Επίδραση του στοιχειακού θείου στην κινητοποίηση σιδήρου από την οργανική ουσία ασβεστούχου εδάφους καλλιεργούμενου με σιτάρι

Abstract

Το θέμα της εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης του στοιχειακού θείου στην κινητοποίηση του σιδήρου από την οργανική ουσία ασβεστούχου εδάφους καλλιεργούμενου με σιτάρι. Το στοιχειακό θείο προστέθηκε με την βασική λίπανση ως υλικό επικάλυψης του κόκκου του λιπάσματος με εφαρμογή λιπάσματος ειδικού τύπου με την επωνυμία «Sulfogrow®», της εταιρείας Sulphur ΕΛΛΑΣ, σε εμπορική καλλιέργεια σκληρού σίτου. Με αυτή την τεχνολογία οι κόκκοι του συμβατικού λιπάσματος, φέρουν εξωτερικά μια συγκολλητική ύλη οργανικής φύσης και So σε ποσοστό 2%. Αυτό σημαίνει ότι στα 100 kg συμβατικού λιπάσματος προστίθενται δύο κιλά σκόνης στοιχειακού θείου. Αυτή η ποσότητα είναι πολύ μικρή για να θεωρηθεί ότι το προστιθέμενο στοιχειακό θείο θα λειτουργήσει ως εδαφοβελτιωτικό. Προσδιορίζοντας τη συγκέντρωση του σιδήρου στο υπέργειο μέρος της φυτείας κατά τη διάρκεια της καλλιέργειας, αυτή βρέθηκε να είναι υψηλότερη στην καλλιέργεια που εφαρμόστηκε Sulfogrow σε ορισμένα χρονικά αναπτυξιακά σημεία. Για να ερμηνεύσουμε το εύρημα και να κατανοήσουμε αν το στοιχειακό θείο του Sulfogrow λειτουργεί ως εδαφοβελτιωτικό, ως λίπασμα ή αλλιώς επικεντρωθήκαμε στο ενεργό ριζόστρωμα και προσδιορίσαμε τις χρονικές διακυμάσεις του pH, της οργανικής ύλης, των χουμικών και του σιδήρου σε αυτό. Στη συνέχεια διακρίναμε την ποσότητα του σιδήρου σε κλάσματα ανάλογα με τα εδαφικά συστατικά στα οποία βρίσκεται. Για το σκοπό αυτό εφαρμόσαμε διαδικασία σειριακής εκχύλισης του σιδήρου από το ριζόστρωμα, και μελετήσαμε τις χρονικές διακυμάνσεις αυτών των κλασμάτων. Η καλλιέργεια που λιπάνθηκε με Sulfogrow παρουσίασε συνοπτικά τις παρακάτω διαφοροποιήσεις ως προς την καλλιέργεια αναφοράς: Την ημέρα 60 η συγκέντρωση του σιδήρου στο κύριο στέλεχος ήταν αυξημένη κατά 75%. Η συγκέντρωση των χουμικών ήταν μειωμένη κατά 15%, τόσο ανά μονάδα μάζας ριζοστρώματος, όσο και ανά μονάδα μάζας της οργανικής ύλης του ριζοστρώματος. Η συγκέντρωση του σιδήρου του προσροφημένου στην οργανική ύλη του ριζοστρώματος ήταν μειωμένη κατά 20%. Η συγκέντρως του σιδήρου που σχετίζεται με τα σωματίδια της αργίλου ήταν μειωμένη κατά 60%. Ο λόγος σιδήρου προς χουμικά παρέμεινε σταθερός. Μεταξύ των ημερών 60 – 110 το pH διατηρήθηκε σταθερό στο 7,8 έναντι του μάρτυρα που παρουσίασε ευρεία διακύμανση. Τα χουμικά ήταν χαμηλότερα κατά -15% έως -10% με τάση μείωσης της διαφοράς με το μάρτυρα. