Circuitul Bio Geo Chimic al Azotului

LUCRARE DE LICENȚĂ

PREZENTAREA CIRCUITULUI

BIO-GEO-CHIMIC AL AZOTULUI ȘI

IMPLICAȚIILE AZOTULUI ASUPRA

ECOSISTEMELOR DE PAJIȘTE

INTRODUCERE

Azot – aspecte teoretice

Azotul, elementul chimic cu numărul atomic Z=7, are o pondere de 0,27% din totalul atomilor biosferei. Numele îi vine de la grecescul a zoe (care nu întreține viața), iar simbolul N derivă de la nitrum genao-nitrogen (generator de salpetru).

Azotul, element biogen esențial, intră în compoziția proteinelor și a altor substanțe organice și prezintă o importanță pentru viața organismelor vii. Azotul, carbonul, oxigenul, fosforul și sulful sunt elemente chimice necesare vieții. Dintre aceste elemente, azotul are cea mai mică contribuție în a susține viața dar acesta se găsește în cea mai mare proporție în atmosfera , hidrosfera și biosfera pământului. Cel mai bine reprezentat este în atmosferă, unde deține supremația cu aproape 78% din gazele ce o compun și cu 75% din masa acesteia. Cantitativ, este vorba de 3,86×1021g.

Se estimează că deasupra fiecărui hectar de pământ se află mai mult de 70.000 de tone de azot molecular. În rocile sedimentare, azotul a participat la dezvoltarea primelor plante apărute pe planetă; cu toate acestea, în rocile primare se găsește îndeosebi în forme inaccesibile pentru nutriția vegetalelor, cu toate că aici deține partea covârșitoare – 97,82 % sau 1,93×1023 g din azotul total de pe Terra (Lixandru și colab., 1990).

Materia organică aflată în diferite stadii de descompunere cuprinde circa 92% din rezerva de azot a solului, respectiv 8,2×1017 gr, restul de 8% este constituit din compuși minerali: ioni de amoniu, nitrat și nitrit.

Azotul este prezent și în materia organică de pe fundul oceanului planetar (5,4×1017 gr), iar în materia vie participă cu 2,8×1016 g.

În sol, azotul se găsește în două forme: N organic și N anorganic.

Azotul anorganic este sub formă de protoxid N2O, bioxid NO2, amoniac NH3, amoniu NH4, nitrit NO2 – și nitrat NO3 -. Primele patru forme se află sub formă gazoasă și au concentrații foarte reduse, fiind detectabile extrem de greu .

În preistorie, apariția azotului reactiv din azot nereactiv s-a datorat fulgerului și fixării biologice de azot. (Citare).

La scară globală, oamenii au dublat producția de azot reactiv ceea ce a dus la apariția unui impact negativ asupra atmosferei, biosferei, hidrosferei și geosferei.(2009 Managing)

Principala sursă de azot reactiv este dată de microorganismele fixatoare de azot molecular. Azotul molecular poate fi utilizat de numai de unele microorganisme dotate cu echipament enzimatic specializat în acest scop. Aceste microorganisme fixatoare de azot molecular pot fi libere sau simbiotice, aerobe sau anaerobe.

In ultimele decenii, cantitatea de azot reactiv produs de oameni a fost mai mare decât producția de azot existentă în toate sistemele terestre. Creșterea producției de azot a avut 3 motive determinante:

Cultivarea legumelor, orezului și altor plante care au la bază conversia azotului;

Utilizarea combustibili fosili, ce convertesc azotul în NOx reactiv;

Procesul harber- bosh, care transforma diazotul în compuși chimici pentru îngrășăminte susținând producțiile agricole ridicate dar și pentru alte procese și produse industriale. ( Citare)

O altă sursă importantă de azot o reprezintă proteinele vegetale, animale și microbiene, care returnează de fapt solului azotul absorbit sub formă de azotați și săruri de amoniu, de către plantele verzi. Mineralizarea proteinelor și a altor substanțe organice cu azot eliberează azotul mineral sub formă de amoniac. Amoniacul eliberat prin amonificare este oxidat de microorganisme în azotiți și azotați devenind din nou absorbabil și utilizabil în biosintezele plantelor.

Circuitului biogeochimic al azotului in natura

Cateva idei despre circuitul azotu

Circuitul acestui element este foarte complex. El este alcătuit din două subcicluri :

a) – fixarea azotului atmosferic de către microorganisme și eliberarea azotului molecular în atmosferă;

b) – mineralizarea substanțelor organice cu azot până la substanțe minerale utilizabile din nou de către plante (sinteza de nitriți și nitrați) și utilizarea acestor substanțe de către plante și animale pentru sinteza de substanțe organice cu azot (aminoacizi, proteine, acizi nucleici, alcaloizi – uree).

Fixarea azotului molecular atmosferic

Fixarea azotului molecular liber se face pe cale chimică prin procese fotochimice și pe cale biologică prin fixarea microbiologică a azotului.

Biochimism

Toate bacteriile fixatoare de azot molecular se caracterizează prin prezența unui sistem enzimatic specializat. Mecanismul fixării azotului molecular este un proces de reducere care reclamă o sursă reducătoare.

În condiții favorabile se pot fixa 30-40 Kg azot la hectar. Fixarea simbiotică are loc în nodozitățile radiculare ale leguminoaselor de către Rizobium leguminosarum care se găsește în sol sub formă de mici bastonașe capabile să pătrundă prin porii radiculari. El se transformă ulterior într-un bacil mai mare și la sfârșit ia formă aglomerată în faza simbiotică. Prezența în sol a unei anumite cantități de azot asimilabil favorizează apariția și dezvoltarea nodozităților. Când cantitatea de azot asimilabil este foarte mare, formarea nodozităților este întârziată și total inhibată. Cantitatea de azot fixată anual la hectar poate ajunge la 100- 200 Kg.

Importanță

Fixarea microbiologică a azotului prezintă o foarte mare importanță din punct de vedere agricol, întrucât plantele verzi nu pot asimila azotul atmosferic, atmosfera fiind principalul rezervor de azot. Fixarea nesimbiotică a azotului molecular contribuie la îmbogățirea solului în azot, dar aportul este mic, deoarece densitatea bacteriilor libere fixatoare de azot molecular este relativ mic, iar randamentul este scăzut. În sol, fixarea azotului este sensibil redusă de prezența unor forme de azot mineral.

Mineralizarea substanțelor organice

Amonificarea

Inițial substanțele proteice, ureea, bazele azotate, după moartea organismelor, sunt descompuse de către bacteriile amonificatoare la amoniac prin procesul de amonificare. Amoniacul rezultat în urma activității bacteriilor amonificatoare reacționează cu apa formând ionul amoniu. Acest proces are loc în orizonturile superficiale ale solului, unde azotul se găsește în cea mai mare parte sub formă organică de proteine, acizi nucleici, glucide aminate, îngrășăminte artificiale (uree, cianamidă de calciu).

I. Amonificarea proteinelor – Proteoliza

Proteinele pot fi degradate sub acțiunea enzimelor proteolitice, care sunt enzime extracelulare, produse de bacterii și mucegaiuri, microorganisme care produc în natură putrefacția și putrezirea materiei organice moarte. Aceste enzime proteolitice sunt proteaze, ele determinând hidroliza proteinelor. Prin hidroliza proteinelor de către proteazele extracelulare rezultă peptide și aminoacizi. Existența lor în sol este efemeră, întrucât suferă o serie de transformări imediate ca:

dezaminare microbiologică cu eliberare de amoniac,

asimilare de către microorganisme,

absorție de către plante,

absorție pe argile sau încorporare în fracțiunea humică a solului.

