raport ȘtiinȚific sintetic pentru Întregul proiect · 2017. 10. 13. · 3 ii. obiectivele etapei...
TRANSCRIPT
1
UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ
VETERINARĂ DIN CLUJ-NAPOCA
Str. Mănăştur, Nr.3-5, 400372, Cluj-Napoca, România
Tel. +40-0264-596.384; Fax +40-0264-593.792,
http//www.usamvcluj.ro
RAPORT ȘTIINȚIFIC SINTETIC PENTRU
ÎNTREGUL PROIECT
Contract nr. 19/2015, TINERE ECHIPE DE CERCETARE
PN-II-RU-TE-2014-4-0884
Denumirea Proiectului “Optimizarea funcțiilor solului, producției și eficienței
economice, în condițiile agriculturii conservative
(OPTIMSOIL)”
Etapa I: 2015 – Dezvoltarea sistemului de cercetare interdisciplinar
Etapa II: 2016 – Colectarea datelor, evaluarea și dezvoltarea bazei de date
Etapa III: 2017 – Dezvoltarea scenariilor tehnologie & schimbari climatice
Perioada proiectului: 01.10.2015-30.09.2017
Elaborat de:
Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Cluj (USAMV Cluj)
www.usamvcluj.ro
Director proiect: Asist. Dr. Moraru Paula Ioana,
Director de proiect : Nume şi prenume: Asist. Dr. Moraru Paula
Semnǎtura:
Telefon: 0741135593
Fax: 0264-593792
E-mail: [email protected]
2
CUPRINS
Pag.
Obiectivele generale ....................................................................................... 2
Obiectivele etapei de execuţie III/2017 .......................................................... 3
Descrierea științifică și tehnică, cu punerea în evidență a rezultatelor
proiectului și gradul de realizare a obiectivelor..............................................
4
I. OBIECTIVELE GENERALE
Rezumatul proiectului
Proiectul are ca scop cercetarea si optimizarea functiilor solului, conservarea resurselor de sol
si apa, prin aplicarea sistemelor de agricultura conservativa, securizarea productivitatii culturilor, in
conditii de eficienta si eficacitate. Proiectul aduce impreuna cercetatori doctoranzi si postdoctoranzi,
pentru o cercetare interdisciplinara, intr-o experienta trifactoriala, cu urmatoarele obiective: (i)
dezvoltarea unui sistem de cercetare interdisciplinar: agricultura conservativa–functiile solului-
schimbari climatice; (ii) colectarea si dezvoltarea bazei de date; (iii) dezvoltarea scenariilor
tehnologice raportat la schimbarile climatice. Cercetarile valorifica rezultatele anterioare in domeniul
sistemelor de lucrare, contribuind la dezvoltarea cunoasterii fundamentale in cuantificarea influentei
sistemului conservativ de lucrare şi cantităţii de resturi vegetale, asupra: indicatorilor funcţiilor
solului, productivităţii, randamentului energetic şi eficienţei economice pentru culturile de soia şi
porumb. Variantele experimentale cuprind sistemul de lucrare a solului (convenţional, conservativ cu
lucrări minime, conservativ cu semănat direct), cu trei graduari ale cantitatii de resturi vegetale (50-
80-100%). Rezultatele preconizate: 18 variante experimentale cu sistem interdisciplinar de cercetare,
7 publicaţii in reviste indexate BDI, 2 publicaţii in reviste indexate ISI, contribuie in mod
semnificativ la dezvoltarea resurselor umane tinere implicate in proiect.
Obiective generale:
1. Caracterizarea profilului cultural al solului rezultat in urma lucrarii prin sistemul
convenţional, sistemul conservativ cu lucrǎri minime si sistemul conservativ cu semanat
direct. Caracterizarea calitativa a patului germinativ realizat, in functie de sistemul de
lucrare si factorul resturi vegetale.
2. Determinarea indicatorilor funcţiilor solului: fizicǎ, hidrofizicǎ, agrochimicǎ, biologicǎ,
energeticǎ - a fertilitatii solului, indicatori modificabili prin componentele agriculturii
conservative, (resturile vegetale, cultura din rotatie). Optimizarea regimului energetic si
respirator al solului, în corelaţie cu regimul termic şi hidric.
3. Optimizarea circuitului hidrologic sub aspectul umiditǎţii solului şi evoluţiei spaţio-
temporale a acesteia, înmagazinarea apei in sol, masuri de reactie la fenomenul de
desertificare frecvent in ultimul deceniu, in Campia Transilvaniei.
4. Productivitatea, randamentul energetic si eficienta economicǎ realizate în urma aplicarii
agriculturii conservative în condițiile pedoclimatice din Cȃmpia Transilvaniei.
