Οργανική ουσία εδάφους

Περιεχόμενα

1 Γενικές πληροφορίες - Ορισμοί
2 Οργανικά συστατικά εδάφους
3 Αποδόμηση των οργανικών συστατικών
4 Xoύμος
5 Παράγοντες αποσύνθεσης οργανικής ουσίας
6 Πλεονεκτήματα οργανικής ουσίας
7 Σχετικές σελίδες
8 Βιβλιογραφία

Γενικές πληροφορίες - Ορισμοί

Στα στερεά συστατικά του εδάφους περιλαμβάνονται και τα οργανικά υλικά, τα οποία, σ' ένα μέσης σύστασης έδαφος, καταλαμβάνουν το 5% του όγκου του. Τα οργανικά συστατικά προέρχονται από πρόσφατα υπολείμματα φυτών και ζώων, περιλαμβάνουν όμως και όλους τους ζωντανούς μικροοργανισμούς του εδάφους, οι οποίοι αποσυνθέτουν τα υπολείμματα στα συστατικά τους, καθώς και υπολείμματα από προϊόντα χημικών διασπάσεων, αλλά και συνθέσεων, νέων ενώσεων, που αποτελούν τον καλούμενο χούμο. Η χημική σύσταση της οργανικής ουσίας του εδάφους εξαρτάται επομένως από τη σύνθεση των φυτών, των μικροοργανισμών και των ζώων, από τα οποία προέρχεται. Η ξηράουσία των φυτών, που είναι περίπου 25% του βάρους τους (το υπόλοιπο είναι νερό), αποτελείται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο (το 90% αυτής). Επίσης αποτελείται από άζωτο, θείο, ασβέστιο, φώσφορο, κάλιο και πολλά άλλα στοιχεία.

Ο άνθρακας είναι το κυριότερο συστατικό της οργανικής ουσίας, εμφανίζεται μάλιστα σε ποσά που ποσοστιαία έχουν τιμές 45% έως 50%. Τα στοιχεία, που βρίσκονται στην οργανική ουσία, υπάρχουν σε πολύπλοκες ενώσεις, που αποτελούν συστατικά της, και οι οποίες παράγονται από τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα με την επίδραση χημικών, βιολογικών και φυσικών παραγόντων. Συνήθως τα ορυκτά (ανόργανα) εδάφη, που είναι και η συντριπτική πλειοψηφία των εδαφών, έχουν περιεκτικότητα σε οργανική ουσία 1% - 6% (και συνήθως τα ελληνικά εδάφη έως 2%) ενώ στα οργανικά (τυρφώδη) εδάφη είναι μεγαλύτερη από 15% -20% έως και περισσότερο από 45%. Το ποσό της οργανικής ύλης του εδάφους είναι συνάρτηση του οικολογικού περιβάλλοντος, δεδομένου ότι αυτό προσδιορίζει το ρυθμό της πρόσθεσης και αποσύνθεσης των υλικών, που την αποτελούν. Η αποσύνθεση των υπολειμμάτων (φυτικών και ζωικών) και η παραγωγή τελικά οργανικής ουσίας επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το κλίμα. Σε υγρά κλίματα υπάρχει μεγάλη παραγωγή οργανικής ουσίας ενώ σε ξηρά κλίματα μικρή. Η οργανική ύλη είναι, μετά την άργιλο, το σημαντικότερο συστατικό από άποψη ενεργότητας. Είναι πιο δραστική και επιδρά περισσότερο από την άργιλο στη θετική συμπεριφορά του εδάφους ως φυσικού πόρου. Επηρεάζει γενικά τις φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες των εδαφών καθώς και την παραγωγικότητα τους. Μεταξύ των χρήσιμων επιδράσεων είναι ότι αποτελεί την κυριότερη πηγή αζώτου αλλά και άλλων στοιχείων, όπως διαθέσιμου φωσφόρου, ενώ παράλληλα αυξάνει την ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων ενός εδάφους και βελτιώνει τη δομή του.

Οργανικά συστατικά εδάφους

Από τα αναφερθέντα στην προηγούμενη παράγραφο φαίνεται ότι η οργανική ύλη του εδάφους αποτελείται ως προς το είδος των συστατικών από πρόσφατα υπολείμματα φυτών και ζώων, αλλά και σε κάποιο αρχικό στάδιο αποσύνθεσης, ζώντες μικροοργανισμούς και από τον χούμο.

Η σύσταση της οργανικής ουσίας από άποψη χημικής σύστασης αποτελείται από ενώσεις γνωστής χημικής συνθέσεως, όπως υδατάνθρακες (άμυλο, σάκχαρα, κυτταρίνη), πρωτεϊνες, οργανικά οξέα, λίπη οι οποίες συνολικά αποτελούν 10% -15% της οργανικής ουσίας, και από ενώσεις που συνιστούν τον χούμο, οι οποίες εμφανίζουν δυσκολία στην ταξινόμηση τους σε κάποια ομάδα ενώσεων της οργανικής χημείας και ποσοστιαία αντιπροσωπεύουν 85% - 90% της οργανικής ουσίας του εδάφους.

Οργανισμοί του εδάφους

Οι οργανισμοί του εδάφους αποτελούνται από βακτήρια, μύκητες, ακτινομύκητες, φύκη, λειχήνες, που ανήκουν στην χλώριδα του εδάφους, αλλά και από είδη που ανήκουν στην πανίδα του εδάφους όπως γαιοσκώληκες (earthowrms), τερμίτες (termites), μυρμήγκια (ants).