Putrezirea este o proteoliză produsă de mucegaiuri, uneori în asociație cu bacteriile, care are loc în aerobioză sau facultativ anaerobioză, în urma căruia se formează produse la suprafața solului.(Citarer ).

II. Amonificarea ureei

Ureea este un îngrășământ frecvent folosit, amonificarea ei fiind importantă pentru fertilizarea solului. Amonificarea ureei este realizată de Bacillus probatus, Planesarcina ureae, Micrococcus ureae, Urobacterium care hidrolizează ureea prin acțiunea ureazei. În urma hidrolizei se formează bioxid de carbon și amoniac. (Citare).

Nitrificarea

Sărurile amoniacale care se formează în urma procesului de putrefacție sunt oxidate și transformate în nitrați proces denumit nitrificare. Nitrificarea este procesul cel mai răspândit din sol cu cea mai mare importanță în agricultură. Nitrificarea este un proces de oxidare a sărurilor amoniacale care se realizează în două etape. În prima etapă se oxidează compușii amoniacali la nitriți prin procesul de nitritare. Apoi prin nitratare, nitriții se transformă în nitrați. Nitrații solubili sunt utilizați din nou de plante. Nu toate resturile organice sunt mineralizate până la azotați. O mare parte sunt îngropate sub formă de sedimente. Întreaga mineralizare se desfășoară sub influența diferitelor grupe de microorganisme. Nitriții și nitrații sunt absorbiți de plante care le transformă pe cale biosintetică din nou în aminoacizi și proteine. În afară de amoniacul de origine biologică, în sol, se acumulează și amoniac de origine nebiologică, eliberat de pe argile sau adus de îngrășămintele amoniacale.

Când condițiile ecologice sunt favorabile, amoniacul este oxidat pe cale biologică până la azotați.

Nitrificarea autotrofă este realizată de două grupe de bacterii înalt specializate (nitroase și nitrice), care își procură întreaga energie de care au nevoie din oxidarea azotului amoniacal sau nitros. Nitrificarea este deci rezultatul acțiunii succesive a celor 2 grupe de microorganisme, acest proces având loc în două faze :

1) Nitritarea presupune oxidarea amoniacului la nitriți ( a sărurilor amoniacale la acid azotos).

Procesul este realizat de Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosogeea, Nitrocystis. Reacția globală a nitritării este :

NH4+ + 1/2 O2 → NO2- + 2 H+ + 2 H2O + 63,8 Kcal

2) Nitratarea presupune oxidarea nitriților (acidului azotos) la nitrați.

Mecanismul presupune o dehidrogenare a radicalului nitros după o prealabilă hidratare. Bacteriile nitrificatoare (nitroase și nitrice) se găsesc în toate solurile al căror pH este mai mare de 3,7-4,0,. Într-un gram de sol se găsesc 25000 de bacterii nitrificatoare. Bacteriile nitroase și mai puțin cele nitrice, tolerează prezența materiilor organice. Influența materiilor organice asupra nitrificării depinde, în primul rând, de solubilitatea și de gradul lor de descompunere a solului. Nitrificarea poate fi foarte activă în terenurile humice, la un pH și aerare convenabilă. În special solurile brune, bogate în humus, conțin cel mai mare număr de bacterii nitrificatoare active. În sol, bacteriile nitroase și nitrice sunt insoțite de specii bacteriene particulare heterotrofe. Aceste specii exercită o acțiune de accelerare asupra mersului nitrificării. Nitrificarea are loc și pe stânci neatacate, pregătind terenul pentru licheni, mușchi și plante superioare. Formarea zăcămintelor de nitrați este o consecință a procesului de nitrificare.

Nitrificarea heterotrofă are un mecanism biochimic total diferit de cel al nitrificării autotrofe.

Bacteriile Achromobacter, Corynebacterium, Nocardia, Agrobacterium, Alcaligenes Artrobacter globiformis produc nitriți din oximele diferiților acizi organici. Mucegaiurile Aspergillus flavus, produc din amoniac, sau alți compuși aminați, hidroxilamină, nitriți și nitrați.

Indiferent prin ce mecanism se produce, azotul nitric este produsul final al nitrificării. În sol el poate să urmeze mai multe căi :

– cea mai mare parte este absorbită de plantele verzi,

– o parte este utilizată ca sursă de azot de către microorganisme,

– o parte se pierde prin levigare,

– o parte se pierde prin denitrificare.

Denitrificarea

Denitrificarea constă în reducerea nitraților la diferiți compuși azotați : nitriți, amoniac, azot liber.

Denitrificare propriu-zisă constă în reducerea nitraților la nitriți, având ca produs final azotul molecular, în felul acesta eliberându-se azotul în atmosferă. În sens larg, denitrificarea este un proces respirator anaerob în care unele microorganisme folosesc nitrații și alți compuși oxidați ai azotului, ca acceptori finali de electroni. Acest proces are loc cu precădere în medii slab aerate unde se acumulează cantități mari de substanțe organice. În acest context, produșii finali ai denitrificării sunt compuși azotați mai mult sau mai puțin reduși : azotiți, oxid de azot, amoniac, azot molecular.

În sens agronomic, denitrificarea reprezintă totalitatea proceselor microbiologice prin care nitrații, în mod secundar nitriții, sunt reduși la azot molecular sau oxid nitros, care eliberându-se din sol în atmosferă, sărăcesc solul în azot asimilabil.

Denitrificarea constituie, în general, un proces dăunător, deoarece diminuează cantitatea de azot asimilabil din sol.

Bilanțul general al circuitului azotului

În creșterea sau diminuarea stocului de azot din sol, alături de procesele biologice, intervin procese chimice sau fizice.

Câștigurile de azot se realizează prin :

fixarea biologică simbiotică și nesimbiotică a azotului molecular,

aportul de azot adus de apele meteorice și pulberile atmosferice (azot amoniacal, nitric și nitros),

adsorbția amoniacului din atmosferă, de coloizii organici ai solului, –

aportul adus de îngrășăminte ( Citare )

Pierderile de azot se produc prin :

denitrificarea biologică,

volatilizarea anomiacului gazos,

descompunerea chimică a nitraților,

cuplarea unor acizi aminici și nitriți și eliberarea azotului molecular,

descompunerea nitriților, (Citare)

Între pierderile și câștigurile de azot există un echilibru dinamic care asigură menținerea și perpetuarea vieții pe pământ.

Capitolul II.

Ecosisteme de pajiste

Pajiști – generalități

Pajiștile sunt terenurile acoperite cu vegetație ierboasă permanentă, alcătuite din specii ce aparțin mai multor familii de plante, în special gramineele și leguminoasele perene, folosite ca nutreț sau pentru pășunat. Pe lângă speciile de plante superioare, pajiștile mai sunt caracterizate și de plantele inferioare, microorganismele și faună. Între indivizi, între populațiile diverselor specii, între biocenoza și factorii fizico-chimici ai mediului se creează interelații specifice, reprezentând în ansamblu o uniate funcționala, un ecosistem caracteristic.(Citare)

În Micul dicționar enciclopedic român (1978), pajiștea este definită, astfel ,,teren ocupat de vegetație erbacee perenă, spontană sau cultivată, folosită pentru hrana animalelor prin pășunat sau cosit”.

