2.3. Managementul elementelor nutritive i fenomenele de risc care afecteaz spaiul agricol 2.3.1. Elemente nutritive i microelemente Cadru general Elementele necesare dezvoltrii i reproducerii sunt denumite nutrieni sau elemente eseniale. Alturarea termenilor nutrieni eseniali nu este corect ntruct nutrient mplic esenial pentru existea i perpetuarea speciilor. Pentru dezvoltarea plantelor 14 elemente sunt preluate din soluia solului (azot, fosfor, potasiu, calciu, magneziu, sulf, fier, mangan, cupru, bor, zinc, moliben, clor i nichel) i numai 3 din atmosfer (carbon, hidrogen, oxigen) sau ap. Elementele preluate n cantiti considerabile de ctre plante sunt denumite macronutrieni, iar acetia reprezint 0,1% (1000 mg/kg) din masa uscat a esuturilor vegetale, n timp ce micronutrienii se acumuleaz n cantiti reduse, reprezentnd 0,01% din masa vegetal uscat. n funcie de cantitile n care sunt preluai de ctre plante nutrienii sunt primari (N, P i K) i secundari (Ca, Mg, i S). Nutrienii primari sunt prelai n cantiti mari i sunt elementele cele mai folosite pentru ngrminte, acoperind cerinele unei game variate de plante de cultur. Macronutrienii provin din roc, din materialul parental i prin procese pedogenetice, pe seama celor dinti sau din materialul organic pe parcursul transformrii acestuia, la care se adaug sursele antropice prin aport de ngrminte chimice. Macronutrienii sunt prezeni n sol sub form de compui minerali sau organici care sunt transformai n compui mai simpli i apoi n forme ionice, care sunt accesibili plantelor. Variabilitatea aprovizionrii solului cu elemente poate s induc n plant urmtoarele stri: carena, insuficiena, starea normal, abundena, excesul i toxicitatea. Fr a ptrunde n domeniul agrochimiei, geograful trebui s analizeze strile care pot induce fenomene de risc la nivelul celorlalte componente ale mediului i implicit asupra omului. Prin urmare, carena, excesul i toxicitatea influeneaz considerabil biosistemul terestru i acvatic. Lctuu (2000) definete cele trei stri astfel: carena implic lipsa unui element care are efecte depresive asupra plantelor; excesul induce tulburri metabolice, instalnd depresia total a plantelor, iar toxicitatea, dat de prezena unui element n concentraie foarte ridicat, duce la moartea plantelor. 3.2. Azotul n sol 3.2.1. Circuitul azotului n sol Formele de N din sol Azotul se gsete n sol n forme organice, fiind legat de esuturile vegetale i animale moarte dar i n materia organic a solului, respectiv n substanele humice. Formele anorganice dein doar o mic parte din N din sol (5 %) i sunt reprezentate prin amoniu (NH4+), nitrii (NO2), nitrai (NO3), cantiti reduse de forme gazoase cum este protoxidul de azot (N2O), azotul elementar (N2) i forme dizolvate n soluia solului. n funie de accesibilitatea pentru plante, azotul apare n form schimbabil i neschimbabil. n form schimbabil se gsete sub form de NH4+, care nu se poate acumula n cantiti nsemnate deoarece este rapid nitrificat. Nitraii sunt supui ndeprtrii rapide pe profil, prin eluviere, se gsesc n cantit mici n sol, sunt accesibili

1

plantelor i sunt rapid transformai n nitrii. n form neschimbabil azotul apare n structura mineralogic a unor argile. Sursele de azot n natur azotul apare sub form dizolvat n oceane dar i n alte categorii de ape la care se adaug azotul din organismele vii n timp ce n litosfer N se gsete n compoziia crbunilor i argilelor, iar n stare lichid i gazoas intr n constituia hidrocarburilor. Sursele de azot pentru sol pot fi naturale i antropice. n cea mai mare parte, azotul din sol se gsete n materia organic, respectiv n compuii humici, rdcinile plantelor, biomasa microbian i n materia organic descompus. Azotul se gsete n esuturile plantelor, prin urmare acesta intr n sol odat cu materia organic, variind cantitativ ntre materia organic moart, cu valori mai mici i plante sau arbori cu un coninut mai ridicat. Intrrile de azot anorganic sunt reprezentate prin uree, azotii, azotai, metan sau prin forme gazoase (N2, NO2). Omul poate interveni pentru mbuntirea caracteristicilor solului prin aport de ngminte naturale (de la ferme de psri, vite), nmol provenit de la ape reziduale, compost, la care se adaug fertilizanii de sintez. n cazul solurilor organice, formate n condiii anaerobe, fragmentarea esuturilor vegetale duce la acumularea azotului organic dizolvat, dar o parte din acesta este rezistent la descompunere, mecanism care asigur protecia la eutrofizarea ecosistemelor alturate. Pierderile de N din sol Pierderile de azot din sol sunt datorate proceselor de eroziune, pierderea azotului n profunzime, voalatilizarea i denitrificarea. Rata pierderii NO3, depinde de caracteristicile solului, condiiile climatice, vegetaie i de utilizare al terenurilor. Factorii interni ai solului care influeneaz deplasarea NO3 sunt reprezentai prin textura i structura solului. Solurile cu textur nisipoas, slab structurate idetermin deplasarea mai rapid a NO3 fa de solurile argiloase. Mobilitatea azotului depinde de formele minerale ale acestuia (NH4+, NO3) i de adsorbia electrostatic a ionilor. Condiiile climatice explimate prin precipitaii, evaporaie i temperatur au un rol important n fluxul descendent al apei i NO3. Voalatilizarea azotului este un proces abiotic, pierderea acestuia se face sub forma de NH4+, n cazul solurilor cu regim oxidativ, fiind afectat doar orizontul de suprafa. Circuitul azotului i factorii perturbatori ai acestuia Circuitul azotului depinde n mare msur de modul n care apa constituie un facor activ n formarea i evoluia solului dar i de modul de utilizare al terenurilor. Circuitul azotului const n fixare, mineralizare, imobilizare i pierderi. Fixarea nseamn transformarea formei gazoase (N2) n compui, sub aciunea factorilor climatici, cum ar fi fulgerele sau antropici, prin emisii industriale. Fixarea biologic (biofixarea) este un proces natural n care bacteriile care conveuiesc n simbioz cu leguminoasele formeaz nodoziti la nivelul acestora (Rhizobium), prin aciunea unor bacterii care se gsesc n solurile neutre i alcaline (Azobacter).

2

Mineralizarea se realizeaz prin dou procese microbiologice distincte. Primul, denumit amonificare const n transformarea unor compui organici n NH3 sau NH4+. Al doilea proces, denumit nitrificare este specific solurilor bine aerate. Nitrificarea mplic transformarea NH4+ n NO3, prin participarea bacteriilor Nitrosomonas i Nitrobacter. Acestea utilizeaz energia rezultat din oxidarea NH4+ n NO2 i apoi n NO3. Nitrosomonas transform NH4+ n NO2, iar Nitrobacter oxidez NO2 n NO3. Nitrosomonas este o specie ubicvist, fiind ntlnit nt-un numr mare de tipuri de sol, nu numai n cele n care pe care se practic punatul sau pe care s-au aplicat ngrmite minerale. Imobilizare const n transformarea N anorganic (mineral) ntr-o form organic sau, cu alte cuvinte, nseamn ncorporarea azotului anorganic n organisme. Organismele (alge, fungi, plante) pot prelua azotul din sol sub form de nitrai care sunt redui enzimatic i ncorporai n materialul vegetal sub form de amino acizi. Raportul C/N este un indicator aproximativ al cantitii de azot existent n reziduurile vegetale din sol i care poate fi rencorporat (imobilizat) n organismele vii. Pierderea azotului din sol se poate face pe cale biologic i mecanic (eluviere). Nitratul constituie forma cea mai oxidat a azotului. n condiii anaerobe unele microorganisme pot utiliza nitraii n locul oxigenului, n procesul de respiraie (Semoka, 2008, p 492). n aceste condiii nitraii sunt redui n forme gazoase care au tendina de a se pierde n atmosfer, sub form de N2 sau N2O, procesul fiind numit denitrificare. Voalatilizarea amoniacului este alt cale de pierdere a azotului din sol. Cantitatea pierdut crete odat cu pH-ul, valorile cele mai mari fiind asociate cu solurile calcaroase. Cantiti importate de azot, sub form de amoniac se pierd prin descompunerea ngrmintelor organice la suprafaa solului, chiar i n cazul solurilor acide. Ct azot este fixat n sol i care este optimul necesar? Solurile cu cantiti mici de materie organic, ca urmare cultivrii un timp ndelungat, pot avea 2-3 t/ha de N, dar n mod obinuit solurile arabile conin 3-5 t/ha de N, sau mai mult. Care sunt factorii antropici care perturb circuitul N n sol? Solurile cultivate sunt medii diferite de cele naturale, ntruct o serie de parametrii precum umiditatea, temperatura, coninutul n materie organic etc. sunt modificate. Circuitul azotului n sol poate fi perturbat de lucrrile agricole, agrotehnice, aplicarea irigaiilor, ngrmintelor i pesticidelor. n perioada anilor 50-70 (sec. XXlea) s-a considerat c arturile adnci au ca rezulta creterea produciei agricole. Plecnd de la aceast situaie s-a demostrat c n solul arat i excesiv afnat se produc, prin nitrificare, cantiti importante de nitrai care pot fi levigai, ajungnd s polueze subsolul i freaticul. Fixarea azotului n sol este un proces strict dependent de existena sursei de energie pentru microorganisme, reprezentat de resturile vegetale rmase la suprafaa solului, dup recoltare. Practicile utilizate frevent de micii proprietari de a incendia resturile organice induc riscul diminurii organismelor fixatoarede azot. n cazul terenurilor utilizate ca pajiti creterea numrului de animale pe unitatea de suprafa nseamn o cantitate mai mare de reziduuri organice, aprnd problema depozitrii acestora. n general, amenajarea defectuas a depozitelor de deeuri constituie o surs pentru ndeprtarea nitrailor n freatic. n condiiile actuale, n Romnia, micii proprietari nu realizeaz care sunt implicaiile asupra mediului i riscurile asupra sntii omului prin depozitarea neadecvate a platformei de deeuri de origine animal sau evacuarea acestora prin rigolele de scurgere, ctre reeaua de drenaj.