Βακτήρια: Τα βακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, έχουν σχήμα συνήθως ραβδόμορφο, σπανιότερο, σφαιροειδές, και μέγεθος μικρότερο του 1 - 10m (συνηθέστερο έως 5m). Είναι το πολυπληθέστερο είδος οργανισμών στο έδαφος. Στην βιβλιογραφία αναφέρεται ότι ένα γραμμάριο εδάφους μπορεί να περιέχει από 1 - 4 δισεκατομμύρια βακτήρια. Το βάρος τους μπορεί να φθάσει, για έκταση ενός στρέμματος και βάθος 20cm, τα 130Kg, ενώ γενικά αντιπροσωπεύει το 0,05% του ξηρού βάρους του εδάφους. Τα βακτήρια αποτελούνται από 80% νερό, 10% άνθρακα και 2% άζωτο.

Τα βακτήρια ταξινομούνται ανάλογα:

Με την μέθοδο λήψης τροφής και ενέργειας (ετερότροφα, αυτότροφα). Συνηθέστερα είναι τα ετερότροφα με πηγή τροφής (άνθρακα) και ενέργειας την οργανική ουσία. Τα αυτότροφα έχουν πηγή άνθρακα το CO₂ και ενέργειας την οξείδωση ανόργανων στοιχείων ή ενώσεων. Τα βακτήρια που χρησιμοποιούν την ενέργεια οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, ονομάζονται χημοσυνθετικά, ενώ αυτά που χρησιμοποιούν το φώς για ενέργεια φωτοσυνθετικά. Στα αυτότροφα χημοσυνθετικά ανήκουν τα νιτροβακτήρια (nitrozomonas και nitrobacter), που οξειδώνουν το αμμωνιακό άζωτο, που παράγεται κατά την διάσπαση των πρωτεϊνών σε νιτρώδη και νιτρικά. Η διαδικασία είναι γνωστή ως νιτροποίηση. Στα ετερότροφα βακτήρια ανήκουν οι δεσμευτές αζώτου, που ανάγουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνιακό και το δεσμεύουν υπό οργανική μορφή (αμινοξέα) αλλά και βακτήρια, εκέινα τσα οποία είναι τα πιο διαδεδομένα, που δεν δεσμεύουν άζωτο, αλλά απαιτούν δεσμευμένο άζωτο. Αυτά κυρίως θεωρούνται υπεύθυνα για την αποσύνθεση της οργανικής ουσίας.

Με την ύπαρξη ή όχι συμβίωσης με φυτά (συμβιωτικά και μη συμβιωτικά). Οι δεσμευτές αζώτου, ετερότροφα βακτήρια, μπορούν να ζούν ελεύθερα ή συμβιωτικά με ορισμένα φυτά (ψυχανθή, όπως φασόλια, μπιζέλια, κ.α.). Τα τελευταία, κυρίως είδη του Rhyzobium sp., δημιουργούν φυματία (εξογκώματα) στις ρίζες τους εντός των οποίων γίνεται η δέσμευση και η μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου.

Με τις απαιτήσεις σε οξυγόνο (αερόβια, αναερόβια κυρίως σαπροφυτικά, που διατρέφονται δηλαδή από τα υπολείμματα φυτών και ζώων). Τα μη συμβιωτικά βακτήρια, που ζουν ελεύθερα, περιλαμβάνουν αναερόβια και αερόβια (όπως το azotobacter) είδη. Επίσης σε αερόβια και αναερόβια διακρίνονται και τα βακτήρια που δεν δεσμεύουν άζωτο. Η θερομκρασία, η υγρασία, ο αερισμός, η οξύτητα καθώς και οι άλλες συνθήκες του εδάφους επηρεάζουν την ανάπτυξη και δραστηριότητα των βακτηρίων. Γενικά περισσότερα βρίσκουμε στα γόνιμα εδάφη ενώ αυξάνονται πολύ γρήγορα όταν υπάρχουν επίσης αρκετά οργανικά συστατικά. Έχουν τις ίδιες απαιτήσεις με αυτές των καλλιεργειών όσον αφορά στην υγρασία (δηλαδή έδαφος στην υδατοϊκανότητα), ενώ σε θερμοκρασία οι τιμές μεταξύ 19^oC και 37^oC και σε pH οι τιμές μεταξύ 6 και 8 θεωρούνται ικανοποιητικές. Ως τροφή είναι δυνατόν να χρησιμοποιούν τις εύκολα αποσυντιθέμενες οργανικές ουσίες.