Alte definiții ale ecosistemelor de pajiște:

„O comunitate de plante în care Gramineele domina si copacii lipsesc” Milner and Hughes 1968,

„Teren unde vegetația dominantă este reprezentată de ierburi”. The Forage and Grazing Terminology Committee (1992),

„ O lipsa generală de vegetație lemnoasă” Knapp and Seastedt(1998).

Elementele descriptive, pe baza cărora s-au elaborat definiții ale ecosistemelor de pajiște sunt următoarele :

abundența de ierburi( cu membrii ai familiei Poaceae),

frecvența scăzuta a vegetației,

climatul arid,

lipsa vegetației lemnoase,

sol bogat în materie organică.

La nivel global, pajiștile se găsesc pe toate continentele(cu excepția continentului Antarctica). Acestea ocupă circa 41-56×106 km2 și acoperă 31-43% din suprafața pământului (World Resources 2000-2001).

Ecosistemele de pajiște ocupă cea mai mare parte din suprafața Pământului, mai mult decât pădurile sau terenurile agricole.( White et al.)

Deși ocupă cea mai mare suprafață, nu putem spune că în zonele de pajiște se găsesc și cei mai mulți locuitori, ele având un număr de aproximativ 800 x 10 6 persoane, mai mult decât în zonele de pădure dar mai puțin decât în zonele agricole.

Pe glob, pajiștile cele mai extinse sunt în Africa(14.46x 106 km2), Asia (fără Orientul Mijlociu), la 8,89x 106 km2, apoi pajiștile din Europa, America de Nord și Oceania (inclusiv Noua Zeelandă și Australia) cu circa 6-7x 106 km2 fiecare .

Întreaga suprafață cu pajiști reprezintă aproape 19% din suprafața țării noastre, ocupând locul al treilea ca întindere, după terenul arabil și păduri. 2000 km2 de pajiști au fost incluse în sistemul național de arii naturale protejate (11, 43%). Zonele aride, semiaride și uscat-subumede definite conform UNCCD reprezintă 30% din teritoriul național.

Peste 74% din pajiști se află în zonele de deal și munte, 4% din acestea fiind în zonele alpine și subalpine. Restul de 26% se află în zonele de câmpie, cu predominanță în zona de stepă. (Strategia Națională pentru Biodiversitate și Planul de Acțiune- București 2010)

România este situată pe locul 5 în Europa din puncte de vedere al suprafeței ocupate de pajiști. Primele încercări de cultivare a plantelor pe pajiști au fost făcute în Europa, deși aceasta reprezintă doar 5% din suprafața totala a Terrei.

Primul Congres Internațional de Pajiști a avut loc la Leipzig,în anul 1927 și a fost urmat din patru în patru ani de alte congrese.(Citare)

In anul 1963, s-a format „Federatia Europeana a pajiștilor”(EUROPEAN GRASSLAND FEDERATION), în scopul cercetării și aprofundării cunoștințelor legate de ecosistemele de pajiște.

Clasificarea ecosistemelor de pajiste

Pajiștile se clasifică în pajiști permanente și temporare. La rândul lor pajiștile permanente se clasifica în:

pajiști de câmp și podișuri joase(fig.1),

pajiști de dealuri și podișuri înalte(fig.2),

pajiști de munte (fig.3),

pajiști alpine(fig.4),

pajiști azonale(fig.5).

Pajiștile azonale sunt:

Pajiștile din lunci și depresiuni; sunt influențate de condițiile de sol și umiditate specifice luncilor râurilor și depresiunilor intramontane.

Pajiștile de pe solurile saline și alcaline;

Pajiștile pe nisipuri; valoarea pastorală a acestora este neînsemnată.

Pajiștile temporare sunt cunoscute și sub numele de pajiști semănate sau cultivate, fiind înființate în locul pajiștilor permanente degradate care nu mai pot fi îmbunătățite prin lucrări de suprafață, precum și în terenul arabil destinat producerii furajelor.

O clasificare de o importanță practică mai mare este după modul de valorificare. Din acest punct de vedere terminologia adoptată este cel mai mult folosită în literatura de specialitate și în activitatea practica. Astfel pentru pajiștile care se folosesc la pășunat se folosește denumirea de pășune ( „pasture” în limba engleză, „pâturage” în franceză, „weiden” în germană, „pascolo” în italiană,” padbiște” în rusă). Pentru pajiștile folosite pentru cosit se utilizează denumirea de fâneață („meadow” în engleză,” pres” în franceză, „wiesen” în germană,” prati” în italiană, „lugos” în rusă).

Mod de utilizare

Pajiștile au constituit mediul de viață pentru oameni de-a lungul istoriei. Principalele culturi de cereale din lume sunt ierburi, și strămoșii lor au apărut în pajiști în mod inevitabil, omul fiind responsabil de schimbările uriașe în ecosistemele inițiale.

Cele mai importante modificări survenite sunt cauzate de:

agricultură

fragmentarea ecosistemelor

speciile invazive non-indigene

foc

deșertificare

urbanizare / așezări omenești

animale domestice.

Dintre acestea, primele trei(agricultura, fragmentarea, și speciile alohtone) reprezintă cea mai mare amenințare pentru pajiștile indigene.

Prin înlocuirea habitatelor naturale cu cele artificiale (agricole sau de orice altă natură), ciclul biochimic și fluxul energetic suferă uneori modificări majore negative, ce duc la dezechilibre grave în natură. Habitatele naturale, fiind mai complexe au o rezistență mult mai mare față de agenții de degradare decât cele artificiale. Este de dorit menținerea ecosistemelor naturale iar atunci când este necesar să se facă schimbări din diverse rațiuni, se impune prudență în transformarea ecosistemelor naturale, transformarea habitatelor să se facă progresiv astfel încât mediul biotic să se poată adapta noilor condiții.

Uniunea Internațională pentru Conservarea Naturii a stabilit pentru conservare o serie de habitate naturale de pajiști. La nivel european Directiva Habitate prevede conservarea unor tipuri de habitate aflate în declin sau periclitate. Prin instituirea Rețelei Ecologice Natura 2000 și în România au fost desemnate situri comunitare pentru conservarea unor habitate de interes comunitar, tabel 1, conform Ordinului ministrului mediului și dezvoltării durabile nr. 1.964/2007 privind instituirea regimului de arie naturală protejată a siturilor de importanță comunitară, ca parte integrantă a rețelei ecologice europene Natura 2000 în România, modificat și completat de Ord. 2387/2011.

Tabel 1

Notă – codurile * reprezintă habitate prioritare

Importanța ecosistemelor de pajiște

Alături de păduri și tufărișuri, pajiștile se înscriu ca biomuri terestre caracteristice. Unele dintre ele – pajiștile naturale primare – reprezintă vegetația pionieră instalată spontan, paralel cu desfășurarea procesului de pedogeneză. Pe măsura dezvoltării agriculturii au apărut însă și alte categorii de pajiști, în care intervenția omului este din ce în ce mai energică, ele reprezentând, de fapt, un produs al omului și al animalelor crescute de el.