3

Utilizarea ngrmintelor organice constituie o surs de azot pentru organismele din sol. Dac ngrmintele organice sunt utilizate corect (primvara), azotul va fi accesibil pentru plantele de cultur ntr-o proporie ridicat (70%), n timp ce aplicarea lor toamna crete riscul ndeprtai nitrailor n freatic. Acest mecanism este determinat de lipsa vegetaiei (cultiva) care reprezint consumatorul nitrailor. Aplicarea ngrmintelor pe baz de azot duce la devoltarea organismelor care intr n competiie cu bacteriile fixatoare de azot, prin urmare, aplicarea timp ndelungat a ngrmintelor minerale pe baz de azot au efect inhibator pentru organismele fixatoare de azot. Aplicarea ngrmintelor minerale constituie o necesitate n unele cazuri. Subvenionarea ngrmintelor de ctre stat, fr un cadru legislativ adecvat care s implice i acordul unui specialist, a dus la practica utilizrii acestora pe orice tip de sol, indiferent de caracteristicile lor chimice. 3.2.2. Riscul polurii solurilor i apelor subterane cu N Factorii naturali care induc riscul polurii Deplasarea azotului nafara profilului de sol constituie o problem serioas pentru mediu n arealele cu bilan pozitiv al apei. ndeptrarea nitrailor n apele freatice depinde de factori naturali precum precipitaiile, temperatura i caracteristicile solurilor. Valorile mai ridicate ale temperaturii determin evaporaia, deci diminuarea levigrii nitrailor n timp ce precipitaiile ridicate induc riscul deplasrii verticale, descendente a nitrailor, pe fondul unor soluri cu textur nisipoas, slab structurate. Produsele denitrificrii au adesea efecte adverse asupra atmosferei, solurilor i apelor. Azotul, sub form de nitrai are rol important n dezvoltarea plantelor de (cultur), prin urmare odat cu ncetarea creterii acestora probabilitatea ndeptrrii nitrailor n freatic este mai mare. Nitraii fiind ncrcai electonegativ nu interacioneaz cu complexul de schimb al solului, fiind rapid ndeprtai nafara zonei de aciune a rdcinilor plantelor. Nitratul poate fi rapid ndeprtat pe profil pn n freatic, unde este redus n nitrii, cu efect duntoare asupra calitii apelor. Cnd nitratul este transformat prin intermediul bacteriilor denitrificatoare n azot (gazos), plantele pierd un element esenial pentru dezvoltarea acestora. Oxizii de azot eliberai din sol i ap sunt parial responsabili pentru: reducerea stratului de ozon de deasupra Antarcticii, formarea ploilor acide i nclzirea global. Factorii antropici care induc riscul polrii Dozele mari de irigaii induc riscul deplasrii nitrailor n freatic sau n reeaua hidrografic, n condiiilor solurilor cu textur uoar. Solurile ale cror drenaj natural a fost modificat n sensul accelerrii circulaie descendente a apei pot influena deplasarea nitrailor n freatic. Creterea animalelor n fermele de bovine, porcine i psri ridic probleme pentru poluarea solurilor cu nitrai. Pierderea azotului constituie o problem economic important pentru fermele de animale i este responsabil pentru acidifierea i eutrofizarea ecosistemelor din apropierea surselor de emisie. rile europene, i n special cele nordice au adoptam msuri stricte pentru emisiile de zot prin gsirea unor soluii tehnice care s reduc poluarea solurilor i apelor.

4

Efectul compuilor cu N pentru sntatea omului Directiva UE 80/778/EEC stabilete doza maxim admisibil de nitrai la 50 mg/l, iar pentru nitrii de 0,1 mg/l. Organismul uman nu este capabil s utilizeze formele simple de N pentru producerea de energie sau sinteza proteinelor, dar poate prelua acest element din alimente sub form de NO3- (Follett and Follett, 2008, p. 82). Prezena acestui compus n esuturile vegetale este legat de ciclul N n care formele organice sunt transformate n forme minerale. Nitriii pot ptrunde n organismul uman prin intermediul apei sau alimentelor, ducnd la apariia metaglominemiei. Nitriii pot fi redui n nitrai n tubul digestiv, iar acetia interefereaz cu oxigenul transportat de snge, proces ce afecteaz n primul rnd copii de 1-3 ani i sugarii. Metaglominemia const n diminuarea capacitii de transport a oxigenului de ctre snge spre extremitile corpului ceea ce duce la cianozarea acestora. n literatura medical de specialitate intoxicarea cu nitrii este cunoscut sub numele de sindromul copiilor albatri care se manifest prin cianozarea buzelor, apoi a extremitilor i se poate ajunge la colorarea n ntregime a corpului. Expunerea la nitrai prin utilizarea fertilizanilor i implicit a consumul apei i alimentelor (vegetale) care conine nitrai crete riscul cancerului gastric prin transformarea nitrailor n nitrii cu formarea de compui N-notroso-nitrosamide. 3.2.3. Managementul N n solurile agricole i forestiere Eficiena transformrii N adugat, n producia vegetal, ajunge la 60-70% sau mai mult, n timp ce n cazul agriculturii bazat pe creterea animalelor se ajunge la o eficien de numai 10-20 %. Dezavantajele poteniale ale utilizrii ngrmintelor anorganice sunt: concentraia ridicat a nitrailor n alimente cu efecte asupra sntii; pierderile prin eluviere duc la concentrarea nitriilor n ap, iar pentru cele de suprafa la procese de eutrofizare. Aplicarea ngrmintelor pe baz de azot pentru culturile de leguminoase tind s acidifieze solul i mai departe contribuie la deplasarea Al i altor metale toxice n ap. Pierderea nitrailor tinde s fie mai mic cnd rdcinile sunt bine dezvoltate i active. Aplicarea ngrmintelor organice determin o pierdere mai mare de nitrai fa de terenurile nefertilizate, dar mai mic dect n cazul parcelelor pe care s-au aplicat ngrminte anorganice. Controlul pierderii nitrailor se poate dou culturi. Interaciunea dintre diferite specii de viermi din sol (Lumbricus rubellus i Aporrectodea caliginosa, L. rubellus i L. terrestris) afecteaz comunitatea bacteriilor i concentrarea N mineral din sol. Acestea pot diminua concentrarea N mineral rezultat din materia organic a solului, probabil prin imobilizarea n acestuia n bacterii. Efectul interaciunii unor specii poate fi utilizat n diminuarea pierderii nutrienilor i n creterea fertilitii n ecosistemele agricole, dac acestea se caracterizeaz printr-o diversitate sczut a viermilor. n ultima perioad, n rile UE s-a constatat o diminuarea a presiunii N asupra terenurilor agricole. Bilanul azotului identificat pe baza diferenei dintre intrri (fertilizani minerali, ngrminte organice, intrri din atmosfer, fixarea prin leguminoase i alte surse cu importan redus) i ieiri (prelevarea de ctre culturi, vegetaia ieboas, i plante furajere) / ha indic o scdere uoar n ultimul timp (16 % ntre 2000-1990), conform datelor Ageniei European de Mediu, excepie au fcut Irlanda i Spania.