Μύκητες: Είναι μονοκύτταροι και πολυκύτταροι οργανισμοί και σχηματίζουν μυκήλιο κατά την αποσύνθεση ορισμένων υλικών. Είναι πάντοτε ετερότροφοι αερόβιοι, πολλοί ενώ ζούν συμβιωτικά με τις ρίζες (μυκόρριζα) διαφόρων φυτικών ειδών. Οι ρίζες μεταβιβάζουν ουσίες στους μύκητες και οι υφές των μυκήτων βοηθούν τις ρίζες να απορροφήσουν θρεπτικά στοιχεία και νερό. Οι μύκητες διασπουν την οργανική ουσία και προμηθεύονται άνθρακα και ενέργεια (αφού στερούνται χλωροφύλλης) από τις κυτταρίνες, που απαντώνται ως συστατικό ξύλου, τις πηκτίνες, τις ημικυττερίνες, την κερατίνη και τη λιγνίνη. Τα πολυμερή μόρια αυτών των ενώσεων διασπώνται σε μικρότερα μόρια λόγω της έκχυσης ενζύμων από τους μύκητες. Επισής δρούν ως συστατικά, που βοηθούν στο σχηματισμό σταθερών στο νερό εδαφικών συσσωματωμάτων. Στους μύκητες ανήκουν οι ζύμες, οι βασιδιομύκητες και οι εύρωτες (με γνωστούς εκπροσώπους τα γένη Penicillium, Fusarium, Mucor, Aspergillus), που είναι εξ ίσου σημαντικοί, όσο και τα βακτήρια. Η δραστηριότητα τους και ο πληθυσμός τους αυξάνει στην επιφάνεια του εδάφους, όπου αφθονούν τα συστατικά της οργανικής ουσίας που χρειάζονται, αλλά και οπουδήποτε υπάρχει καλός αερισμός. Εμφανίζονται λιγότερο απαιτητικοί σε σχέση με τα αυξημένα ποσοστά υγρασίας, που θέλουν τα βακτήρια, ενώ απαιτούν περισσότερο όξινο περιβάλλον. Ιδιαίτερα δε σε χαμηλά pH η σημασία τους είναι μεγαλύτερη, γιατί μειώνεται σημαντικά η δραστηριότητα των βακτηρίων.

Ακτινομύκητες: Σχετίζονται μορφολογικά και ταξινομικά με τους μύκητες και τα βακτήρια. Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί και φτιάχνουν μυκήλια (όμοια με τους μύκητες), πολλοί αναπαράγονται με σπόρους, οι οποίοι μοιάζουν με τα κελιά των βακτηρίων. Είναι κυρίως ετερότροφοι, αερόβιοι και σαπροφυτικοί. Βοηθούν τη διάσπαση των συστατικών της οργανικής ουσίας και κυρίως της κυτταρίνης, επιταχύνουν παράλληλα και τον αργό ρυθμό αποσύνθεσης οργανικών ουσιών απο τα βακτήρια. Δίνουν στο έδαφος χαρακτηριστική γαιώδη οσμή (ιδίως σε εδάφη που πρόσφατα οργώθηκαν, ή που είναι φρεσκοβρεγμένα) ενώ βοηθούν στην ανάπτυξη, όπως και οι μύκτητες, σταθερής δομής του εδάφους στο νερό. Σήμερα οι ακτινομύκητες είναι πολύ χρήσιμοι γιατί παράγουν μια σειρά χρήσιμων αντιβιοτικών, όπως streptomycin, terramycin, neomycin. Τέλος, πριν από είκοσι περίπου χρόνια βρέθηκε ότι έχουν συμβιωτική δράση με επτά τουλάχιστον οικογένειες φυτών (ενώ τα βακτήρια rhizobium μόνο με τα ψυχανθή) και ότι δεσμεύουν ατμοσφαιρικό άζωτο. Αναπτύσσονται σε ποικίλα καθεστώτα εδαφικής υγρασίας προτιμώντας κυρίως τα υγρά εδάφη. Είναι περισσότεροι στα θερμά εδάφη, ενώ δεν θέλουν όξινες συνθήκες (ικανοποιητική ανάπτυξη έως pH 6).

Φύκη: Τα εφοδιασμένα με χλωροφύλλη και επομένως ικανά να φωτοσυνθέτουν (αυτότροφοι οργανισμοί) μικροσκοπικά φυτά είναι τα φύκη. Ζούν στην επιφάνεια του εδάφους, ευνοούνται ακόμη περισσότερο σε συνθήκες υγρασίας και απαιτούν φώς. Δεν είναι τόσο σημαντικά ως διασπαστές της οργανικής ουσίας.

Ζωικοί εδαφικοί οργανισμοί - Ασπόνδυλα: Έχουν πολύ χρήσιμη δραστηριότητα, είναι αυτοί που τεμαχίζουν τα φυτικά μέρη και εκθέτουν οργανικές επιφάνειες, ώστε να δρουν πάνω τους οι εδαφικοί μικροοργανισμοί. Μετακινούν, εντός του εδάφους, τεμάχια και περιττώματα πλούσια σε βακτήρια προς όλες τις κατευθύνσεις. Γενικά δρουν προς το όφελος της ομογενοποίησης του εδαφικού σώματος. Ο πληθυσμός τους μειώνεται αισθητά από την επιφάνεια του εδάφους προς τα βαθύτερα στρώματα. Εδώ ανήκουν τα πρωτόζωα, (η απλούστερη ίσως μορφή πανίδας), τα αρθρόποδα (π.χ. τερμίτες), οι (γαιο-) σκώληκες, που περιλαμβάνουν και τους σημαντικούς νηματώδεις, οι οποίοι έχουν και επιβλαβή δράση για τις ρίζες των φυτών.

Εδαφικές ιδιότητες και οργανισμοί του εδάφους

Ιδιότητες όπως η εδαφική υγρασία, η θερμοκρασία του εδάφους, το pH, το πορώδες, ο αερισμός, τα άλατα, η έκθεση στο φώς - τον ήλιο και βέβαια το ποσοστό οργανικής ουσίας είναι οι σημαντικότερες εδαφικές ιδιότητες, που επηρεάζουν άμεσα ή έμμεσα τον πληθυσμό και την ένταση της δραστηριότητας των μικροοργανισμών του εδάφους. Επομένως κλιματικές συνθήκες και κυρίως η θερμοκρασία και η υγρασία, αλλά και το είδος και η κατάσταση της βλάστησης, είναι παράγοντες που επίσης επηρεάζουν το είδος και τον πληθυσμό αυτών.