Pajiștile pot fi considerate de importanță majoră pentru:

Sursă de hrană pentru animalele domestice,

Habitat și sursă de hrană pentru animalele sălbatice,

Vegetație bine instalată ce previne și combate eroziunea solului,

Vegetație echilibrată și diversă ce menține o structură și o fertilitate ridicată a solului,

Capacitatea de stocare a carbonului din atmosferă,

Menținerea peisajului

Pajistile reprezinta sursa principal de furaje pentru zootehnie, iar acestea sunt raspandite, in conditii ecopedologice foare diferite, de la campie pana in piscurie cele mai inalte ale muntilor. Tipurile diferite de pajisti determina existent unor diverse tehnologii de imbunatatire, ingrijire si exploatare. ( Scribd Pajisti Permanente)

Valorificarea pajiștilor naturale prin pășunat sau cosit constituie, paradoxal, o sursă de menținere a biodiversității, heterogenitatea vegetației fiind influențată favorabil de acest mod de folosire. S-a constat că în anumite zone din parcurile naturale unde pășunatul a fost interzis pentru conservarea unor specii de floră, degradarea pajiștilor este evidentă și în momentul actual se recomandă reintroducerea pășunatului ca metodă de refacere. Sunt situații când supra-pășunatul poate degrada o pășune în condițiile în care se depășește capacitatea de suport a acesteia, respectiv numărul de animale distribuite pe un hectar de pășune. Aceeași situație poate să apară și în cazul animalelor sălbatice, când datorită sursei de apă, se pot înghesui pe un teritoriu foarte multe animale ierbivore și să consume peste măsura de refacere naturală a pășunilor. Folosirea pajiștilor prin pășunat se propune a se face pe unități de exploatare (UE), care constituie veriga de bază pentru utilizarea judicioasă a masei verzi. Înainte de pășunat se stabilește: necesarul de masă verde pentru categoriile de animale ce vor pășuna, producția medie și totală la hectar, calitatea, durata de pășunat, suprafața unei UE și încărcătura.

Terenurile degradate, lipsite de vegetație sunt predispuse eroziunii solului și pentru stabilizare se apelează la înierbarea lor cu specii care au rădăcini mai lungi și mai rezistente. Terenurile ocupate cu pajiști au un rol major și în reținerea apei din precipitații, fiind adevărate rezervoare de apă, care, alături de cea reținuta de vegetația forestieră, este apoi redată treptat naturii sub formă de izvoare.

Reciclarea vegetației ierboase menține o fertilitate ridicată a solului. Terenurile aride nu mai conțin nutrienți care să poată susține ulterior un anumit tip de vegetație.

Pentru biosferă pajiștile reprezintă unul din biomurile fundamentale. Relevantă pentru procesul de schimbări climatice este capacitatea de stocare a carbonului din atmosferă..

În aceste timpuri, când agresiunea asupra sistemelor naturale este atât de intensă, rolul pajiștilor în menținerea peisajului este esențială. Scăderea în ultimii 10-15 ani cu aproximativ 50% a efectivelor de taurine și ovine, asociată cu numărul redus de persoane care locuiesc în zonele respective și cu schimbările din economie au accentuat fenomenul de abandon. Aceasta are ca efect transformarea în terenuri neproductive a unor mari suprafețe agricole, cu implicații negative atât asupra producției zootehnice cât și asupra biodiversității, eroziunii solului, poluării și respectiv asupra aspectului general peisagistic al zonelor respective.

Biodiversitatea ecosistemelor de pajiste

Ecosistemele de pajiște pot fi numite și arhive ale biodiversității. Diversitatea ecosistemelor/habitatelor naturale este completată de diversitatea remarcabilă a speciilor. Până în prezent au fost înregistrate 3795 de specii și subspecii de plante superioare (623 specii cultivate și 3136 specii spontane) (Ciocârlan, 2000), 1114 specii de briofite (mușchi), 8727 specii de fungi (ciuperci), peste 600 de specii de alge din care 35 marine. 37% din speciile de plante se regăsesc în habitatele de pajiști.

În ceea ce privește fauna, până în prezent au fost identificate un număr de 33.802 specii de animale, din care 33085 nevertebrate și 611 vertebrate. Dintre vertebrate, au fost identificate 103 specii de pești, 19 specii de amfibieni, 23 specii de reptile, 364 specii de păsări (din care 312 specii migratoare) si 102 specii de mamifere.

Bogația de specii a unui ecosistem de pajiște are efecte asupra productivității și stabilității ecosistemului. Studiul lui Hector et all. demonstrează ca odată cu pierderea diversității, scade productivitatea, constatându- se o relație directă între diversitatea speciilor și productivitate.

Măsurile stabilite pentru stoparea pierderii de biodiversitate se regăsesc în “Al 6-lea Program de Acțiune pentru Mediu” adoptat în 2002 de către Consiliul UE și au fost reafirmate la Consiliul European de Primăvară din martie 2005, prin adoptarea Strategiei de la Lisabona(Strategia Națională pentru Biodiversitate și Planul de Acțiune- București 2010)

Principalele amenințări în menținerea biodiversității pajiștilor:

drenarea pajiștilor umede și conversia în terenuri arabile sau pășuni,

împădurirea pajiștilor cu productivitate scăzută și a habitatelor de stepă, considerate impropriu de către autorități ca fiind terenuri „degradate”,

abandonarea pajiștilor și pășunilor, în special în zonele înalte, mai greu accesibile, care vor fi invadate de vegetația forestieră,

intensificarea investițiilor pentru dezvoltarea infrastructurii (transport auto),

extinderea și dezvoltarea așezărilor umane;fragmentarea habitatelor apare atunci când există aglomerări mari de locuințe dar și în cazul celor izolate, datorită construcției suplimentare de căi de acces și utilități,

speciile invazive,

schimbările climatice,

poluarea.

Speciile invazive pot cauza pierderi majore de biodiversitate, putând determina, în unele cazuri, eliminarea speciilor native ce ocupă aceeași nișă ecologică. Când speciile care dispar sunt de interes economic, pierderea de biodiversitate este însoțită și de pierderi economice substanțiale.

Prin creșterea temperaturii medii a aerului cu numai 30C până în anul 2070 conform prognozelor, peste 30 % din teritoriul țării va fi afectat de deșertificare și cca. 38% de aridizare accentuată, care vor îngloba toate câmpiile noastre, până la 85 % din zona de dealuri și aproape 20 % din zona premontană și montană joasă.

Datorită declinului constant al sectorului industrial după 1989 și a armonizării reglementărilor interne cu cele comunitare în ceea ce privește controlul poluării, poluarea a devenit o amenințare din ce în ce mai redusă, manifestându-se punctual, în apropierea unor zone industriale care sunt în curs de conformare cu standardele de mediu europene. În prezent există 358 de surse punctiforme semnificative de poluare a apelor și 255 zone vulnerabile la poluarea cu nitrați din surse agricole. (Strategia Națională pentru Biodiversitate și Planul de Acțiune- București 2010)

Bunuri si servicii :

Hrana

Biodiversitate

Stocarea carbonului

Turism si recreere

Apa potabila si apa pentru irigatii

Resurse genetice

Habitate salbatic

Indepartarea poluantilor si emisiilor de O2

Valoare estetica

Impactul azotului asupra ecosistemelor terestre

De-a lungul timpului, activitățile umane au modificat circuitul azotului în atmosferă. Aceasta schimbare adusă de oameni, are un impact destul de mare asupra ecosistemelor deoarece azotul este un element esențial pentru organisme și joacă un rol cheie în organizarea și funcționarea ecosistemelor din întreaga lume.