5

Dintre msurile adoptate de membrele UE pentru managementul eficient al azotului menionm: cantitatea de ngrminte pe baz de N s nu depeasc 170 kg N/ha; perioada de stocare a ngrmintelor naturale trebuie s fie de 2-12 luni cu diferene n funcie de condiiile climatice (4 luni n zona mediteranean i mai mult n climatul rece). Managementul azotului are i o serie de deficiene legislative. Nu s-a reuit pn n prezent s se adopte msuri care s limiteze aplicarea ngrmintelor n apropierea rezervoarelor de ap (lacuri, iazuri etc.); lipsa restriciilor n cazul aplicrii ngrmintelelor pe pante cu valori reduse pentru a se evita pierderea prin eroziune i levigare n freatic; msuri insuficiente legate de caracteristicile solului (saturarea cu ap, inundare, acoperire cu zpad sau nghe n adncime) i aplicarea ngrmintelor. 3.2.4. N n solurile Romniei Optimizarea asigurrii cu azot se poate realiza prin aplicare de ngrminte minerale cu azot, dar trebuie avut n vedere protecia solului pentru a nu se ajunge la acidifierea acestuia sau la poluarea cu nitrai a apelor freatice. Coninutul ridicat n azot accesibil n sol determin creterea plantei dar nu i fructificarea, putnd determina ntrzierea maturrii plantelor. Fertilizarea cu azot a solurilor cu reacie puternic acid (luvisol albic pH=4,8), fr o amendare calcic, implic creteri excesive n magneziu (300-400 ppm), determinnd efecte toxice pentru unele plante (mr, porumb). n cazul vegetaiei lemnoase, azotul are un rol pozitiv n creterea vegetaiei cnd humusul este de tip mull i mineralizarea azotului este activ. 3.3.1. Circuitul P n sol Fosforul este utilizat n form oxidat i hidratat din ortofosfat. Formele de P n sol Fosforul (P) apare n sol n trei stri: P dizolvat n soluia solului, P organic i anorganic. P dizolvat variaz n palierul 0,01-30 mg/l i provine mai ales din ortofosfat; P organic are o pondere variabil n intervalul 30-65 % din fosforul total din sol, depinznd de tipul de sol; P anorganic se gsete n minerale primare (provine din alterarea mineralelor primare) i secundare (formate prin precipitare) sau adsobit la suprafaa mineralelor argiloase. P organic se gsete n humus i n materia organic nedescopus sau n curs de descompunere. P legat de humus este uor mobilizat, participnd la procesele de schimb anionic sau intr n soluia solului. P anorganic include ionii H2PO4- i HPO42- din soluia solului; fosfatul de calciu prezent n apatit; fosfaii adsorbii n oxi-hidroxizii de Fe i Al; fosfaii prezeni n minerale argiloase, cum este caolinitul; fosfaii din mineralele nealterate. O mare parte a fosfailor nu sunt foarte solubili n ap din aceast cauz apar n form solid. Ponderea cea mai mare a fosforului din sol revine formei anorganice (50-75%). Fosforul de natur organic i anorganic reprezint fosforul total din sol. Fosforul adsorbit include fosforul labil sau fosforul accesibil i fosforul fixat sau fosforul intens adorbit. Fosforul labil legat de particulele din sol rmne n echilibru n soluia solului. Cnd plantele consum fosfor din soluia solului, diminund-i concentraia, fosforul labil este transformat n forma solubil n tendina meninerii echilibrului din soluie.

6

O parte din fosfaii pe care organismele vii l folosesc este ncorporat n componenii organici. Cnd fragmentele de plantele las n sol fosfor organic acesta va fi transformat n fosfor anorganic accesibil sau va fi ncorporat n compui organici stabili, devenid parte a materiei organice. Procesul de transformare a fosforului organic n form anorganic este denmit mineralizare. Fosforul fixat apare n toate solurile dar n mod deosebit n cele cu textur grosier i n cele cu compui amorfi de oxi-hidroxizi de Fe i Al sau n cele vulcanice care conin allofane (Bohn et al., 2001, p 48). Fosforul dizolvat segsete n soluia solului sau n mediu acvatic. Ortofosfatul este forma principal de P dizolvat, fiind accesibil plantelor acvatice (MPCA, 2007). n sistemele naturale, cum sunt solul i hidrosfera, fosforul apare sub form de compui, cel mai frecvent fiind fosfatul. Sursele de fosfor Sursa fosforului din sol este natural, prin alterarea rocilor care conin fosfor sau antropic, prin adaos de ngrminte naturale sau chimice. Sursele naturale. Posforul este unul din elemental prezente n rocile vulcanice, concentraia cea mai ridicat (0,070,13% n P) este specific apatitei. Apatita (Ca5(PO4)3OH) este un compus ubicvist n natur gsindu-se n rocile vulcanice, metamorfice i sedimentare. Solul primete fosfor n urma alterrii rocilor sub form de fluorapatit iar cantiti vriabile intr n sol odat cu praful atmosferic i apa din precipitaii. Fosforitele sunt depozite sedimentare continentale care au o concentraie ridicat n P. Depozitele sedimentare bogate n fosfat, rezultate din depunerea excrementelor de psri se numesc guano. Sursele organice sunt reprezentate prin ngrminte naturale, nsemnnd amestecul de dejecii animale i vegetale, reziduuri organice, sedimente rezultate din tratarea apelor. 3.3.2. Coninutul i mobilitatea P n sol Care este coninutul de fosfor n sol?n mod obinut concentraia de P n sol variaz ntre 200 i 800 mg kg-1, dar cu diferene date de vrsta solurilor. Astfel, solurile cu evoluie pedogenetic naintat au un coninut redus n P n timp ce solurile tinere au un coninut ridicat. n condiiile climatului temperat concentraia fosforului este de 400-4000 mg/kg mas uscat i, tinde s reflecte coninutul P n materialul parental al solului. Pe profil, diferit de N care se concentreaz n orizontul bioacumulativ, fosforul din subsol poate fi mai mic, egal sau mai mare dect n orizontul de suprafa. n solurile de sub pajiti coninutul fosforului este mai mare n orizontul de suprafa ca urmare a aportului din materia organic moart de origine vegetal sau animal, dar i ca urmare a reteniei acestuia n forme insolubile. Variaia fosforului n diferitele tipuri de sol depinde de combinaia factorilor: material parental, acoperirea cu vegetaie, tipul fertilizanilor folosii, condiiile climatice i activitatea microorganismelor. Distribuia diferit a P n sol, n funcie de condiiile climatice, este menionat n numeroase lucrri de specialitate, solurile zonei de step (cernoziomuri) au o concentraie mai mare n fosfor comparativ cu cele din zonele reci

7

(podzoluri). Luvisolurile albice, asociate condiiilor climatice moderate pluviometric i termic au valori reduse ale P solubil i organic, cu accesibilitate redus sau n forme inaccesibile pentru plante. La nivel global solurile tropicale au valorile cele mai sczute ale coninutului n P. Factorii care influeneaz mobilitatea P n sol Factorii fizico-chimici cu rol important n mobilizarea sau imobolizarea fosforului n sol sunt: temperatura, umiditatea, pH-ul, coninutul n argil, coninutul n materie organic. n general, creterea temperaturii diminueaz accesibilitatea fosforului anorganic, iar mineralizarea P din reziduurile organice la suprafaa solului crete odat cu temperatura. Deplasarea P n sol depinde n primul rnd de pH-ul solului. La valori ale reaciei de 6-7, ionul fosfat (H2PO4) este accesibil n timp ce la valori mai ridicate, inaccesibilitatea este dat de formarea fosfatului de calciu. n cazul solurilor acide, fosforul reacioneaz cu Fe i Al, formnd compui insolubili, inaccesibili plantelor. Accesibilitatea fosforului solubil este controlat de activitatea ridicat a calciului care precipit sub form de bicarbonat de calciu. Prin urmare, valorile ridicate i sczute ale reaciei soluiei solului determin accesibilitatea sczut a fosforului. Diferit de N care se poate rentoarce n sol prin fixare din atmosfer, P nu este regenerabil. Ciclul P n natur este un proces fizico-chimic. P sub form de ortofosfat este adsorbit rapid de ctre sol, cea mai mare parte fiind legat de particulele minerale i numai o parte redus este accesibil direct organismelor. O serie de plante cu cretere rapid pot preleva din sol 1 kg P/ha/zi, dar cu diferene de la un tip de cultur la altul. P din soluia solului este rapid consumat i va trebui s fie nlocit de P labil legat ntr-un timp scurt (de la cteva ore la cteva zile). Aceasta este perioada critic pentru forma solubil a fosforului din sol, dincolo de care plantele de cultur pot avea efecte negative. Circuitul P n sol Circuitul P ntre componentul abiotic i biotic este denumit ciclul fosforului. Fa de ciclul azotului care este mai complicat i n care atmosfera are un rol important, n cazul fosforului circuitul este mai simplu. Forma anorganic a fosforului din sol, sub form de fosfai, este absorbit de ctre plante din sol i poate fi preluat mai departe n mamifere, prin intermediul hranei sau poate ajunge n rezervoarele de ap. La sfritul ciclului de via odat cu materia materia organic n curs de descompunere de la suprafaa solului ajunge i o cantitate variabil de fosfor organic care va intr n sol. Plantele absorb prin intermediul rdcinilor fosforul din soluia solului, dar concentraia acestuia, fa de alte elemente, este mai mic (0,001 mg/l la 1 mg/l). n cazul lacurilor, fosforul poate intra in compoziia rocilor sedimentare, iar la scar geologic acestea pot constitui suportul formrii unor soluri, pentru ca apoi prin procese de eroziune i transport s se rentoarc n ruri, lacuri i bazine oceanice. La circuitul fosforului n natur un rol important revine componentului biotic. Procese precum mineralizarea, solubilizarea i imobilizarea fac parte din ciclul fosforului n natur. Prin activitatea enzimatic a microorganismelor din sol, mineralizarea fosforului organic are loc cnd la suprafaa solului sunt adugate cantiti de reziduuri organice. Bacteriile i fungii utilizeaz, dup solubilizare, o parte a fosforului. Cea mai mare parte a