Εδαφική υγρασία: Σημαντικό παράγοντα αποτελεί η εδαφική υγρασία, η οποία για να δημιουργήσει άριστες συνθήκες δραστηριότητας οργανισμών στο έδαφος, αλλά και αύξησης του πληθυσμού τους, πρέπει να βρίσκεται κοντά στην υδατοϊκανότητα. Ένα ποσοστό 80% της υδατοϊκανότητας θεωρείται ευνοϊκή τιμή (κοντά δηλαδή και στις απαιτήσιες των καλλιεργειών). Παράλληλα όμως να σημειωθεί ότι η αντοχή των μικροοργανισμών σε δυσμενείς συνθήκες υγρασίας είναι μεγάλη.

Θερμοκρασία: Οι άριστες συνθήκες θερμοκρασίας είναι αρκετά υψηλότερες από τις αντίστοιχες απαιτήσεις των καλλιεργειών, με αποτέλεσμα σε συνήθη εδαφοκλιματικά περιβάλλοντα οι μικροοργανισμοί να μην μπορούν να αναπτύξουν τη μέγιστη δραστηριότητα τους. Η πλειοψηφία των βακτηρίων και των ακτινομυκήττων θέλουν, για άριστη συμπριφορά, τιμές θερμοκρασίας μεταξύ 25 και 37^oC. Υπάρχουν και οργανισμοί όμως που αντέχουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και άλλοι σε πολύ υψηλές. Γενικά πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι οι βιολογικές αντιδράσεις αυξάνουν σε διπλάσιο ρυθμό καθώς αυξάνει η θερμοκρασία από 10 σε 20^oC.

pH του εδάφους: Η οξύτητα ή αλκαλικότητα του εδάφους αποτελεί σημαντική παράμετρο για την μικροβιακή δραστηριότητα του εδάφους. Από τα αναφερθέντα για τα βακτήρια και τους μύκητες είναι φανερό ότι ο λόγος του πληθυσμού των μυκήτων προς τον πληθυσμό των βακτηρίων (ή και ακτινομυκήτων) είναι μεγαλύτερος σε όξινα εδάφη παρά σε αλκαλικά. Εξετάζοντας συνολικά τους οργανισμούς του εδάφους μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι τιμές του pH γύρω στο 7 είναι ικανοποιητικές.

Πορώδες - αερισμός: Γενικά τα λεπτόκοκκα εδάφη θεωρούνται ευνοϊκότερα για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών σε σχέση με τα χονδρόκοκκα. Παράλληλα όμως απαιτούν ικανοποιητικό αερισμό ώστε να μπορέσουν να χρησιμοποιήσουν τα απαραίτητα στοιχεία: οξυγόνο (για τις οξειδωτικές διαδικασίες), διοξείδιο του άνθρακα (ως πηγή άνθρακα για τους αυτότροφους οργανσισμούς) και άζωτο για τους δεσμευτές του ατμοσφαιρικού αζώτου).

Όσα αναφέρθηκαν οδηγούν στην εφαρμογή ορισμένων μέτρων για να βελτιωθούν οι συνθήκες, που θα επιτρέψουν την αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας του εδάφους κατά τρόπο, που θα έχει θετική επίδραση στην παραγωγική συμπεριφορά μιας περιοχής. Μερικά από τα μέτρα αυτά είναι:

Διατήρηση του pH του εδάφους σε τιμές πάνω από 6 π.χ. με ασβέστωση).
Περιορισμός εδαφικών απολυμάνσεων και αποστειρώσεων.
Διατήρηση ποσοστού οργανικής ουσίας σε υψηλά επίπεδα.
Εμβολιασμός του εδάφους με τα επιθυμητά συμβιωτικά βακτήρια, για τις περιπτώσεις εκείνες που δεν υπήρχαν για πολλά χρόνια φυτά, τα οποία θα μπορούσαν να τα φιλοξενήσουν. Αξίζει να σημειωθεί ότι μερικά συμβιωτικά μπορεί να ζήσουν ακόμη και με απουσία τέτοιων ειδών ίσως και για δέκα χρόνια.
Αποφυγή ύπαρξης συνθηκών ξηρασίας, μόνιμης στάθμης νερού, υπερβολικής λίπανσης, συγκέντρωσης αλάτων.

Επιβλαβής δράση μικροοργανισμών

Αρκετά είδη των περιγραφέντων οργανισμών προκαλούν ασθένειες στις καλλιέργειες και παράλληλα δρουν ανταγωνιστικά ως προς αυτές στην πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων. Επιβλαβής επίσης δράση θεωρείται η απονιτροποίηση (αναγωγή νιτρικών και νιτρωδών σε αέριες μορφές αζώτου, οι οποίες φεύγουν προς την ατμόσφαιρα) καθώς και η παραγωγή τοξικών συστατικών, προϊόντων δηλαδή ατελούς αποσύνθεσης οργανικής ουσίας, τα οποία εμφανίζονται σε κακές εδαφικές συνθήκες.

Βακτήρια: Τα βακτήρια προκαλούν ασθένειες σε πολλά φυτικά είδη, αυτές οι ασθένειες είναι γνωστές με το γενικό όνομα βακτηριώσεις. Στο αμπέλι π.χ. βακτηριώσεις προκαλούνται κυρίως από τα βακτήρια Xanthomonas ampelina και Agrobacterium tumefaciens. Επιβλαβής θεωρείται και για τον άνθρωπο η δράση ορισμένων βακτηρίων, που υπάρχουν στα τρόφιμα (π.χ. σαλμονέλα).