Majoritatea activităților umane cum ar fi cele industriale, arderea combustibililor fosili pentru automobile cât și producția de fertilizatori pe baza de azot pentru agricultură sunt principalii factori ce au dus la modificarea ciclului azotului în atmosferă. Mai mult de atât, activitățile umane nu doar au crescut cantitatea de azot ci au favorizat transportarea diverselor forme de azot (compuși) prin aer și apă.

Fertilizatori pe baza de azot

Fixarea industrială a azotului pentru folosirea fertilizatorilor cu azot se aproximează la 80 Tg pe an, fiind cel mai mare aport de azot adus ciclului de azot de omenire.

Acest proces, de creeare a fertilizatorilor a fost descoperit in Germania, în primul război mondial. Cantitatea de azot industrial aplicată culturilor între anii 1980-1990 a fost mai mare decât întreaga cantitate de fertilizatori aplicată înainte de acești ani in toata lumea.

Fertilizatorii industriali au fost folosiți mai mult în țările dezvoltate, până spre sfârșitul anului 1970. De indata ce folosirea acestora s-a stabilizat, a crescut în mod dramatic utilizarea lor în țările în curs de dezvoltare. Faptul că populația umană crește și odată cu ea crește și urbanizarea, a făcut ca fertilizatorii industriali pe baza de azot să fie folosiți în cantități mai mari pentru a produce hrana necesară vieții tuturor.

Culturile de plante fixatoare de azot

Aproximativ, o treime din suprafața totală a Pământului este folosită pentru păstorit și culturi agricole. Oamenii au înlocuit suprafețe mari de culturi cu monoculturi de fasole, mazăre și alte leguminoase, deoarece acestea suportă în simbioză fixatorii de azot și cresc rata fixării de azot de pe suprafețele respective. Cantitatea de azot fixată de culturi este estimată undeva la 40 Tg / an.

Arderea combustibililor fosili

Arderea combustibililor cum ar fi cărbunii sau uleiurile, eliberează în atmosferă azot sub forma oxidului nitric. Combustia la temperaturi foarte mari, fixează direct o mică parte a azotului atmosferic. Împreună fabricile, uzinele, diversele instalații industriale eliberează în atmosfera 20 Tg de azot fixat pe an.

Mobilizarea azotului biologic

Pe lângă fixarea azotului și eliberarea acestuia din rezervoarele geologice, activitățile umane eliberează azot din rezervele biologice cum ar fi materia organică din sol, trunchiuri de copaci, contribuind astfel la proliferarea azotului biologic valabil. Arderea pădurilor, arderea combustibililor pe baza de lemn și arderea pajiștilor duce la emiterea în total 40 Tg de azot pe an. Astfel se ajunge la depozitarea a aproximativ 140 Tg de azot nou pe suprafețele ecosistemelor terestre în fiecare an, la fel de mult ca azotul fixat natural de către organisme în ecosisteme.

Este corect sa se concluzioneze faptul ca principalul factor care scade si mareste aporturile de azot din sistemle socio- economice este omul.

Cantitatea de azot aflată în surplus, nu este împărțită în mod egal pe suprafața Pământului. Unele zone, cum ar fi partea de nord a Europei, sunt profund afectate în timp ce regiuni din Emisfera sudica primesc foarte puțin din inputul de azot creat de oameni. Nici o zona nu rămâne totuși neafectată.

Aceasta creștere de azot fixat circulă în întreaga lume și ajunge pe suprafețe prin depuneri umede sau uscate fiind ușor detectabilă, inclusiv în miezuri forate din Groenlanda.

Impactul azotului asupra atmosferei

Deși în pericolul emisiilor de gaze asupra atmosferei se acordă mai multă atenție dioxidului de carbon și diverșilor compuși de sulf, gazele de azot (oxidul de azot și amoniacul) au și ele un rol nefast asupra mediului.

Protoxidul de carbon este gazul care practic retransmite înapoi spre suprafața terestră o parte din căldura absorbită de la căldura radiantă. Acest lucru poate ridica temperatura cu 2-3 0 C.

Atunci când se ridică în stratosfera se pot declanșa reacții care diminuează și subțiază stratul de ozon stratosferic. N2 O face parte din categoria gazelor inerte în troposferă, dar nociv în stratosferă, din cauza efectului său catalitic în cadrul unor reacții fotochimice, ce dezvoltă radicali activi care atacă pătura de ozon.

După cum se știe, stratul de ozon este scutul nostru, al pământenilor, împotriva radiațiilor ultraviolete. Ozonul se formează prin acțiunea razelor solare asupra  oxigenului.

Ozonul la nivelul solului are efecte negative asupra sănătății umane, precum și a altor specii de plante și animale.

Oxidul de azot sau oxidul nitric, în prezența luminii solare și a oxigenului reacționează cu hidrocarburile provenite din arderile de combustibili și formează ozon, cea mai periculoasă componentă a smogului. 

Smogul este un amestec de ceață solidă sau lichidă și particule solide rezultate din poluarea industrială, în special oxizi de azot și compușii organici volatili. Acest amestec se formează cand umiditatea  este  crescută,  iar  condițiile  atmosferice  nu  împrăștie  emanațiile  poluante, ci din contra, permit acumularea lor lange langa surse. Smogul reduce vizibilitata naturala si irita ochii si caile respiratorii.

Oxidul nitric, împreună cu alți oxizi de azot și de sulf, poate fi transformat în atmosferă în acid azotic și acid sulfuric, care sunt componentele majore ale ploilor acide.

Se consideră astăzi că 80% din emisiile de oxid de azot din întreaga lume sunt generate de activitățile umane ( arderea de combustibili fosili– 20Tg/an, arderi de vegetație – 10Tg/an, și alte"surse dispersate" care vizează fabricarea de nailon, acid azotic sau alte produse industriale-5 până la 20Tg/an ).

Amoniacul provine din arderea biomasei rezultate din defrișări, fermentarea reziduurilor provenite de la animale, alte procese naturale și industriale.

Saturația ecosistemelor cu azot

Creșterea plantelor poate fi stimulată considerabil prin fertilizare cu azot. Când vegetația nu mai poate răspunde la completările ulterioare de azot, ecosistemul ajunge la o stare de saturatie de azot.

La un anumit moment, creșterea plantelor devine limitată din cauza lipsei altor resurse, cum ar fi fosfor, calciu, sau apă.

Compușii azotului se infiltrează cu ușurință în apele subterane sau sunt eliberați în atmosferă. În ultimele două decenii au fost observate concentrații ridicate de nitrați și nitriți în apele subterane și afectați copacii din perimetrele forestiere. În scurgerile din pânza freatică sunt antrenate minerale alcaline cum ar fi calciu, magneziu și potasiu care sunt vitale pentru creșterea plantelor. Totodată este favorizată apariția unor compuși de aluminiu toxici pentru rădăcinile copacilor sau microfauna acvatică.

Unele păduri au o capacitate foarte mare de a reține azot suplimentar, cresc din nou, în special cele care au fost supuse la exploatări intensive.