8

P utilizat de ctre plante este de origine organic, iar forma anorganic crete pe msur ce plantele se maturizeaz, iar reziduurile moarte ale acestora pot conine pn la 60 % P, n form anorganic. 3.3.3. Riscul polurii solurilor cu P Factorii naturali care induc riscul polurii Transferul P din mediul terestru spre ecosistemele acvatice se face prin eroziunea solului ncrcat cu P. Deplasarea P spre lacuri depinde de condiiile redox ale sistemului. n condiii reductoate fraciunea solubil a P crete rapid i o cantitate important de P este eliberat din sedimente. n condiii de oxidare, P anorganic solubil este rapid legat, prin adsorbie, de hidroxidul feric i carbonatul de calciu, precipitnd sub form de fosfat feric. Fenomenul are importan n cazul lacurilor puin adnci, caracterizate prin prezena limnisolurilor. n mod obinuit, ndeprtarea P din sol are importan redus, exceptnd cazul n care solul este excesiv saturat n acest element. Fenomenul este pus pe seama afinitii de sorbie ridicat a P dizolvat fa de multe minerale din sol, rezultnd o concentrae ridicat n orizontul de suprafa, n cazul solurilor fertilizate. Unele studii indic faptul c o serie de elemente (fosfor, metale grele) cu potenial poluator pentru freatic sunt transportate prin intermediul coloizilor, fapt datorat capacitii de sorbie ridicate dintre acestea. Potenialul de adsorbie a P crete odat cu mrirea suprafeei specifice. Prin urmare, argila are potenial de transport mai ridicat pentru P fa de praf i nisip. Factorii antropici care induc riscul polurii Una din problemele legate de influena P asupra celorlalte componente ale mediului este eutrofizarea. Eutrofizarea are ca efect creterea coninutului n alge i diminuarea abundeei speciilor. Unele din problemele asociate eutrofizrii sunt: condiiile anoxice, turbiditatea i mirosul neplcut al apelor. Eutrofizarea n sensul strict nseamn ncrcarea apelor cu nutrieni, declanarea procesului fiind rezultatul managementului defectuos al ngrmintelor cu fosfor n agricultur, ncrcarea apelor cu deteregeni i utilizarea necorespunztoare a apelor menajere. n abordarea terminologiei trebuie fcut distincie ntre ape ape eutrofice1, nsemnnd clasificarea apelor n legtur cu caracteristicile intrinseci ale acestora i ape eutrofizate, termen prezentat anterior. Fosforul dizolvat duce la eutrofizarea apelor care este un proces cu impact imediat asupra componentelor mediului, dar nu la modul exclusiv, la acest proces particip i alte elemente (N, K, Si). Fa de azot, fosforul este mai uor de controlat n ecosistemele acvatice i aceasta datorit proprietii de a precipita n sedimente, indicnd sursele de poluare. 3.3.3. Managementul P n solurile agricole i forestiere Justus von Liebig a evideniat importaa fertilizanilor chimici din a doua jumtate a sec. al XI-lea. Practicile agricole fiind orientate pe utilizarea fosforului anorganic (fosfai) deoarece acesta constituie forma de fosfor preluat direct de plantele de cultur. Dup azot, fosforul este unul din cele mai importante elemente pentru ecosistemele agricole i unul din cei mei importani nutrieni.

9

Bioaccesibilitatea P este afectat de factori externi precum adsorbia, reacia, materia organic i imobilizarea. Aciditatea solului este una din cauzele eseniale care determin diminuarea utilizrii eficiente a P n cazul plantelor de cultur. Pe baza studiilor, se pare c soluia conservrii P n sol o contituie managementul complex al terenurilor care implic att msuri agrotehnice, de conservare ct i agrochimice. Pentru conservarea P n sol se recomand diminuarea arturilor i ncorporarea materiei organice (ngrminte organice) la mic adncime. Diminuarea cultivrii solului (semnare direct, artur la adncime mic de 10 cm) va asigura o cantitate ridicat de reziduuri fcnd suprafa solului mai ferm pentru traficul utilajelor agricole, diminund riscul tasrii i crend o structur uniform. Diminuare perioadei cu sol neacoperit, ntre dou culturi, constituie o msur de diminuare a riscului pierderii P n perioade cu evenimenete meteo-hidrologice. Pierderea de material solid i P este una din problemele eroziunii n agricultur. Se impune controlul acestora pn la un nivel acceptabil pentru a preveni impactul local; pentru a pstra calitatea apelor inclusiv pentru conservarea abundenei i diversitii speciilor n ecosistemele acvatice. Aceste necesiti sunt recunoscute i prin Directiva cadru privind apa 2000/60/CE2 . Sursele antropice de fosfor sunt reprezentate prin pierderea acestui element prin eroziune, n urma aplicrii ngrmintelor chimice care conin fosfor. Pierderile de fosfor estimate pe baza rapoartelor din rile UE, variaz n intervalul 20-50 kg/km/an, depinznd de tipul de sol i de diversitatea culturilor. Fosforul rezultat din activiti industriale este solubil afectnd ecosistemele marine din Europa, America de Nord i Asia. 3.3.5. P n solurile Romniei Repartiia fosforului total n solurile agricole este determinat, pe de o parte, de coninutul diferit n acest element al materialelor parentale i, pe de alt parte de intensitatea proceselor de bioacumulare. n ceea ce privete coninutul de fosfor total kastanozemurile sunt bine aprovizionate (>0,066% P), cernoziomurile sunt ncadrate la categoria solurilor aprovizionate cu fosfor de la mijlociu la bine (0,044-0,066%), iar cernozomurile cambice, argice i preluvosolurile au aprovizionare de la moderat la bun n timp ce luvisolurile albice sunt slab pn la mijlociu aprovizionate. Solurile acide sunt srace n fosfor asimilabil ca urmare a imobilizrii acestuia n prezena ionilor de fier i aluminiu. La solurile utilizate agricol prin diminuarea intensitii procesului de bioacumulare s-a pus n eviden i scderea coninutului de fosfor total. Carena n fosfor a solurilor poate fi observat prin nuanele violacee ale vrfurilor i marginilor frunzelor de la plante. Aceste simptome pot fi observate la solurile cu fertilitate natural sczut cum sunt psamosolurile, luvosolurile albice, disticambosolurile .a. Solurile cu exces de umiditate perturb nutriia cu fosfor a vegetaiei de pajite. Corectarea deficienei n fosfor se poate face prin aplicarea (anual) de ngrminte cu fosfor, dozarea ngrmintelor trebuie s se fac n funcie de coninutul de fosfor mobil al solului, dar i n corelaie cu capacitatea diferitelor culturi de a utiliza fosforul (sub form de fosfai reziduali i fosfai proaspt aplicai). Coninutul ridicat de fosfor n sol perturb nutriia cu microelemente. n cazul solurilor carbonatice coninutul ridicat n P determin deficiene n zinc pentru culturile

10

sensibile precum porumbul i fasolea, cu rspnditre larg n sudul rii i n Moldova, iar n cazul plantaiilor de vi de vie i piersic din Dobrogea se instaleaz fonomenul de cloroz.

Materia organic terminologieMateria organic moart include materia organic nedescompus i fragmentelor organice, de origine vegetal sau animal de la suprafaa sau din interiorul solului (ex. rdcinile) i care se afl n continuu proces de transformare, sub aciunea organismelor din sol, fiind cunoscut i sub denumirea de reziduuri organice. Componentul viu care particip activ la circuitul elementelor n natur este denumit biomasa solului. n urma transformrii materiei organice de ctre organismele din sol rezult substane humice dar i alte tipuri de compui (carbohidrai, peptide, aminoacizi, lipide etc.). Acestea rezult din degradarea biologic i chimic a reziduurilor de plante i animale i din activitatea de sintez a microorganismelor. Substanele humice constituie unul din cei mai stabili compui ai solului, formate din acizi humici, fulvici i humine, care au structur similar, dar difer prin modul de reacie. Substanele humic au abilitatea de forma complexe solubile sau insolubile n ap cu ionii metalici i oxi-hidroxizi i de a interaciona cu mineralele argiloase i comui organici precum acizi grai, alkane .a.. Acizii fulvici (fulvaii) au aciditate i mobilitate ridicat, fiind asociai preponderent solurilor slab acide i cu activitate biologic redus. Acizii humici (humaii) au aciditate i mobilitate moderat, aprnd n solurile slab acide i neutre cu activitate biologic ridicat. Huminele rezult prin maturarea primelor dou, au aciditate redus i apar n toate tipurile de sol. Variaia humusului la nivelul tipurilor de sol i al ecosistemelor Humusul variaz la nivel global de la un tip de sol la altul att sub aspect calitativ ct i cantitativ. Cantitativ, solurile formate pe versanii cu decliviti ridicate i cele afectate de procese de eroziune incipient sau moderat se caracterizeaz printr-un coninut redus n humus. Solurile situate sub vegetaie ierboas (n step, prerie) conin 3-6% materie organic i, ocazional ajung la 10%. Solurile formate n condiii de exces de umiditate n cea mai pare parte din an i care conin peste 35% materie organic sunt cunoscute sub numele generic de soluri organice. Acumularea materiei organice, n cazul solurilor organice, difer fa de cele minerale. n primul caz, acumularea materiei organice se face prin succesiunea plantelor ntr-o perioad ndelungat de timp i odat cu a cumularea fragmentelor vegetale se poate acumula i material mineral, transportat de ape sau eolian. Practicile agricole determin variaii ale rezervei de humus. Eliade apreciaz c echilibrul humic al unui sol, n condiii naturale sau ntr-un sistem de cultur raional, reprezint aptitudinea cestuia de a-i regla potenialul de humificare i mineralizare a humusului la nivele identice. Condiiile de mediu care mpiedic utilizarea microbian a C, legat de nivelul ridicat de acumulare a materiei organice, se gsesc n tundr (unde temperatura limiteaz utilizarea terenurilor) i n zonele cu soluri organice (unde coninutul n oxigen este limitat. Rezerva de humus, conform metologiei I.C.P.A. (1987) se calculeaz pe baza relaiei, exprimat n t/ha, unde, DA*H*HUM.