Μύκητες: Οι μύκητες προκαλούν περισσότερες ασθένειες στα φυτά και σε διάφορα είδη της πανίδας του εδάφους. Στα πρωτόζωα για παράδειγμα οι μύκητες εισέρχονται εντός τους (ανάπτυξη μυκηλίου) και αφού καταφέρουν να τα αδρανοποιήσουν τα χρησιμοποιούν ως τροφή. Στους επικίνδυνους μύκητες ανήκουν και τα δηλητηριώδη μανιτάρια. Η δυνατότητα αυτή, που έχουν οι μικροοργανισμοί του εδάφους, να δρουν δηλαδή αρνητικά και όχι μόνο θετικά, στη γεωργική χρήση μιας περιοχής, πρέπει να λαμβάνεται πάντα υπόψη, ώστε να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στην διαμόρφωση συνθηκών, που θα ενισχύσουν τον ωφέλιμο μόνο ρόλο.

Μερικοί βασικοί κανόνες που πρέπει να εφαρμόζονται για τον περιορισμό της εξάπλωσης της επιβλαβούς δράσης των μικροοργανισμών είναι η χρησιμοποίηση υγιών φυτωρίων και ποικιλιών ανθεκτικών σε μύκητες ή βακτήρια, που απαντώνται στην εξεταζόμενη περιοχή. Επιπλέον η απολύμανση καλλιεργητικών εργαλείων και λοιπών μέσων, που έρχονται σε επαφή με τα φυτά και το έδαφος, η αποφυγή μεταφοράς εδάφους με επιβλαβείς μικροοργανισμούς, η καταστροφή (κάψιμο) φυτικών μερών ή και ολόκληρων των φυτών που έχουν προσβληθεί από μύκητες και ο έλεγχος του νερού άρδευσης.

Σύσταση υπολειμμάτων φυτών και ζώων

Η γνώση των συστατικών από τα οποία αποτελούνται τα νεκρά υπολείμματα των φυτών και των ζώων, που συνιστούν την πρώτη ύλη της οργανικής ουσίας, είναι βασική προϋπόθεση για την ευκολότερη κατανόηση της διαδικασίας μετατροπής αυτών των συστατικών και του τελικού σχηματισμού του χούμου. Νερό, οργανικά και ανόργανσα συστατικά αποτελούν το περιεχόμενο αλλά και τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτικών μερών (τα οποία είναι και ποσοστιαία πολύ περισσότερα από τα ζωικής προέλευσης υπολείμματα, καθώς επίσης και από τους νεκρούς οργανισμούς του εδάφους). Το περιεχόμενο των κυττάρων αποτελείται κυρίως από πρωτεϊνες (κυριότερο συστατικό του πρωτοπλάσματος), σάκχαρα και άμυλο (υδατάνθρακές. Επίσης εμφανίζονται και λίπη. Οι φυτικές πρωτεϊνες υδρολύονται στα αμινοξέα από τα οποία αποτελούνται. Στα κυτταρικά τοιχώματα υπάρχουν κυρίως κυτταρίνη (είναι το κυριότερο συστατικό, μοριακού βάρους 350.000 - 450.000, αποτελείται μάλιστα από ρίζες β, D-γλυκόζης ενωμένες με άτομα άνθρακα), ημικυτταρίνες, πηκτινικές ενώσεις (με έντονη την παρουσία στις ρίζες τους καρβοξυλικών ριζών) και η λιγνίνη, ένωση πολύπλοκης χημικής σύστασης, που έχει ως βάση αρωματικούς πυρήνες και που δεν είναι πάντα η ίδια στα διάφορα φυτικά είδη.

Η ποσοστιαία κατανομή των οργανικών συστατικών ποικίλλει. Ενδεικτικά αναφέρονται οι ακόλουθες τιμές:

απλά σάκχαρα και πολυσακχαρίτες 1 - 5%
κυτταρίνη 15 - 50%
ημικυτταρίνη 10 - 30%
λιγνίνη 10 - 30%
τανίνη, ρητίνες κήροι, λίπη κλπ. 1 - 8%
πρωτεϊνες 1 - 15%

Στα ανόργανα συστατικά ανήκουν ενώσεις των στοιχείων καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου, φωσφόρου, νατρίου, θείου, και σπανιότερα ενώσεις του αργιλίου και πυριτίου. Οι ενώσεις αυτές αποτελούν συνήθως μικρότερο ποσοστό από 1% του ξηρού βάρους της οργανικής ουσίας, συνιστούν δε την τέφρα που απομένει μετά την καύση της οργανικής ουσίας σε θερμοκρασία περίπου 55^oC.

Αποδόμηση των οργανικών συστατικών

Τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα, που συσσωρεύονται στο έδαφος, υφίστανται μια σειρά διαδικασιών οι οποίες συνιστούν την φάση της αποδόμησης της οργανικής ουσίας, της αποσύνθεσης δηλαδή των συστατικών. Κύριο πάντα ρόλο στη διαδικασία της αποδόμησης παίζουν τα διάφορα είδη μικροοαργανισμών που έχουν περιγραφεί.