Există specialiști care susțin că, la nivel global, fie că este vorba de terenurile agricole, fie de păduri, nu există vreun argument solid care să susțină teza creșterii accelerate a depunerilor, cu atât mai mult să se declare că ar fi fost afectată productivitatea primară sau biodiversitatea; nu înseamnă că nu se poate produce o intensificare în viitor, pe măsură ce îngrășămintele de sinteză vor fi utilizate necorespunzător.

Impactul poluării mediului cu nitrați și nitriți

Distrugerea stratului de ozon – prin desfășurarea procesului de denitrificare, (dar și din cel de nitrificare) poate rezulta oxidul nitros N2O. Acesta contribuie la distrugerea stratului de ozon, ca urmare a fotolizei pe care o suferă sub acțiunea radiației UV, fiind astfel un “consumator” de O3, produsul final de reacție fiind HNO3 .

Poluarea apelor subterane – azotații sunt substanțe foarte ușor levigabile, putând astfel ajunge prin infiltrațiile apei de suprafață sau a apelor pluviale în stratul de apă freatică, uneori transportul acestora făcându-se la mare distanță, funcție de permeabilitatea solului, și impurificând sursele subterane de apă, făcându-le improprii consumului, ceea ce ridică probleme de tratare a apei sau de apelare la alte surse, ducând în final la creșterea prețului apei și posibila apariție în apă a unor noi poluanți (impurificare secundară).

Pierderile de biodiversitate – apar atât în apele eutrofizate dar și în zone natrurale sau seminaturale unde depunerile de azot suplimentare pot reduce numărul de specii. Există un potențial mare pentru modificări ecologice datorită creșterii ratei de depuneri de azot reactiv mai ales pentru faptul ca azotul este principalul factor limitant în ecosistemele naturale și semi-naturale. Azotul, fiind principalul factor limitant al producției de plante, adiția acestuia cauzează devieri în compoziția plantelor, pierderi de specii și schimbarea structurii ecosistemelor(Citare)

Scop si Obiective

Programul de Cercetare

Programul de cercetare propus a inceput in luna martie 2013 si s-a incheiat in luna februarie 2014. Pentru a atinge obiectivele si activitatile propuse, am selectat un sit de cercetare din judetul Giurgiu si anume Vadu Lat. Acest sit, conform datelor furnizate de EMEP(Proiectul European de Monitorizare și Evaluare) au fost observate intrari diferite de azot prin intermediul depunerilor atmosferice.

Selecția sitului s-a efectuat luând în calcul o serie de criterii pentru a putea exclude o serie de factori cu impact potențial asupra fluxurilor de depuneri atmosferice și a circuitului azotului din sol (ICP Forests 2010). Aceste criterii cuprind:

zone reprezentate de același tip de sistem ecologic, respectiv ecosistem de pajiște;

zonele trebuie să fie neimpactate de practici agricole (nu se practică și nu s-a practicat agricultură în ultimii 10 ani);

impact antropic minim;

distanță minimă față de căile de transport (sursă de praf): 50 m;

distanță față de zone de creștere a animalelor (emisii locale de amoniac);

suprafața se recomandă a avea pantă minimă, pentru a asigura o distribuție omogenă la nivelul siturilor a depunerilor atmosferice;

suprafață minimă: 300 m2 pentru a asigura o zonă reprezentativă pentru scopul propus.

pedologie relativ omogenă.

Pentru prelevarea probelor de sol, s-a stabilit un transect linear in 5 puncte notate de la 1 la 5 ( ex. VL1, VL2.) pentru a asigura reprezentativitatea datelor pentru întreaga suprafață de studiu. Pentru a surprinde modificari ale circuitului bio-geo-chimic al azotului, am stabilit frecventa de monitorizare lunar.

Pentru a masura depunerile atmosferice, au fost instalate dispositive care capteaza precipitatii si aerosoli.

Caracterizarea generală a sitului selectat pentru cercetare

Situl Vadu Lat, este amplasat la nivelul bazinului hidrografic al raului Neaslov. Campul Neajlov este situate la vest de lunca joasa a Argesului. Aceasta constituie o unitate geomorfologica mai veche si mai inalta, antrenata mai putin in miscarile de afundare.

Cotele maxime ale terenului sunt in jur de 100- 120 m, iar panta longitudinala medie este de ordinal a 1,50/00> practic egala cu a luncii din stanga Argesului.

Relieful este fluvial, de campie cu formele caracteristice tipului de relief: Campia Burdea, albia minora a Argesului, grinduri ingemanate centrale, albia minora a Subarului.

Pachetele de roci moi au la baza pietrisuri si nisipuri, peste care se succed argile si marne, apoi pietrisuri si nisipuri mai noi la 5-10 m adancite, iar la suprafata depozide loessoide galbui pe care sunt formate solurile actuale.

Solul este format recent in centru Campiei Romane, avand areale zonale pe campul vestic si in lunca centrala.Acesta este dezvoltat pe roci moi, friabile (loessuri aluvionare).

Fertilitatea solurilor si relieful plan au favorizat folosirea agricola a majoritatii terenurilor.

Clima este caracterizata prin veri foarte calde, cu cantitati medii de precipitatii, care cad in general sub forma de averse si ierni reci. Cele mai mari cantitati de precipitatii cad in sezonul cald.

Programul de studiu

Parametrii monitorizati la nivelul compartimentului reprezentat de sol au fost:

pH-ul;

Concentratiile de azot amoniacal (N-NH4+);

Concentratiile de azot din azotat (N-NO3-);

Concentratiile de azot din azotit (N-NO2-);

Pe langa acesti parametrii, a fost estimat potentialul de mineralizare in situ dar si in laborator.

Probele de depuneri totale au fost masurate volumetric si prelevate in flacoane HDPE de 250 ml, au fost tinute la temperature scazuta pana s-a ajuns in laborator (5 ore), apoi s-au filtrate si analizele s-au realizat pe filtrate si nefiltrat, 24 de ore de la prelevare.

Probele de material biologic, dupa spalare si etalarea pe hartie, au fost lasate la uscat dupa identificare.

Probele de material biologic au fost spalate si etalate pe hartia iar apoi au fost lasate la uscat dupa identificare.

Probele de sol au fost colectate din teren, realizandu-se studii pentru stabilirea ratei procesului de mineralizare. Colectarea s-a facut cu ajutoarul flacoanelor sterile care au fost umplute si inchise cu capac si au fost lasate in teren in aceleasi conditii de temperatura pentru a se desfasura procesul de mineralizare in regim natural sistemului analizat. Recoltarea acestora a fost facuta la urmatoarea deplasare.

Metode utilizate in laborator

Determinarea pH-ului probelor de sol s-a efectuat in incinta laboratorului, in ziua prelevarii prin realizarea unei suspensii cu apa distilata in care s-a imersat electrodul pH-metrului de laborator WTW 3000.

Probele de sol au fost cantarite cu o balanta anaitica iar apoi au fost introduce in cuptorul de calcinare. Temperatura a crescut in trepta pana a ajuns la 550o C, s-a mentinut timp de 4 ore la aceasta temperature iar apoi s-a racit treptat. Dupa atingerea temperaturii camerei in exicator, creuzetele au fost din nou cantarite, iar fractia de materie organica din sol a fost determinata cu ajutorul unei relatii.