11

HUM=coninutul n humus (%); H=grosimea orizontului de sol (cm); DA=densitatea aparent (g/cm3). Valorile sunt interpretate, n cazul solurilor utilizate agricol, n funcie de textur n dou clase: cea a solurilor cu textur mijloce i fin unde indicatorul poate varia 30, nsemnnd extrem de mic pn la 300 t/ha, nsemnnd extrem de mare. n cazul solurilor cu textur grosier palierul de valori se restrnge de la foarte mic (30) pn la 121-160 t/ha. Pentru solurile situate sub pajiti sau sub vegetaie forestier textura nu mai constituie un criteriu de departajare a solurilor dup rezerva de humus, clasele situndu-se n intervalul 30 (foarte mic) 300 t/ha (extrem de mare). Importana humusului n circuitul elementelor Transformarea materiei organice din sol este n strns legtur cu mobilizarea unor elemente precum C, N, P i S n soluia solului sau adsorbia din soluie, cu eliberarea sau fixarea unor gaze (CH4, CO2, NO2, NO). Prin urmare, degradare humusului induce dezechilibre n circuitul elementelor nutritive. Substanele humice pot aciona asupra mineralelor prin disoluie. Sparks, citndu-l pe Schnitzer (1986) precizeaz c acizii humici i fulvici la pH 6,5 pot ataca i degrada mineralele, formnd complexe metalice solubile sau insolubile n ap. Astfel, acizii humici pot extrage metale din galen (PbS), piroluzit (MnO2), calcit (CaCO3), dar i din ali compui. Acizii humici, componeni ai materiei organice, au rolul de a limita ndeprtarea pe profil a metalelor grele sau unor substane toxice cum sunt pesticidele i xenobioticele. Starea de oxidare sau de reducere a S, C, N, 0, S, Fe, Mn, Cu, Zn, dar i a altor elemente controlez solubilitatea i accesibilitatea multor nutrieni pentru plante. Ionii n form redus sunt de obicei mai solubili, deci au accesibilitate mai ridicat pentru plante. Circuitul i stocul C organic n sol Formele C n sol n sol carbonul apare sub form de C organic i anorganic i, mpreun cele dou componente formeaz carbonul total. Carbonul organic constituie component al substanelor humice i nehumice. Carbonul anorganic face parte dintr-o serie de compui rezultai prin pedogenez sau motenii. n solurile din zonele de step, din cele semiaride i aride C anorganic se gsete sub form de carbonai de calciu ((CaCO3) i magneziu (MnCaCO3)2). Sursele de C n sistemul terestru Carbonul intrrile-ieirile. La nivel planetar, rezerva de C organic din sol (2.500 pG) ocup locul al doilea dup cea a oceanului planetar (30.000 Pg) i este de tei ori mai mare dect a atmosferei (750 Pg) i de aproximativ cinci ori mai mare dect cea stocat n organismele vii. La nivelul solului, descompunerea reziduurilor organice este caracterizat, n general, prin pierdere de C sub form de CO2, dar pe parcursul humificrii o parte din C organic este ncorporat n humus. Se apreciaz c din C rezultat din reziduurile plantelor este reinut n sol, dar diferenele sunt date, n cazul solurilor cultivate, de tipul culturilor. Astfel, intrrile de C n sol prin intermediul rdcinilor poate s varieze de la 5% n cazul

12

unor culturi pn la 40% n cazul plantelor perene cu rdcini profunde. n situaia agriculurii de subsisten, unde prile aeriene ale plantelor sunt utilizate n alte scopuri, iar aplicarea de ngrminte organice este minim, rdcinile plantelor constituie cea mai important surs de C pentru sol. Acumularea carbonului anorganic n sol este datorat alterrii in situ a depozitelor care conin carbonai, cum este cazul loesurilor i depozitelor loessoide, la care se adaug, cu o pondere redus, depozitarea la suprafaa solului a particulelor minerale, transportate eolian. Antropic, CO2 provine din arderea combustibililor fosili, iar concentraia acestuia n atmosfer a crescut continuu n ultima sut de ani, fiind unul din cele trei gaze cu efect de ser. Dup 1950, n S.U.A., peste 75% din creterile anuale ale concentraiei CO2 au provenit din modificrile modului de utilizare al terenurilor, expansiunii agriculturii i cultivrii solurilor, pondere care dup1990 s-a redus la 20%, cauzele fiind cultivarea solului i practicele agricole. Stocarea C organic n sol se face prin trei mecanisme: stabilizarea fizic,chimic i biologic a materiei organice n sol. Circuitul carbonului este un circuit biogeochimic i reprezint micarea carbonului, sub diferitele sale forme ntre componentele geosistemului (biosfera, atmosfera, hidrosfera, solul) incluznd i sursele antropice. Compuii carbonului, mai ales CO2, sub form anorganic sau organic sunt transferai ntre diversele componente ale geosistemului. CO2 este adsorbit de ctre plante din atmosfer, n timpul fotosintezei, etap denumit producie primar i este eliberat napoi n amosfer n timpul respiraiei. n timpul fotosintezei plantele transform CO2 atmosferic n C organic, necesar creterii plantelor. C din plante intr n sol prin intermediul radcinilor sau prin ncorporarea materialului vegetal n sol. La finele ciclului de via, resturile plantelor sunt transformate de ctre microrganisme, perioad n care o mare parte din C organic este eliberat n atmosfer sub form de CO2. n unele situaii, n condiii anaerobe metanul este produs de ctre microorgansme, dar n condiii de aerobioz microorganismele consum CH4. Aproximativ 7 % din C atmosferic este reciclat de ctre plante i prin respiraia microorganismelor. Prin urmanare cele dou componente biotice au rol intermediar ntre intrrile i ieirile C din sol. Schimbul CO2 se realizeaz ntre atmosfer i oceane: CO2 dizolvat n apa oceanelor este utilizat de componetul vegetal n procesul de fotosintez. n cadrul geosistemului, C din solul are un rol important att prin rezervele ct i prin fluxurile din plant-sol-atmosfer.

13

Figure 1 Mecanismul stocrii C organicn sol (De Nobili et al., 2009, p192) Factorii perturbatori ai circuitului C n sol Schimbarea modului de utilizare al terenurilor poate induce modificri ale circuitului C n sol. Aceasta poate poate fi consecina aciunilor directe ale omului, rezultate din necesarul de hran sau de materii prime pentru industrie i se concretizeaz n deselenirea i cultivarea solurilor, despdurirea, drenarea solurilor cu exces de umidiate sau ale celor organice. n alte situaii, circuitul carbonului poate fi perturbat de inundaii sau incendii. Incendiile de pdure sunt mai frecvente n regiunea mediteranean. n urma acestora biomasa i litiera este distrus, afectnd circuitul carbonului i rezultnd cabonul negru. Distribuia C pe profil, pe tipuri de sol i pe tipuri de ecosisteme Pe profilul de sol coninutul de carbon este mai mare n orizontul bioacumulativ i se reduce considerabil odat cu adncimea. Valorile cele mai ridicate ale carbonului n sol sunt asociate cu descompunerea lent a materiei organice n condiiile excesului de umiditate sau al temperaturilor reduse. Comparativ cu rezerva de carbon organic, forma anorganic are o pondere mai redus n solurile din climatele umede dar mai mare n cel semiaride i aride. Prin urmare, carbonul anorganic are o pondere mai mare n calcisoluri, cernozemuri i vertisoluri. Raportat la celelalte componente ale sistemului terestru, rezerva de C organic din sol este de 3 ori mai mare dect n atmosfer i de 3,7 ori mai mare dect n componentul biotic.

