 0,95 g; pelai ir varpos lukštai – 0,18 g; šaknys – 0,24 g; nunykę lapai ir atskiri stiebeliai – 0,12 g. Iš viso vienas augalas sukaupė 2,69 g sausųjų medžiagų. Augalų liekanų bendra dalis 55,4 proc., o grūdų – 44,6 proc., kuri 1,24 karto mažesnė už augalų liekanas.

Kad dirvožemio armens horizonto, kurio masė yra apie 3 000 t/ha, humusingumas padidėtų 0,5 procentinio vieneto, reikia humuso sankaupas dirvožemyje padidinti apie 15 t/ha.

Siūlome šią proporciją naudoti apskaičiuojant augalų liekanų kiekį javų pasėliuose. Skaičiavimo pavyzdys: javų derlingumas – 5 t/ha. Augalų liekanų masė yra: 5,0 x 1,24 = 6,2 t/ha. Teorine prasme tokio derlingumo javų lauke galėtų susiformuoti 1,64 t/ha humuso (6,20 : 3,78 = 1,64), kuris dirvožemio humusingumą padidina tik apie 0,055 proc. Vidutinis humifikacijos proceso našumas – 26,5 procento.

Šio proceso našumas didėja, jei į humifikacijos procesą įtraukiami įvairių botaninių rūšių augalai. Įrodyta, kad 4–5 laukų sėjomainos schemoje turėtų būti ne mažiau kaip trijų botaninių rūšių (miglinių, pupinių, bastutinių) augalų. Gali būti ir kitų rūšių.

Tačiau negalima pamiršti, kad kasmet dalis humuso mineralizuojasi ir vėl tampa augalų ir mikroorganizmų „maistu“, taip kultūriniai augalai apsaugomi nuo galimo badmečio pasireiškimo laikotarpiais tarp tręšimų. Humusas dalyvauja ir dirvožemyje vykstančiose cheminėse reakcijose ir mikroorganizmų mitybos procese.

Mūsų atliktų ekspedicinių tyrimų duomenys rodo, kad, optimaliai tręšiant ir naudojant nuosaikią žemės dirbimo sistemą, javų ir rapsų pasėliuose kasmet suyra apie 0,6–0,9 t/ha humuso. Auginant bulves ar laikant juodąjį pūdymą, humuso kasmet suyra apie 1,8–2 t/ha. Šie duomenys iš dalies paneigia kai kurių autorių nuomonę, kad humuso „nuostoliai“ javų pasėliuose per metus siekia net 2–2,5 t/ha ir gerokai viršija net intensyvaus humifikacijos proceso našumą.

Skaičiuojant dirvožemio našumo didinimą, tradicinės žemdirbystės atveju siūlome laikyti, kad kasmetiniai humuso nuostoliai siekia 0,6–0,9, o ekologinės žemdirbystės – 1,0–1,3 t/ha.