Pentru determinarea umiditatii probei de sol, din aceasta se cantaresc la balanta analitica aproximativ 10.00 g intr-un vas Petri si se noteaza greutatea initiala a vasului si greutatea vasului cu proba. Vasul Petri cu proba se tine la etuva 1050C timp de 24 h si se cantareste din nou dupa acest interval. Diferenta dintre proba umeda si cea uscata se raporteaza la greutatea umeda de sol luat in lucru si se obtine astfel umiditatea in procente.

Determinarea continutului speciilor de azot al probelor a fost facuta prin metode spectofotometrice, bazate pe legea Lambert-Beer. Pentru obtinerea solutiilor utilizate in determinarile spectofotometrice ale formelor de azot este necesara extractia acestora in laborator. Extractia s-a realizat in aceeasi zi in care s-au prelevat probele, cu solutii de electroliti care contin specii chimice cu care compusii de analizat ce sunt adsorbiti pe particulele de sol pot face schimb ionic.

Determinarea azotului amoniacal – N-NH4+

Una dintre cele mai utilizate metode spectrofotometrice de determinare a azotului amoniacal este cea care se bazeaza pe obtinerea unui compus asemanator indofenolului(Berthelot,1859, Postolache. 2012), respectiv pe reactia catalizata dintre ionul amoniu cu un compus fenolic si un agent donor de clor, la pH bazic.

Determinarea azotatului – N-NO3-

Pentru a determina azotul din azotat s-a folosit metoda spectrofotometrica care se bazeaza pe procedura cu acid fenoldisulfonic. Metoda presupune nitrarea acidului salicilic la pH acid, compusul rezultat obtinut fiind de culoare galbena in mediu bazic.

Determinarea azotitului – N-NO2-

Metoda spectrofotometrica utilizata pentru determinare are la baza formarea unei sari de diazoniu in mediu acid, in urma reactiei ionului azotit din proba cu o amina aromatica(sulfanilamida).

Determinarea azotului organic din probele de depuneri

Azotul organic se poate estima prin efectuarea diferenței dintre azotul total și azotul anorganic (suma concentrațiilor speciilor de azotat, azotit și amoniu). Cantitatea de azot total dintr-o probă se poate obține prin oxidarea completă (până la azotat) a tuturor formelor de azot prezente.

Analiza speciilor anorganice și organice ale azotului din probele de sol se efectuează pe soluțiile obținute după extracția lor din matricea solidă, utilizând metodele specifice fiecărui compus în parte, ca pentru probele de apă.

Estimarea potentialului de mineralizare

Pentru determinarea potențialului de mineralizare, se efectuază raportul diferenței dintre cantitatea de amoniu final și cel inițial la perioada de timp de incubare. Evaluarea potențialului de mineralizare presupune crearea unor condiții optime de desfășurare a acestor procese de descompunere a materiei organice în compuși minerali. Astfel, pentru ca activitatea microbiană să atingă un potențial maxim este necesară menținerea pe o durată de timp suficientă pentru epuizarea conținutului organic în mediu anaerob și ferit de lumină, fiind importantă și temperatura optimă pentru creșterea microorganismelor (≈37°-40°C)

Experimentul de adiție a azotului ca instrument de investigare a impactului depunerilor de azot

Numeroase studii experimentale au fost efectuate pentru a observa și a explica mecanismele de răspuns al sistemelor terestre în condițiile surplusului de azot reactiv. Experimentele necesare observării răspunsurilor trebuie să îndeplinescă o serie de criterii în funcție de scopurile urmărite (mecanisme de răspuns, competitivitate pentru resursele limitate ale unor nutrienți etc.). Astfel, în funcție de aceste criterii (cum sunt forma și substanțele utilizate, frecvența și durata adițiilor, scara spațială sau interacția cu activități de manageriere) se pot elabora analizele datelor obținute. Majoritatea studiilor au urmărit răspunsurile la nivelul solului și a componentei biotice reprezentate de organismele vegetale, dar au fost efectuate și o serie de experimente care au vizat fauna solului. Murray et al. (2006) au semnalat reducerea efectivelor populațiilor de nematode în urma adiției azotului și a carbonatului de calciu. Guo-Liang et al. (2007) au constatat că în sistemele sub-tropicale adițiile mai scăzute de azot au efecte pozitive (creștere a faunei din sol) asupra sistemelor tratate, fertilizările cu concentrații mai mari de 10g N/m2/an prezentând scăderi ale diversității faunale din sol.

Importanța rezultatelor în urma efectuării acestor studii prezintă cel puțin două surse de cunoștințe:

stabilirea unor relații cauzale între depunerile atmosferice de azot și formele de impact negativ determinate

oferă posibilitatea unor scenarii asupra efectelor depunerilor ulterioare de azot asupra sistemelor ecologice, prin extrapolarea rezultatelor în cadrul aceluiași tip de sistem sau la nivelul unor scări de timp mai mari (Cunha et al., 2002), relevante din punct de vedere ecologic.

Programul individual de cercetare a fost completat cu un studiu de adiție experimentală pentru a evidenția răspunsuri ale compartimentelor biodiversității sistemelor ecologice de tip pajiște. Astfel, a fost selectat situl Vadu Lat, și s-au efectuat 5 fertilizări în perioada mai-septembrie 2013 cu două niveluri diferite ale adiției, de 5, respectiv 10 g N/m2/an. Aceste nivele relativ ridicate ale ratei de depunere s-au stabilit luând în considerare că sistemele cercetate au un substrat (sol) calcaros, care poate absorbi efectele de acidifiere. Este de asemenea de așteptat ca cele mai decelabile răspunsuri să fie cele privitoare la comunitatea de microorganisme și a distribuției și concentrațiilor speciilor chimice de azot din sol. În acest scop a fost stabilită și o zonă de referință (în care s-a „fertilizat” cu apă distilată pentru a substitui regimul hidrologic determinat de fertilizarea cu soluții). Pentru sistemul selectat a fost stabilit un total de 3 ploturi cu aria de 2 m2 din care s-au prelevat câte 3 probe pentru analize. De asemenea s-au urmărit și în acest caz potențialul și rata procesului de mineralizare, aspectele referitoare la grupele de microorganisme și a covorului vegetal precum și parametrii fizico-chimici.

Rezultate si Discutii

Dinamica umidității, pH-ului și substanței organice la nivelul zoneior monitorizate

Conținutul de apă din sol reflectă interacția dintre cantitatea de precipitații și structura fizică a solului (gradul de porozitate și granulometria acestuia), gradului de acoperire al covorului vegetal, precum și intensitatea procesului de evaporare.

Pe o perioada de un an, s-a studiat dinamica-spatio temporala a umiditatii solului din zona Vadu Lat. Pe durata sezonului cald s-au inregistrat valori foarte scazute ale umiditatii. Acest lucru se datoareaza covorului vegetal dens si particularitatilor structurale ale solului. Cea mai mare valoare apare la finalul sezonului rece, datorita topirii zapezilor.

Figura 1. Dinamica spatio-temporala a umiditatii solurilor % la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul Martie 2013-Februarie 2014

Prin noțiunea de pH se exprimă cantitativ aciditatea (sau bazicitatea) unei substanțe, pe baza concentrației ionilor numiți hidroniu H3O+. Dinamica spatio-temporala a ph-ului ne ofera informatii cu privirea la fluctuatia sezoniera pentru statia Vadu Lat. Ph-ul pentru aceasta zona are valori mici. Continutul de materie organica este ridicat si prezenta in cantitate mare a acizilor humici duce la un proces de descompunere mai intesc iar acest lucru scade valoare ph-ul cea mai mica valoare avand-o in mijlocul verii.