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με τα οξείδια ήταν αυξημένη προοδευτικά έως και -30%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την οργανική ύλη αυξήθηκε προοδευτικά από -20% σε +20%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την άργιλο από -60% ανήλθε στα επίπεδα του μάρτυρα. Ο λόγος σιδήρου προς χουμικά αυξήθηκε προοδευτικά μέχρι και 30% (δηλαδή αυξανόταν ο σίδηρος ανά μονάδα μάζας χουμικών). Κατά τις αγρονομικές επεμβάσεις (ημέρες 146-167) τα χουμικά του ριζοχώματος αυξήθηκαν προοδευτικά μέχρι και 40%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με τα οξείδια ήταν μειωμένη κατά περίπου 25%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την οργανική ύλη ήταν μειωμένη μέχρι και 70%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την άργιλο ήταν αυξημένη κατά 70%. Ο λόγος σιδήρου προς χουμικά ήταν μειωμένος μέχρι και 80%. Κατά τις ημέρες 170 – 230 η συγκέντρωση του σιδήρου στο κύριο στέλεχος ήταν αυξημένη κατά 110% και στα αδέλφια κατά 60%. Το pH επανήλθε στο 7,8 έναντι του μάρτυρα που παρέμεινε στο 7,9. Η οργανική ύλη ήταν σε χαμηλότερα επίπεδα, αλλά μειώθηκε με πιο αργό ρυθμό με αποτέλεσμα να είναι αυξημένη κατά 20% στο τέλος της καλλιέργειας. Τα χουμικά ήταν σε υψηλότερα επίπεδα από 10% έως και 20%. Λόγω των μεταβολών της περιεκτικότητας της οργανικής ύλης στο ριζόστρωμα το τέλος της καλλιεργητικής περιόδου χαρακτηρίστηκε από δραματική μείωση της περιεκτικότητας της οργανικής ύλης σε χουμικά από το +65% στο-15%. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με τα οξείδια από -20% επανήλθε στα επίπεδα του μάρτυρα. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την οργανική ύλη από -70% αυξήθηκε στα επίπεδα του μάρτυρα (ημέρα 190) και ξαναμειώθηκε κατά 50% στο τέλος της καλλιέργειας. Η συγκέντρωση του σιδήρου στο κλάσμα που σχετίζεται με την άργιλο μειώθηκε δραματικά και μετά την ημέρα 190 διατηρήθηκε μειωμένη κατά 30%. Ο λόγος σιδήρου προς χουμικά διατηρήθηκε μειωμένος περί το 30% μετά την ημέρα 190. Το σενάριο που προκύπτει από αυτά τα δεδομένα είναι ότι η ενσωμάτωση στοιχειακού θείου σε ποσοστό μέχρι 2% στην ποσότητα του συμβατικού λιπάσματος, δεν λειτούργησε μεν ως εδαφοβελτιωτικό κατά την παραδοσιακή έννοια της μείωσης του pH, αλλά επέδρασε στα κλάσματα του σιδήρου του ριζοστρώματος καθώς και στο λόγο σιδήρου προς χουμικά. Η δυναμική των μεταβολών του λόγου δείχνει να αποτελεί μέρος της ερμηνείας της δυναμικής συμπεριφοράς του σιδήρου στο υπέργειο μέρος της καλλιέργειας. Το στοιχειακό θείο μετατρέπεται σε θειικά, ένα μέρος από τα οποία ενδεχομένως να ξαναμετατρέπεται σε στοιχειακό θείο με τη συμμετοχή του σιδήρου και των χουμικών. Επειδή όμως το περιβάλλον του ριζοστρώματος είναι οξειδωτικό, ενδεχομένως στις διεπιφάνειες να υπάρχουν τοπικά αναγωγικές συνθήκες δημιουργούμενες από το ριζικό σύστημα. Ένα τέτοιο σενάριο μηχανισμού θα εξηγούσε την παρατεταμένη δράση του Sulfogrow στην αύξηση της ξηρής μάζας του υπέργειου (όπως έχει δειχθεί από άλλη εργασία), οπότε το στοιχειακό θείο φαίνεται ότι μάλλον ενεργεί ως βιοδιεργέρτης άμεσα ή μέσω των χουμικών.