Ένταση αποσύνθεσης

Ο ρυθμός αποσύνθεσης της οργανικής ύλης του εδάφους εξαρτάται και από τους ακόλουθους παράγοντες, που έχουν σχέση με το προς αποδόμηση υλικό, δηλαδή τα υπολείμματα φυτών κατά κύριο λόγο:

Από το είδος των ενώσεων, που υπάρχουν σ' αυτή και δεν είναι ίδιο για όλα τα συστατικά. Ορισμένα αποδομούνται γρηγορότερα (π.χ. σάκχαρα) ενώ μερικά θεωρούνται ότι αποσυντίθενται πολύ αργά (λιγνίνη). Η σειρά μείωσης του ρυθμού αποδόμησης είναι η εξής: Σάκχαρα, άμυλο - πολυσακχαρίτες - απλές πρωτεΐνες - σύνθετες πρωτεΐνες - πηκτίνες, ημικυτταρίνες - κυτταρίνη - λιγνίνη, τανίνες, ρητίνη, λίπη, κηροί.

Από το είδος των φυτών από τα οποία προέρχεται. Ο ρυθμός αποδόμησης μειώνεται σύμφωνα με την εξής σειρά: Ψυχανθή - Διάφορα χόρτα - Φυλλοβόλοι θάμνοι - Δένδρα - Κωνοφόρα.

Από την ηλικία των συστατικών της. Εδώ ισχύει ο κανόνας ότι μεταξύ δύο ίδιων φυτικών μερών δισπάται ευκολότερα το νεότερης ηλικίας γιατί με την αύξηση της ηλικίας αυξάνεται η περιεκτικότητα του φυτικού υλικού σε κυτταρίνη και λιγνίνη.

Διαδικασία αποσύνθεσης

Ανεξάρτητα από τον ρυθμό της αποσύνθεσης, οι διαδικασίες της μπορεί να διακριθούν σε μηχανική κατεργασία, βιοχημικές αντιδράσεις και διαδικασίες μικροβιακής φύσεως, οι οποίες συνήθως συμβαίνουν ταυτόχρονα. Η μηχανική κατεργασία περιλαμβάνει τον τεμαχισμό των φυτικών ιστών και την ανάμειξη τους από τους ζωικούς εδαφικούς οργανισμούς. Επίσης εδώ περιλαμβάνονται διαδικασίες, όπως μάσημα, πέψη ιστών από γαιοσκώληκες και αρθρόποδα. Οι βιομηχανικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν υδρόλυση (αμύλου προς απλούστερα σάκχαρα και πρωτεϊνών προς πεπτίδια και αμινοξέα) και οξείδωση με μερική αποδόμηση ενώσεων υψηλού πολυμερισμού. Το σκούρο χρώμα της οργανικης ουσίας οφείλεται στην οξείδωση των φαινολών. Διαδικασίες μικροβιακής φύσεως (με την επίδραση ενζύμων) από τους ετερότροφους και σαπροφυτικούς φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς. Επίσης αποδομούνται και οι νεκροί μικροοργανισμοί.

Ορυκτοποίηση

Η διαδικασία της αποδόμησης των οργανικών ενώσεων οδηγεί, μέσω διαδικασιών οξείδωσης σε αερόβιες συνθήκες, σε όμοια τελικα προϊόντα, που αποτελούνται κυρίως από ενώσεις ανθρακούχες, αζωτούχες, θειούχες, φωσφορούχες, από νερό, οξυγόνο, υδρογόνο, υδροξύλια, κατιόντα. Η διάσπαση των οργανικων συστατικών του εδάφους σε απλούστερες οργανικές ενώσεις και σε ορυκτά συστατικά καθώς και η απελευθέρωση των ενωμένωνστις οργανικές ενώσεις στοιχείων ονομάζεται ορυκτοποίηση ή ανοργοποίηση (mineralisation) της οργανικής ουσίας. Είναι πολύ σημαντική διαδικασία γιατί τα θρεπτικά συστατικά της οργανικής ύλης, για να διατεθούν στα φυτά πρέπει να προστεθούν ως ανόργανα ιόντα. Η ένταση της ανοργανοποίησης εξαρτάται σημαντικά από τους κλιματικούς παράγοντες.

Λόγος C/N

Στις προηγούμενες παραγράφους έχει τονισθεί ο ρόλος των μικροοργανισμών στην αποδόμηση των οργανικών ενώσεων, των υπολειμμάτων της φυτικής και ζωικής προέλευσης, στην ορυκτοποίηση δηλαδή της οργανικής ουσίας. Βασική προυπόθεση, για την αύξηση της έντασης της αποσύνθεσης είναι η ύπαρξη ικανού αριθμού μικροοργανισμών, γεγονός που προφανώς ικανοποιείται από την ύπαρξη ευνοϊκών συνθηκών για την αύξηση του αλλά και για την αύξηση της έντασης της δραστηριότητας τους. Οι μικροοργανισμοί προσλαμβάνουν άζωτο και άνθρακα (αλλά και όλα τα θρεπτικά στοιχέια, όπως τα φυτά), τα οποία παράγονται κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης και τα χρησιμοποιούν για τη συγκρότηση των κυττάρων τους. Ο άνθρακας προέρχεται κυρίως από την διάσπαση των υδατανθράκων ενώ το άζωτο από τις πρωτεΐνες κΤαι όταν αυτό δεν επαρκεί από τα αποθέματα του εδάφους.