Figura.2 Dinamica spatio-temporala a pH-ului solului la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul martie 2013- februarie 2014

In ceea ce priveste variatiile temporale si spatiale ale continutului de substanta organica din sol, putem observa mici diferente ale dinamicii si valorilor pentru zona Vadu Lat. Se poate observa faptul ca aceasta zona se remarca printr-o cantitate de substanta organica mare la finalul sezonului rece, dar relativ mica in restul anului cu o medie aproximativa de 11%. Acest lucru se datoreaza faptului ca rata procesului de mineralizare este mica si din cauza efectivelor reduse ale populatiilor de amonificatori din acest interval.

Figura. 3 Dinamica spatio – temporala a materiei organice din sol (%) la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul martie 2013-februarie 2014

Continutul de amoniu reflecta incarcarea solului cu materie organica. In statia Vadu Lat se poate observa variatia azotului amoniacal, cu valori ridicate in lunile mai iunie si septembrie, luni in care precipitaiile au fost abuntente si astfel s-a marit continutul de apa din sol. In restul lunilor valorile au evoluat aproape constant.

Figura 4. Dinamica spatio-temporala a continutului de azot amoniacal la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul marie 2013-februarie 2014

Umiditatea solului in perioada aprilie-mai a fost crescuta datorita precipitatiilor abundente, acest lucru determinand neoxigenarea corespunzatoare a solului. Solul nefiind oxigenat, s-a realizat o acumulare de azot.In restul lunilor, continutul de azot prezinta fluctuatii reduse.

Figura 5. Dinamica spatio- temporala a continutului de azotit la nivelul statie Vadu Lat in intervalul martie 2013-februarie 2014

Azotatul reprezinta specia azotului anorganic. In zona Vadu Lat putem observa fluctuatii destul de mari pe perioada martie 2013- februarie 2014. Se poate observa faptul ca cele mai mari valori ale azotatului le gasim in lunile Iunie si August. Acest lucru poate fi explicat printr-o activitate mai redusa a microorganismelor denitrificatoare, datorita faptului ca ele sunt scazute in acest ecosistem. Valorile mici de azot din azotat pentru lunile martie, mai, septembrie pot fi explicate de succesiunea covorului vegetal si implicit preluarea azotului de catre organismele vegetale. Covorul vegetal prefera asimilarea formei reduse de azot datorita consumului energetic mai redus afferent asimilarii azotului sub aceasta forma.

Figura 6. Dinamica spatio-temporala a continutului de azotat la nivelul statiei Vadu Lat in perioada Martie 2013- Februarie 2014

Dinamica ph-ului si substantei organice la nivelul plotului studiat

Valorile ph-ului prezinta fluctuatii mici. Pe masura ce cantitatea de azot aditionat creste, putem observa o scadere usoara la la Vo la V10.

Figura 7. Dinamica spatio-temporala a pH-lui solului din sol la niveul plotului fertilizat : Vadu Lat in intervalul martie 2013- februarie 2014

Continutul de substanta organica prezinta o scadere la nivelul ploturilor fertilizate in timp. Plotul a fost fertilizat doar 5 luni din aceasta perioada. Continutul de substanta organica a scazut in statia Vadu Lat, chiar si dupa programul de fertilizare si sugereaza faptul ca excesul de azot reactiv a determinat o crestere a procesului de descompunere ca urmare a abundentei azotului in compusi usor de asimilat de covorul vegetal.Se poate observa cum continutul de substanta organica a avut fluctuatii usoare, cu media de 8.25%(V0) la 6.43%(V10).

Scăderea conținutului de materie organică, implicit a capacității de sechestrare a carbonului este un efect recunoscut în comunitatea științifică, numeroase studii evidențiind efectul negativ al depunerilor de azot asupra acestui serviciu realizat de către sistemele terestre cu un istoric de depuneri scăzute de azot.

Figura 8.Dinamica spatio-temporala a materiei organice din sol (%) la niveul plotului fertilizat : Vadu Lat in intervalul martie 2013- februarie 2014

Succesiunea covorului vegetal aferenta lunilor august si mai, determina o scadere semnificativa a azotului amoniacal din sol. Se observa o tendinta de acumulare temporara a azotului amoniacal pe durata programului de fertilizare, de asemeana mai accentuate pentru fertilizarea cu un total de 100kg N/ha/an. Desi in luna decembrie valorile concentratiilor sunt minime, se constata o crestere mai mare pentru zona fertilizata mai intens,ceea ce sugereaza un impact semnificativ al fertilizării cu un conținut mai mare de azot asupra conținutului de azot amoniacal.

Figura 9 Dinamica spatio-temporala a continutului de azot amoniacal la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul marie 2013-februarie 2014

Pentru ploturile fertilizate, dinamica spațio-temporală este similară, cu mențiunea că nivelul concentrațiilor este corelat cu cantitatea de azot adiționat, respectiv valorile sunt mai mari pentru fertilizarea cu 50 kg N/ha/an comparativ cu zona de referință, iar cele mai mari concentrații sunt pentru fertilizarea maximă.

Se poate afirma că nivelul acumulării este corelat direct cu diferențele nivelurilor de fertilizare, respectiv pentru plotul V10, acesta este aproape dublu comparativ cu plotul V0..

Figura 10. Dinamica spatio-temporala a continutului de azotat la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul marie 2013-februarie 2014

Mineralizarea

Transformarea compusilor organici in compusi anorganici, mediate de microorganism reprezinta procesul de mineralizare.

Pentru a estima rata de desfasurare a acestui proces s-a luat o proba prelevata pentru analiza care s-a incubat in teren intr-un flacon steril pentru realizarea procesului in conditiile natural ale sistemelor analizate.

Pentru determinarea vitezei procesului, s-a facut diferenta dintre speciile de azot anorganic dupa incubarea din teren si incubuarea la momentul initial de prelevare.

Pentru determinarea vitezei procesului de mineralizare, diferenta dintre speciile de azot dupa incubare si initiala s-a raporat la durata de timp exprimata in zile.

Din rezultatele obtinute, putem observa cum procesul de mineralizare este unul intens datorita substratului organic bogat. Valorile cele mai mari se prezinta pe perioada verii unde putem vedea importanta regimului termic care influenteaza desfasurarea procesului de mineralizare.

Figura 11. Dinamica spati-temporala a mineralizarii in situ din sol la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul martie 2013-ianuarie 2014

Probele studiate, au fost supuse unor conditii optime de realizare a procesului prin incubarea in conditii anoxice la 37 grade celcius timp de 2 saptamani, timp in care s-a realizat mineralizarea completa a materiei organice, Pentru a afla rata procesului de mineralizare, s-a raportat diferenta dintre azotul amoniacal final si cel initial la perioada de incubare. Rezultatul reflecta capacitatea maxima a comunitatilor microbiene de realizare a mineralizarii. Precum si gradul de incarcare cu substrat organic al solurilor analizate. Din aceste date, putem observa o variatie sezoniera a acestui potential.Se mai poate observa ca la nivelul statiei Vadu Lat, substratul organic este foarte bogat si astfel se explica valoare ridicata in luna august.

Figura12.Dinamica spatio-temporala a potentialului de mineralizare din sol la nivelul statiei Vadu Lat in intervalul martie 2013-februarie 2014