The subject of this dissertation was to study the effect of elemental Sulphur on the iron mobilization from organic matter in calcareous soil cultivated with wheat. The elemental Sulphur was added with the basic fertilizer as a coating material of the fertilizer’s grain with application of special type fertilizer named «Sulfogrow®», of the company Sulphur ΕΛΛΑΣ, in a commercial cultivation of durum wheat. With this technology the grains of the conventional fertilizer, have externally a binder material of organic nature and So in 2% percentage. Which means that in 100 kg of conventional fertilizer, 2 kilos of elemental Sulphur powder are added. That quantity is very small to consider that the added elemental Sulphur will work as a conditioner. Defining the iron concentration of the over ground part of the plantation during the cultivation, it was found to be higher on the cultivation where «Sulfogrow®» was applied on certain development points. In order to interpret this finding and to understand whether the elemental Sulphur of «Sulfogrow®» act as a conditioner, a fertilizer, or otherwise we concentrated on the active root zone and we defined the time fluctuations of pH, organic matter, humic substances and the iron on that. Afterwards, we discerned the iron quantity in fractions based on the soil ingredients on which they are found. For this purpose we applied the sequential extraction procedure of iron from root zone, and we studied the time fluctuations of these fractions. The cultivation which had «Sulfogrow®» fertilizer briefly showed the below differentiations over the control cultivation: On day 60, the iron concentration on the main stem was increased by 75%. The humic concentration was decreased by 15%, as much for unit weight of the root zone, as for unit weight of organic matter of the root zone. The iron concentration of adsorbed organic matter of the root zone was decreased by 20%. The concentration of iron which is appertained to the clay particles was decreased by 60%. The ratio of iron to humic substances remained stable. During days 60-110 pH remained stable to 7,8 over the control which showed a wide fluctuation. The humic were lower by -15% to -10% with a proclivity to decrease the difference with control. The iron concentration appertained to oxides was increased over time up to -30%. The iron concentration of the fraction which is appertained to organic matter was increased over time form -20% to +20%. The iron concentration of the fraction which is appertained to clay from -60% increased to the same levels as the control. The ration of iron to humic increased over time up to 30% (meaning the iron was increased per humic unit weight). During the agronomic treatments (days 146-167), the root zone humics increased over time up to 40%. The iron concentration of the fraction which is appertained to oxides was decreased by approximately 25%. The iron concentration of the fraction which is appertained to organic matter was decreased for up to 70%. The iron concentration of the fraction which is appertained to clay was increased by 70%. The iron ratio of humics was decreased for up to 80%. During days 170-230 the iron concentration of the main stem was increased by 110% and on the siblings by 60%. The pH reverted to 7,8 over control which remained to 7,9. The organic matter was on lower levels, but decreased with a slower ratio which resulted to being increased by 20% in the end of the cultivation. The humics were on higher levels from 10% up to 20%. Because of the changes in the concentration of organic matter in the root zone, the end of the cultivation season was defined by drastic decrease of the concentration of the organic matter in humics from +65% to -15%. The iron concentration of the fraction which is appertained to oxides came from -20% to the same levels as the control. The iron concentration of the fraction which is appertained to organic matter from -70% increased on the same levels as the control (day 190) and decreased again by 50% by the end of the cultivation. The iron concentration of the fraction which is appertained to clay decreased critically and by day 190 remained decreased by 30%. The iron ration to humics remained decreased to 30% after day 190. The scenario which ensues from this data is that the absorption of elemental Sulphur in a up to 2% percentage, in the quantity of the conventional fertilizer, did not work as conditioner by the traditional meaning of decreasing pH, but acted on the iron fractions of root zone and on the iron ration to humics. The dynamic of ratio changes shows to be part of the interpretations of the dynamic behavior of iron on the over ground part of the cultivation. The elemental Sulphur turns to sulphates, a part of which may be turned back into elemental Sulphur with the involvement of iron and humics. Because the root zone environment is oxidizing, on the interfaces may be locally reducing conditions created by the root system. One such procedure scenario may explain the extended action of «Sulfogrow®» on the increase of the dry weight of the over ground part (as shown in another dissertation), so the elemental Sulphur seems to work directly as a biostimulant or through humics.