Το άζωτο χρησιμοποιείται από τους μύκητες και τα βακτήρια για τη σύνθεση των πρωτεϊνών τους και είναι αυτό τελικά που ελέγχει τον ρυθμό διάσπασης οργανικής ύλης. Σε περίπτωση μάλιστα έλλειψης του έχουμε σημαντική μείωση του ρυθμού και αυτό γιατί είναι φανερό ότι περιορίζεται η δραστηριότητα των μικροοργανισμών. Ο έλεγχος της ύπαρξης ικανοποιητικών ποσοτήτων αζώτου γίνεται με τον λόγο: συνολικής ποσότητας άνθρακα προς συνολική ποσότητα αζώτου (C/N). Ο όρος συνολική ποσότητα αναφέρεται στην περιεκτικότητα όλης της οργανικής ύλης. Οι τιμές, που παίρνει ο λόγος αυτός για τα διάφορα συστατικά, που προστίθενται στο έδαφος και αποτελούν το μητρικό υλικό της οργανικής ουσίας, ποικίλλουν π.χ. από 12 - 20 για το τριφύλλι έως 400 - 500 για το πριονίδι. Οι μικροοργανισμοί έχουν λόγο C/N = 6 όταν πρόκειται για τα βακτήρια και τους ακτινομύκητες και 12 για τους μύκητες. Τέλος η οργανική ουσία ενός καλλιεργούμενου εδάφους έχει μέσες τιμές C/N μεταξύ 10 και 12.

Έδαφος με τιμές, για το λόγο C/N, μικρότερες από 20 (και ίσως < 15) φανερώνει επαρκή επίπεδα αζώτου για τις ανάγκες τις ανάγκες των μικροοργανισμών και συνεπώς έντονο ρυθμό αποδομήσεως οργανικής ουσίας.

Η ταυτόχρονη εξέταση των ποσοτήτων C και N επιβάλλεται από το γεγονός ότι επιδιωκόμενος στόχος, από άποψη οργανικής ουσίας, δεν είναι μόνο η αύξηση των οργανικών συστατικών του εδάφους (που θα μπορούσενα ελεγχθεί μόνο με την εξέταση του οργανικού άνθρακα) αλλά και η εξασφάλιση συνθηκών, που να επιτρέπουν την αποσύνθεση τους και την απελευθέρωση των χρήσιμων συστατικών τους για τα φυτά, καθώς επίσης και το σχηματισμό του χούμου.

Πρέπει επίσης να τονισθεί ότι μειωμένες ποσότητες αζώτου στο έδαφος (σε μορφές αφομοιώσιμες από τα φυτά) θα προκαλέσουν την έλλειψή του στα φυτά, η οποία γίνεται ακόμη μεγαλύτερη λόγω του υπάρχοντος ανταγωνισμού μεταξύ μικροοργανισμών και του ριζικού συστήματος των ανώτερων τους φυτών. Πράγματι όταν το άζωτο υπάρχει σε περιορισμένες ποσότητες τότε δεσμεύεται πρώτα (πριν να γίνει δηλαδή διαθέσιμο στις εδαφικές ρίζες) από τους εδαφικούς μικροοργανισμούς, γιατί αυτοί είναι αφθονότεροι και σε πιο στενή επαφή.

Xoύμος

Ο χούμος του εδάφους είναι μέρος της οργανικής ουσίας του. Αποτελείται από μια σειρά συστατικά, τα οποία μένουν, ύστερα από μηχανικές, βιολογικές, χημικές και μικροβιακής φύσεως κατεργασίες, πάνω στα υπολείμματα φυτικής και ζωικής προέλευσης, ή ακόμη προέρχονται και από νέες ουσίες που παράγονται από τους μικροοργανισμούς του εδάφους. Τα συστατικά του χούμου έχουν χάσει την κυτταρική δομή τους σε τέτοιο βαθμό, ώστε να μην διακρίνεται εάν προέρχονται π.χ. από το ανώτερο φυτό ή κάποιους μικροοργανισμούς.

Διαδικασία χουμοποίησης

Ο χούμος δεν είναι σταθερός όσον αφορά στις χημικές ενώσεις, που ανευρίσκονται σ' αυτόν και γενικά τα συστατικά του. Αντίθετα ο χούμος μεταβάλλεται συνεχώς ως αποτέλεσμα:

Της δυναμικής δράσης των μικροοργανισμών, σε σχέση με τη διαφορετική αντίσταση, που εμφανίζουν τα διαφορετικά οργανικά υπολείμματα, συστατικά της οργανικής ουσίας. Είναι χαρακτηριστικό ότι, όπως και σε άλλο σημείο αναφέρθηκε, πρώτα αποδομούνται τα υδατοδιαλυτά συστατικά, και στη συνέχεια ακολουθούν οι κυτταρίνες και ημικυτταρίνες, επομένως εμφανίζεται σχετική άυξηση λιγνίνης και πρωτεϊνών. Η αύξηση των τελευταίων οφείλεται και στη σύνθεση από οτυς μικροοργανισμούς νέων πρωτεϊνών. Η αρκετά ανθεκτική λιγνίνη διασπάται τελικά από πολλά είδη μυκήτων, που ανήκουν στους βασιδιομύκητες μέσω βιολογικών (παρουσία δηλαδή ενζύμων, και μάλιστα της πολυφαινολοξειδάσης) οξειδωτικών αντιδράσεων. Η διάσπαση δεσμών χημικών ενώσεων προϋποθέτει την υπερνίκηση της ενέργειας, που έχουν οι χημικοί δεσμοί. Η δράση των ενζύμων μειώνει αυτήν την ενέργεια καθιστώντας δυνατό, σε δεδομένες φυσικές συνθήκες, το σπάσιμο των δεσμών.