14

Strategii pentru conservarea humusului i C organic n sol n ultimul timp, n literatura de specialitate se manifest interesul privind stocarea C n sol, aceasta putnd fi calea pentru reducerea gazelor cu efect de ser i pentru diminuarea nclzirii globale. Conservarea rezervei de humus i a stocului de C organic au la baz o serie de practici agricole comune. Acestea care au n vedere conservarea materiei organice din sol, iar celemai comne sunt: rotaia complex a culturilor, n special acelea care las n sol cantiti ridicate de reziduuri; reducerea lucrrii solului; utilizarea unei varieti de amendamente organice. Reducerea lucrrii solului implic diminuarea numrului de treceri ale utilajelor agricole pentru a permite dezvoltarea plantelor de cultur ntre prima i a doua artur, cultivarea fr artur i mprtierea la suprafaa solului a reziduurilor plantelor de cultur. Aceste practici au efecte directe n creterea stocului de C organic i pentru protejarea solului la eroziune. Rotaia complex a culturilor Studiile au demonstrat c declinul materiei organice este mai accentuat n cazul terenurilor cultivate intens fa de cele pe care se practic semnatul direct. Aspecte economice i politice Protocolul Kyoto confirm faptul c utilizarea terenurilor i schimbrile n utilizarea acestora precum i activitile n domeniul forestier au un rol important n stabilizarea concentraiei gazelor cu efect de ser la un nivel care s nu creeze pericole. Diminuarea biologic a gazelor cu efect de ser poate realiza pe trei ci: conservarea rezervelor de carbon (prin evitarea despduririi), creterea rezervelor (prin mpduriri) i nlocuirea combustibiilor fosili. Departamentul de Energie al SUA ia n considerare ncluderea n preul combustibililor i un pre al carbonului. Prin urmare, preul crbunelui va fi mai mare dect cel al petrolului i gazelor naturale iar energia rezultat din acesta va costa mai mult comparativ cu celelalte surse, care au un coninut redus n carbon. Romnia a ratificat Protocoloul Kyoto (2001), care intr n vigoare din 2005 i prin care se oblig s reduc emisiile gazelor cu efect de ser cu 1,2%. Managementul reziduurilor Managementul rezidurilor este unul din obiectivele majore ale agriculturii vis a vis de problema conservrii stocului de humus. n general, dup recoltare reziduurile vegetale sunt incendiate pe cmp, sunt transformate n furaje sau sunt utilizate ca materile de construcie. Prin aceste practici stocul de materie organic se diminueaz. Cantitatea paielor rezultate n urma recoltrii depinde de tipul cerelelor i de condiiile climatice. Cereale precum orzul, grul i secara au tendina de a produce cantiti mari de paie care nu se descompune n mod substanial n timpul treieratului. Managementul corect al acestor reziduuri este o condiie pentru semnatul direct. Incendierea paielor dup recoltare diminueaz mai mult coninutul n materie fa de cel rezultat prin ncorporare direct prin artur. Conservarea C n sol

15

Capacitate unui sol de a conserva C organic depinde de factori naturali cum ar fi tipul de sol i condiiile climatice i de factori antropici i, n acest caz modul de utilizare al terenurilor, arotehnica i tipurile de plante cultivate au rol important. Strategiile de conservare a stocului de C urmresc diminuarea concentraiei C n atmosfer i acumularea acestuia n rezervoarele naturale, pentru o perioad lung de timp. n prezent, strategiile de conservare a stocului de C pot fi grupate n dou categorii: biotice i abiotice. Conservarea C pe cale biotic implic conversia CO2 atmosferic n biomas i transformarea unei pri din aceasta (10-2%) n carbon organic n sol. Abiotic, conservarea C anorganic se poate face prin comprimarea CO emis de unitile industriale i injectarea acestuia n stratele geologice sau n adncul oceanelor. Pe lng posibilitile de stocare a C prezentate anterior amintim i procesele de disoluie ale CO atmosferic i formarea, prin procese pedogenetice a carbonailor de Ca2+ i Mn2+, care nseamn, n final, stocarea C anorganic n sol. Din cele de mai sus rezult c n sol C poate fi stocat la partea superioar (n primii 10 sau 30 cm) sub form de C organic de numr mare de tipuri de sol, iar la partea inferioar, numai de anumite tipuri, sub form de C anorganic. Agricultura este considerat ca fiind una din ramurile economice care genereaz gaze cu efect de ser. Solul poate fi utilizat ca mijloc de a stoca i de a diminua riscul efectelor gazelor cu efect de ser. n acest sens, cel mai bune practici sunt cele de conservare a cultivrii solului. Efectele dinamicii stocului de C din sol asupra componentelor geosistemului Materia organic din sol reprezint cel mai important rezervor de C al mediului terestru, iar schimbarea modului de utilizare al terenurilor determin modificri ale coninutului de carbon din sol, influennd fluxurile de CO2 spre i dinspre atmosfer. Unele practici agricole pot duce la creterea stocului de carbon din sol dup cum altele detemin diminuarea acestuia. 1.4. Deficiena i Poluarea solurilor n zonele utilizate agricol i forestier. Poluarea cu metale grele 1. Sursa metalelor grele n zonele agricole i forestiere i factorii care accentueaz poluarea a. Apropierea de oraele industrializate b. Utilizarea irigaiilor cu ape contaminate c. Utilizarea nmolurilor d. Chimicale (ngrminte, fungicide, erbicide) e. Accidente tehnologice 2. Consecinele polurii solurilor cu metale grele a. Riscurile induse de mobilitatea metalelor grele pe profil. Cauze i consecine asupra celorlalte componente ale mediului. b. Cauzele care favorizeaz migrarea metalelor grele pe profil (cauze interne ale soluluisorbie, pH, textura, mineralogia, cauze externe) c. Consecine economice, sociale, politice 3. Msuri pentru diminuare a polurii solurilor cu metale grele 4. Poluarea solurilor din domeniul agricol i forestier cu metale grele n Europa i pe glob.

16

5. Poluarea solurilor cu metale grele n Romnia. 1. Sursa metalele grele n zonele agricole i forestiere i factorii care accentueaz poluarea a. Apropierea de oraele industrializate Adesea poluarea solului cu metale grele se realizeaz prin intermediul mai multe ci de transport (ap i aer), dar n acelai timp i sursele de poluare sunt diferite. Aceast situaie este specific zonelor rurale, limitrofe marilor metropole ale lumii, situate pe direcia dominant a vntului (Beijing). Oraele puternic industrializate, n care o pondere important revine siderurgiei, industriei neferoase, ramurilor contructoare de maini i industriei chimice afecteaz localtile rurale din apropiere, iar unul din efecte este adesea poluarea solului cu metale grele. n Romnia, unul din cele mai cunoscute exemple de poluare este cel de la Copa Mic, unde s-a dezvoltat industria metalurgic (Pb, Z i aliaje aur-argint) i chimic (negru de fum) i care are un impact deosebit prin gradul depoluare dar i prin suprafaa agricol i forestier afectat. Amplasarea acestui obiectiv industrial n lunca Trnavei Mari i canalizarea maselor de aer pe direcia NE-SV a favorizat poluarea n lungul vii, aspect confirmat de prezena poluanilor n organele vegetative. Dumitru precizeaz c poluarea afecteaz trenurile din cusul inferior al rului Visa, alfuent al Trnavei Mari, pn la eica Mare. b. Utilizarea irigaiilor cu ape contaminate Utilizarea apelor uzate poate constitui o alternativ pentru irigaii n contextul diminurii resurselor de ap potabil, avnd avantajul unui coninut ridicat n nutrieni dar au dezavantajul coninutului n sruri i metale grele. Utilizarea apelor reciclate implic cunoaterea sorbiei i desorbiei metalelor grele. n cazul regiunii Daxing, situat la sud de Beijing poluarea solurilor cu metale grele (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd, Ni, Hg i Co) s-a realizat prin aplicare irigaiilor cu apele din trei ruri (Liangshui, Xinfeng i Fenghe), contaminate cu ape uzate dar i cu particule transportate prin intermediul aerului, avnd ca surs industria din oraul Beijing. c. Utilizarea nmolurilor Una din practicile agricole este aplicarea nmolurilor rezultate de la staiile de epurare ale apelor uzate n scopul mbuntirii caracteristicilor chimice ale solului, iar solul are funcie de sistem epurator. Dezavantajul utilizrii nmolurilor de la staia de epurare a oraului Bucreti au constat n poluare slurilor cu metale grele (Cu, Pb, Zn s.a.), scderea valorii pH-ului, iar creterea producie la ha nu a fost semnificativ. d. Accidente tehnologice Poluarea accidental prin rupera unor iazuri de decantare duce adesea la poluare solurilori implicit a freaticului. n Romnia sunt cunoscute accidentele rezultate prin ruperea iazurilor de decantare din zonele miniere care au generat poluarea accidental a solurilori apelor. Prin ruperea iazului de decantare de la Boznda Mare (jud. Maramure) (30.01.2000) au fost inundate 25 ha teren agricol cu ape care conineau cianuri i metale rele i peste 100.000m3 de ap poluat au ajuns n rul Lpu.