Της εκλεκτικότητας ή εξειδίκευσης που εμφανίζουν ορισμένοι μικροοργανισμοί στην αποδόμηση των διαφορετικών υπολειμμάτων. Σάκχαρα, άμυλο και πρωτεΐνες προσβάλλονται σχετικά γρήγορα από αρκετά είδη οργανισμών, τα οποία κατορθώνουν με αυτές τις διαδικασίες να συνθέτουν δικά τους κύτταρα. Επίσης μεγάλη ποικιλία οργανισμών αποσυνθέτουν κυτταρίνες και ημικυτταρίνες.

Τελικά προϊόντα των ενζυμικών διασπάσεων που προαναφέρθηκαν, π.χ. της λιγνίνης αλλά και άλλων διαδικασιών αποδόμησης των οργανικών συστατικών, όπως της υδρόλυσης και της οξείδωσης, είναι ο σχηματισμός διαφόρων πολυμερών (συνήθως παρουσία οξυγόνου), που είναι κυκλικές ενώσεις βαθύ σκοτεινού χρώματος και κολλοειδούς φύσεως. Οι ενώσεις αυτές αποτελούν τον χούμο.

Χημική σύσταση χούμου

Οι χουμικές ουσίες αποτελούνται από πυρήνες απλών και συμπυκνωμένων ισο- και ετερο-κυκλικών ενώσεων με δακτυλίους 4, 5 και 6 ατόμων άνθρακα, όπως κυρίως η κινόνη και η πυριδίνη αλλά και το βενζόλιο, το φουράνιο, το πυρόλιο, η ναφθαλίνη, η κινολίνη. Οι πυρήνες συνδέονται μεταξύ τους κατά διαφόρους τρόπους, ενώ φέρουν ενεργές πλάγιες ομάδες. Ο Pauli (1966) αναφέρει τρόπους σύνδεσης, γέφυρες οξυγόνου, αζώτου αλυσίδες ατόμων άνθρακα ή συγχωνεύσεις με άτομα που, συμμετέχουν στη σύσταση των δακτυλίων. Ως πλάγιες ομάδες είναι οι καρβοξυλικές, υδροξυλικές, καρβονυλικές, αμινοομάδες και μεθοξυλικές. Οι δυνατοί συνδυασμοί πυρήνων, πλαγίων ομάδων και δεσμών οδηγεί σε πολλές χουμικές ενώσεις, που δεν προσδιορίζονται πάντα. Γενικό συμπέρασμα είναι ότι ο χούμος αποτελείται από μακρομόρια μεγάλου μοριακού βάρους, έως 1000, που περιέχουν πάντοτε φαινολικά υδροξύλια και καρβοξύλια, τα οποία του δίνουν χαρακτήρα ανιονικό-όξινο.

Ανάλογα με τη διαλυτότητα των συστατικών του, με το μοριακό βάρος του και με το χρώμα ο χούμος διακρίνεται σε φουλβικά και χουμικά οξέα και χουμίνες. Τα φουλβικά οξέα, που φθάνουν μερικές φορές το 20% του ολικού χούμου, έχουν ανοικτό χρώμα, μικρό μοριακό βάρος, ίσες ποσότητες υδατανθράκων και αζωτούχων ενώσεων και είναι διαλυτά σε οξέα και βάσεις. Τα χουμικά οξέα, αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό του χούμου, έχουν ενδιάμεσο χρώμα, μέσο μοριακό βάρος. Είναι διαλυτά σε βάσεις, αδιάλυτα σε οξέα. Παρουσία ιόντων σχηματίζουν πήγματα (θρόμβωση) διευκολύνοντας το σχηματισμό ιστού του εδάφους. Οι χουμίνες, μπορεί να αποτελούν το 20% του ολικού χούμου, είναι ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους, σκοτεινού χρώματος, αδιάλυτες σε οξέα και βάσεις.

Είδη χούμου

Ο χούμος διακρίνεται ανάλογα με τη δράση και τη συμπεριφορά του στο έδαφος σε εφεδρικό, θρεπτικό και δομικό χούμο. Ο εφεδρικός χούμος περιλαμβάνει την οργανική ουσία που δεν έχει χουμοποιηθεί. Ο θρεπτικός χούμος περιλαμβάνει προϊόντα αρχικών σταδίων χουμοποίησης. Έχει χαρακτηριστικό ότι αποδομείται εύκολα και προσφέρει τροφή και ενέργεια στους μικροοργανισμούς και θρεπτικά στοιχεία στα φυτά. Στο δομικό χούμο ανήκουν συστατικά προχωρημένων σταδίων χουμοποίησης, τα οποία εμφανίζονται σχετικά σταθερά. Ο δομικός χούμος συγκρατεί θρεπτικά στοιχεία και νερό και συνεισφέρει στη δημιουργία καλής δομής του εδάφους.

Ανάλογα με τις συνθήκες σχημσατισμού του έχουμε διαφορετικούς τύπους χούμου. Ο τύπου mull δημιουργείται σε πλούσια εδάφη με έντονη μικροβιακή δραστηριότητα. Θεωρείται άριστης ποιότητας και εμφανίζει ικανοποιητική ανάμειξη με τα ανόργανα εδαφικά συστατικά. Ο τύπου mor, τον βρίσκουμε σε φτωχά εδάφη με μικρή μικροβιακή δραστηριοτήτα. Τα δύσκολα αποδομούμενα συστατικά του παραμένουν στην επιφάνεια και δεν αναμειγνύονται με ανόργανα συστατικά. Γενικά δεν χαρακρηρίζεται από καλή ποιότητα. Ο τύπου moder, θεωρείται μέσης ποιότητας και εμφανίζεται σε ενδιάμεσες περιβαλλοντικές συνθήκες.