17

2. Consecinele polurii solurilor cu metale grele a. Riscurile induse de mobilitatea metalelor grele pe profil. Cauze i consecine asupra celorlalte componente ale mediului. Riscul mobilizrii plumbului din sol n freatic se poate realiza prin aplicarea irigaiilor a cror sedimente conin metale grele, prin folosirea apelor uzate n irigaii, prin aplicarea de nmoluri n scopul fertilizrii solurilor. Solubilitatea i accesibilitatea Cu n plant depinde de pH-ul solului. Solubilitatea cuprului crete de aproximativ 100 ori pentru fiecare unitate de pH mai mic, dar pentru pentru intervalul pH-ului 4-7. Accesibilitatea cuprului este dependent de coninutul n fosfor, zinc i mangan, valori ridicate ale P n sol determin relaii antagoniste cu elementele anterior amintite. Poluarea solurilor cu metale grele duce la diminuarea biomasei aeriene, creterea acumurii acestora n partea comestibil a plantelor. Aciunea poluatoate a metalelor grele asupra organismelor se manifest diferit. De exemplu, creterea concentraiei n Cu diminueaz numrul de plante rsrite, iar n cazul Cd-ului s-a constata scderea indicelui de colonizare cu nematode (cu 99,5%). Fitotoxicitatea metalelor grele asupra plantelor se manifest diferit n funcie de caracteristicile solului i tipurile de plante cultivate. b. Cauzele care favorizeaz mobilitatea metalelor grele pe profil (cauze interne ale solului, cauze externe) Mobilitatea metalelor grele pe profil depinde de o serie de caracteristici ale solului cum ar fi coninutul n argil, materie organic, reacia solului. Astfel imobilizarea metalelor grele la partea superioar a solului este condiionat de capacitatea de reinere ridicat a argile i de prezena humusului. n cazul platformei industriale de la Copa Mic elementele care polueaz solul sunt Pb, Cd, Zn i Cu care depesc de cel puin dou ori valorile normale. Consecin a coninutului ridicat n metale grele i a emisiilor acide, vegetaia forestier a fost deteriorat favoriznd instalarea proceselor de eroziune. n acest context, solurile caraterizate prin capacitate de schimb cationic redus, textur luto-nisipoas i coninut sczut de materie organic determin valori ridicate ale formelor accesibile de metale grele, care pot fi translocate n plante sau levigate. Migrarea metalelor grele pe profil se face difereniat, n funcie de gradul de mobilitate iar n apropierea sursei, n perioada de funcionare n parametri normali ai combinatului, poluanii au ajuns la 20-30 cm (n orizontul eluvial). Prin aplicarea de nmol pentru ameliorarea calitii solurilor se constat adesea creterea concentraiei metalelor grele n orizontul de suprafa. Cromul are are o mobilitate foarte mic, iar compuii cromului (Cr III i VI) precipit rapid n solurile calcaroase, mobilitate redus fiind caraceristic i pentru cadmiu. n literatura de specialitate se prezint cazuri de deplasare a Pb-ului n freatic, prin irigarea cu ape uzate, cauza deplasrii fiind: cantitate ridicat de sedimente, capacitate de sorbie a solului sczut (materie organic i argil n proporie redus, pH acid) i doze ridicate de ape aplicate prin irigare. 3. Msuri de diminuare a polurii solurilor cu metale grele

18

Pentru a diminua mobilitatea metalelor grele pe profil i bioacumularea acestora se utilizeaz tehnici precum: adsorbia la suprafaa mineralelor, formarea complecilor stabili cu componeni organici, precipitarea la suprafa i schimbul ionic, precipitarea srurilor i coprecipitarea. 4. Poluarea solurilor din domeniul agricol i forestier cu metale grele n Europa i pe glob. Baza european de date pentu soluri (1:1.000.000), parte component a Sistemului informatic a Solurilor Europei, include n cei opt parametri monitorizai i trei metale grele (plumb, cadmiu i mercur). 5. Deficiena i poluarea solurilor cu metale grele n Romnia. Efectele polurii industriale asupra zonelor agricole limitrofe Distribuia plumbului n solurile agricole din SV Romniei, pentru intervalul de adncime 20-60 cm indic concentraii mai ridicate n cazul luvisolurilor i vertisolurilor fa de aluviosoluri i psamosoluri. Coninutul de cupru n solurile agricole din Romnia este variabil, dar cele mai frecvente valori se nscriu n intervalul 3-42 ppm, excepie fac plantaiile viticole unde valorile ajung la sute de ppm. Coninutul n Cu cunoate unele diferenieri n funcie de textura solului. Astfel, solurile argiloase sunt mai bine aprovizionate cu acest microelement fa de cele nisipoase i organice. Valorile ridicate ale cuprului n sol sunt determinte de impactul unor activiti industriale i prin folosirea nmolurilor de la staiile de epurare a apelor uzate. Fitotoxitatea cuprului se manifest prin diminuarea fitomasei, iar n cazul omului att toxitatea ct i deficiena n cupru se manifest rar. Fitotoxicitatea cupric se manifest la solurile cu pH 6, la plantele cu nrdcinare superficial cultivate printre rndurile de vi de vie. Ovinele au susceptibilitate mare la toxicitatea de Cu, iar sursa poat fi prezena acestui element n vegetaia ierboas ca urmare a utilizrii fertilizanilor i pesticidelor. Deficiena cuprului n sol se manifest la animale care puneaz prin hipocuproz. Deficiena primar se manifest n puine cazuri, cel mai adesea aceasta este cauzat de prezena unor concentraii ridicate n Fe, Zn, Cu, Pb, Cd, Mn i mai ales de Mo. Cadmiul (Cd) apare cel mai frecvent n natur sub form de CdS, dar poate forma hidroxizi cu azotul, complexe cu sulful i clorul. Cadmiul este utilizat n activiti economice, dar n solurile utilizate agicol poate s apar n urma aplicrii ngrmintelor fosfatice a nmolurilor de la staiile de epurare i a apelor uzate. n condiii naturale cele mai ridicate concentraii n Cd se regsesc n solurile formate pe roci sedimentare (0,3-11 ppm), valori intermediare sunt specifice rocilor metamorfice i cele mai mici, materialelor parentale provenite prin alterarea rocilor vulcanice. Cd nu este un element esenial n nutriia plantelor, accesibilitatea cestuia este influenat de o serie de caracteristici ale solului precum pH, capacitateade schimb cationic, potenialul redox, material organic. Acumularea cadmiului n plante peste limita maxim admis (0,01-0,07 mg/kg n Romnia) determin intoxicaii cronice, dat find faptul c acest element este mult mai toxic dect alte metale (Pb, Zn, Cu) la concentraii mai mici. n literatura de specialitate este prezentat intoxicaia cu cadmiu din Japonia (boala itai-itai).

19

Poluarea cu pesticide Poluarea cu pesticide implic acumularea n sol a unor substane chimice utilizate n tratamentele plantelor cultivate. Acumularea n sol a pesticidelor se pace fie prin acumularea direct la suprafaa solului fie prin intermediul vectorilor cum este cazul precipitaiilor, prafului atmosferic i componentului biotic. Persistena pesticidelor n sol depinde de tipul de sol, coninutul de materie oganic i argil, tipul coloizilor, microflora i microfaunadin sol, circulaia apei i aerului, practicile agricole, expunere la vnt, soare, precipitaii i temperatur. Solurile spaiului urban (caracteristici, utilizare, management, degradare i poluare). Soluri atropice 2.1 Caracteristicile solurilor aferente spaiului urban 2.2. Taxonomie 2.3. Degradarea fizica 2.3.1. Eroziune 2.3.2.Compactare, coninut n oxigen i ptrunderea rdcinilor 2.3.4. Pulberi 2.3.5. Modificarea profilului n arealul construciilor 2.3.6. Saturarea cu ap, potenialul redox 2.3.7. Caracteristici termice 2.4. Poluarea chimic 2.4.1. Poluarea cu metale grele. 2.4.2. Poluarea solurilor din municipiul Iasi. Studiu de caz. 2.4.3. Poluani organici 2.5. Politici urbane n domeniul resurselor de sol 2.5.1. Urbanizarea i degradarea solurilor limitrofe spaiului urban

Soluri atropice2.1. Caracteristici generale ale solurilor urbane Solurile din arealele urbanizate se difereniaz semnificativ fa de cele din zonele agricole. Paricularitile celor dinti rezult din activitile specifice spaiului urban (excavri, copertri, activiti industriale etc.), care genereaz diferite tipuri de deeuri, poluani, ape reziduale etc. i care contribuie la modificarea proprietilor fizice i chimice ale solurilor. Dac solurile agricole ocup suprafee ntise i o tipologie variat solurile urbane sunt mai restrnse areal i pot avea o serie de caracteristici comune materializate n modificarea morfologie i caracteristicilor chimice. Cnd se face referire la soluri urbane nu sunt excluse localitile rurale, dar care au cunoscut etape succesive de evoluie i ale cror soluri sunt profund modificate. Sintagma de soluri urbane este relativ nou, prima conferin a solurilor urbane a avut loc n Germania (2000, la Essen) iar ultima s-a desfurat n SUA (2009, la New York). Problematica solurilor urbane a evoluat continuu, una din problemele care sau gsit continuu pe agenda conferinelor a fost poluarea solurilor. Ultima conferin a avut trei teme: metodologia studierii solurilor urbane i modificate (descrierea solurilor, tehnici de prelevare a solurilor, clasificarea solurilor, metod SIG etc.), impactul urbanizrii asupra

20

resurselor de sol (modificri fizice i chimice ale solurilor urbane etc.) i solurile urbane n sprijinul ecosistemelor (solurile urbane i plantele, soluri urbane i hidologie, solurile urbane i sntate omului etc.). Mediul urban este unic, n sensul c acesta a fost modificat astfel nct s aib capacitatea de a susine un numr mare de locuitori, diferenindu-l de un sistem natural care nu dispune de acest potenial. Problemele generate de urbanizare sunt: diminuarea resurselor de sol n favoarea suprafeelor construite (cldiri, osele etc.), incluziunea de materiale alohtone, poluarea direct sau indirect prin intermediul apei i aerului, care sunt pri constituente ale solului, pierderea biodiversitii, modificri microclimatice etc. Este firesc ca solurile din arealele urbane s poarte amprenta evoluiei tehnice i, cel mai adesea solurile poligenetice pstreaz la baz urmele (artefacte) evoluiei din perioada rural, care n funcie de vechimea aezrii se pot gsi (sau nu) ngropate la adncimi variabile sub solul actual. Urmele unor orae vechi cum ar fi Ur (Irack) se nal cu 8-10 m deasupra zonei nconjurtoare, iar movila rezultat este format din fragmente de crmid i deeuri rezultate din activitile antropice. Aceeai configuraie morfologic se regsete uneori i n cazul haldelor de deeuri (gropilor de mprumut), dar materialele parentale sunt diferite (garbice). 2.2. Taxonomie n WRB (2006) solurile modificate antropic prin alte activiti tehnice se numesc tehnosoluri. Acestea se caracterizeaz prin: prezena incluziunilor (artefacte) de origine antropic n cadrul profilului; ale fragmentelor de materiale dure (crmid, beton etc.) rezultate din activiti de construcie care pot s apar din primii 5 cm i s acopere, n mare msur, suprafaa solului; materialelor parentale antropogene provenite din activiti industriale (halde i sedimente rezultate prin exploatri miniere); prezint permeabilitate redus pn la impermeabil i pot fi identificate geomembrane n cadrul profilului (de la 100 cm adncime). 2.4.1. Poluarea cu metale grele. Cadru general Metalele grele apar n scora terestr n concentraii diferite n funcie de tipologia rocilor. De exemplu bazaltele conin mai multe metale grele, n concentraii diferite (Co, Cu, Zn, Ni, V, Cr, Sr i Ti) n timp ce peridotitele au o concentraie mai ridicat n Cr i Ni, dar sczut pentru altele. Este cunoscut faptul c unele metale (microelemente) precum cromul (Cr), cobaltul (Co), cuprul (Cu), fierul (Fe), zincul .a. au rol important n multe procese biologice, inclusiv pentru om, n timp ce cadmiul (Cd), arsenicul (As), plumbul (Pb) sau mercurul (Hg) nu au importan biologic i sunt toxice n anumite concentraii. Unele dintre acestea (Cr, Cu, Ni i Zn) au toxicitate mai mare pentru plante dect pentru animale, deoarece la concentraie ridicate plantele mor. 1. Ce nseamn metale grele? Termenul de metale grele se refer la metalele care au o densitate mai mare de 5 g/cm3 incluznd metale sau metaloide asociate cu fenomenul de poluare i toxicitate, dar includ i elemente care sunt preluate de organisme, dar n concentraii mici. Metalele grele

21

sunt toxice cnd ionii acestora sunt accesibili pentru plante sau se gsesc n freatic, n concentraie mai mare dect n solurile nepoluate. Pentru a se evita confuzia cu termenii oligoelemente sau microelementele (trace elements sau trace metals), trebuie precizat c cele din urm apar n esuturile plantelor i animalelor n concentraie de 0,01% din organism, microelementele includ un grup restrns de elemente necesare dezvoltrii plantelor (Zn, Mn, Cu, Fe, Mo i B la care se adaug Cl). Macroelementele asigur nutriia plantelor i se gsesc adesea n sol n cantiti suficiente. 2. Care sunt acestea? Din 92 de elemente ntlnite n natur 30 de metale i metaloide sunt potenial toxice pentru om Be, B, Li, Al, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, As, Se, Sr, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, W, Pt, Au, Hg, Pb i Bi p 35). Metalele grele care polueaz solul i care au efecte negative asupra componentelor mediului i asupra omului sunt: arsenicul (As), plumbul (Pb), mercurul (Hg), cadmiul (Cd), fierul (Fe), aluminiul (Al), cuprul (Cu), cromul (Cr), nichelul (Ni), cobaltul (Co), zincul (Zn). n natur sunt cunoscut 17 metale (Al, B, Br, Cl, Co, Cu, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Rb, Si, Ti, V i Zn) care au rol esenial pentru dezvoltarea plantelor, cteva sunt importante numai pentru cteva specii iar altele au rol n stimularea creterii, dar funcia acestora nc nu este recunoscut. 3. Deficien i toxicitate Relaia dintre elementele chimice, iar n cazul de fa dintre metalele grele prezente n mediul terestru natural sau antropizat i organisme poate fi dat de bioaccesibilitate. Bioaccesibilitatea unui element chimic definete relaia dintre concentraie respectivului element n mediul terestru i concentraie dintr-un receptor (organism), provocnd efecte pozitive sau negative. Riscul apariiei unor maladii ca urmare a toxicitii metalelor grele depinde n primul rnd de bioaccesibilitatea elementelor. n general, dac microelementele au origine geogen bioacumularea este mult mai redus dect cele de origine antropic. Prin urmare, n cazul studiilor de poluare este important separarea surselor, studiul concentrrii acestora cu adncimea i apoi mobilitatea elementelor. n literature de specialitate exist mai multe clasificri ale modului n care metalele influeneaz organismele pe baza importanei i toxicitii acestora. Astfel Nordberg difereniaz metalele n trei categorii: eseniale, benefice i duntoare n timp ce Lykholat Elena difereniaz patru categorii: eseniale (fier, cupru, zinc, magneziu, crom, seleniu, molibden, iod i cobalt), convenional eseniale (bor, brom, fluor, litiu, nichel, siliciu i vanadium), toxice (aluminiu, cadmiu, plumb, mercur, beriliu, bariu, bismuth) i potenial toxice (taliu, aur, indium, rubidium, argint, titan, uraniu, stroniu i zircon). Acumularea oligoelementelor, n special a metalelor grele n sol diminueaz funciile solului, inducnd toxicitate pentru plante i contaminnd circuitul alimentelor. Metalele grele au prezint risc asupra sntii omului cnd intr n lanul alimentelor sau cnd ajung freatic. Expunere omului la elemente precum Cd, Cr (VI) i Ni duce a apariia unor forme de cancer. Efectele negative asupra sntii omului sunt date de particulele de sol antrenate de la suprafaa solurilor poluate. Schwartz, J., Neas, L.M., (2000) citai de Karanasiou et al.

22

(2007) apreciaz c particulele cu diametru sub 2,5 m au efecte mai intense aspra respiraiei dect particule cu dimensiuni mai mari, iar prezena metalelor implic efecte toxice asupra oragnismului uman. 2.4.1. Poluarea cu metale grele Plumbul. Sursele plumbului Plumbul n crusta terestr are o concentraie medie de 20 mg/kg. Fa de aceast medie distribuia difer areal fie datorit cauzelor naturale fie ca urmare a ifluenelor antropice. Sursele naturale sunt reprezentate prin alterarea unor roci i emisii vulcanice. n mod obinuit abundena Pb indic tendina concentrrii n seria acid a rocilor magmatice i n sedimentele argiloase unde valorile se ncadreaz n intervalul 10-40 ppm i se diminueaz n rocile ultramafice i n sedimentele calcaroase. Majoritatea specialitilor consider sursele antropice ca fiind reprezentate de unele ramuri ale industrie feroase i neferoase, chimice i petrochimice, activiti miniere, iar n agricultur intr n componena unor fungicide. Plumbul este emis de motoarele cu combustie intern, ca urmare a catalizatorilor adugai n combustibil, la care se adaug Pbul rezultat din arderea combustibililor fosili i din incinerarea deeurilor. n trecut Pb avea o ntrebuinare mult mai larg dect n prezent, fiind folosit la confecionarea conductelor pentru ap, baterii pentru autovehicule, vopsele pe baz de Pb etc. Datorit utilizrii n industrie consumul de Pb a crescut ncepnd din 1970 i s-a estimat consumul rilor din Europa Central i de Est ca fiind 21% din total. Plumbul n sol Pb n sol rezult din alterarea materialelor parentale i n msur mai mic din pulberile de origine vulcanic, transportate eolian la care se adaug Pb de origine antropic. La nivel global concentraia medie a Pb-ului n partea superioar a solului are o valoare medie de 25 ppm, cele mai mici valori nu depesc 20 ppm, iar cele mai ridicate concentraii >100 ppm n ri precum Danemarca, Japonia i Marea Britanie, fiind asociate, cel mai probabil, cu poluarea antropic. n SUA solurile necontaminate au un coninut n Pb sub 50 ppm dar n multe localiti urbane acesta depete 200 ppm, dar standardele EPA1 pentru Pb stabilete valori de 400 ppm n zone rezideniale i de joac pentru copii i 1.200 ppm n cele fr activiti. Pb-ul are o concentrare mai ridicat n partea superioar a profilului, respectiv n orizontul bioacumulativ, fiind reinut puternic de humusul de la partea superioar a profilului. Acest fapt este datorat n mare msur solubilitii reduse i rezistenei la degradarea microbian. n zonele temperate i boreale coninutul n Pb depete valoare medie, fapt confirmat de solurilor hidromorfe din Weastfallia formate pe isturi cristaline. Pb n sol formeaz compleci cu materia organic i cu mineralele argiloase ceea ce limiteaz mobilitattea acestuia, n acest fel este diminuat transferul acestuia n sistemele acvatice. Pb devine mobil n cazul solurilor contaminate care au textur nisipoas, pH acid i coninut redus n mater organic. Trecerea Pb din sol n soluie se realizeaz la pH 5-6, dar numai o fraciune redus este solubil n ap (0.2-1%). Diferenele urban-rural n distribuia plumbului

23

Studiile fcute pn n prezent evideniaz valori mai mari ale concentraiei Pb-ului n solurile din mediul urban fa de arealele periurbane, consecin a emisiilor de la autovehicule i industrializrii mai intense a oraelor. n cadrul spaiului urban poluarea cu Pb este diferit n funcie de gradul de dezvoltare al unor industrii, concentrarea traficului rutier n lungul unor ci prefereniale i relaia acestora cu factorii naturali i cei antropici. n general, studiile referitoare la poluarea cu Pb n zonele urbane indic secvena: parcuri