3
II. OBIECTIVELE ETAPEI DE EXECUŢIE
Etapa III/2017 Dezvoltarea scenariilor tehnologie & schimbari climatice
Termen: 30.09.2017
Obiectivele fazei de execuție au fost următoarele:
- elaborarea unei strategii de conservare a apei în sol
- caracterizarea regimului respirator, termic şi hidric al solului în funcţie de sistemul de
lucrare
- optimizarea productivitǎţii, randamentului energetic şi eficienţei economice în urma
aplicǎrii sistemelor conservative
- elaborarea unui raport final de cercetare
Activitǎţile corespunzǎtoare obiectivelor stabilite au fost:
1. Calcularea rezervei de apǎ.
2. Determinarea permeabilitǎţii solului pentru apǎ.
3. Mǎsurarea conductivitǎţii hidraulice saturate.
4. Cuantificarea proceselor de nitrificare-denitrificare.
5. Analiza şi sistematizarea volumului de date experimentale acumulate.
6. Prelucrarea datelor experimentale.
7. Determinarea randamentului, productivitǎţii şi eficienţei economice a variantelor cercetate.
8. Elaborarea unor tehnologii adaptate condiţiilor din Câmpia Transilvaniei.
Rezultate (livrabile planificate) etapa III/2017
Planificate Realizate
18 variante experimentale 18 variante experimentale
întreţinere sisteme de cercetare întreţinere sisteme de cercetare
3 lucrari publicate în reviste indexate BDI 4 lucrare publicată în revistă indexată BDI
participarea la 2 conferinte internationale participarea la 5 conferinte internationale
1 lucrare publicatǎ în revista indexatǎ ISI 3 lucrări publicate în reviste indexate ISI
raport final de cercetare raport final de cercetare
4
III. DESCRIEREA ȘTIINȚIFICĂ ȘI TEHNICĂ, CU PUNEREA ÎN EVIDENȚĂ
A REZULTATELOR PROIECTULUI ȘI GRADUL DE REALIZARE A
OBIECTIVELOR
Rezultatele de cercetare obținute în cadrul proiectului au fost colectate, prelucrate și
sintetizate în lucrări publicate, cu menționarea proiectului PN-II-RU-TE-2014-4-0884 la
ACKNOWLEDGEMENTS.
Au fost elaborate, acceptate spre publicare sau publicate urmatoarele lucrari:
Lucrări publicate în reviste/conferințe indexate ISI: planificate: 2, realizate: 7
1. Rusu, T., C. L. Coste, P. I. Moraru, L. W. Szajdak, A. I. Pop & B. M. Duda, 2017. Impact of
climate change on agro-climatic indicators and agricultural lands in the Transylvanian Plain
between 2008-2014. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, February 2017,
Vol. 12, No. 1, p. 23-34, ISSN Printed: 1842-4090, ISSN Online: 1844-489X.
http://www.ubm.ro/sites/CJEES/viewTopic.php?topicId=651
2. Chetan, F., P. I. Moraru, T. Rusu, A. Simon, C. Chetan, 2017. Conservation of water in soil
under the influence of fertilization and soil tillage system in maize crop. 17th International
Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Book 3 - Water Resources, Forest,
Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 461-468. DOI:
10.5593/SGEM2016/B32/S13.061.
3. Simon, A., P. I. Moraru, T. Rusu, L. Sopterean, F. Chetan, 2017. Influence of soıl tıllage system
upon the frequency of dısease and pests attack ın the case of pea. 17th International
Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Book 3 - Water Resources, Forest,
Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 461-468. DOI:
10.5593/SGEM2016/B32/S13.061.
4. Chetan, F., T. Rusu, C. Chetan, P. I. Moraru, 2016. Influence of soil tillage upon weeds,
production and economical efficiency of corn crop. AgroLife Scientific Journal, Volume 5,
Number 1, ISSN 2285-5718, 36-43. http://agrolifejournal.usamv.ro/pdf/vol.V_1/Art5.pdf
5. Chetan F., T. Rusu, I. Porumb, M. Coman, P. I. Moraru, 2016. Influence of the Soıl Tıllage
System on Morphoproductıve Elements, Nodulatıon and Soybean Yıelds. 16th International
Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2016, Book 3 - Water Resources, Forest,
Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 173-183.
6. Pop A. I., T. Rusu, I. Bogdan, P. I. Moraru, B. Duda, 2016. Influence of tillage systems on weed
control, fertility and production.16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference
SGEM 2016, Book 3 - Water Resources, Forest, Marine and Ocean Ecosystems, Conference
Proceedings, Volume II, p. 185-192.
5
7. Moraru P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, F. Chetan, 2016.Varıatıons of Soıl Physıcal
Characterıstıcs under the Influence of Crop Rotatıon and Soıl Tıllage Systems. 16th
International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2016, Book 3 - Water
Resources, Forest, Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 461-
468.
Lucrări publicate la reviste/conferințe indexate BDI: planificate: 7, realizate: 8
1. Cheţan, F., C. Chețan, A. Șimon, T. Rusu, P. I. Moraru, M. Bărdaş, I. Racz, 2017. Optimization
of soil tillage systems and fertilization for maize crop, in Turda area. 16th International
Confernence ”Prospects for the 3rd Millennium Agriculture”, 28-30 September 2017, USAMV
Cluj-Napoca. Bulletin of the University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-
Napoca Agriculture (în evaluare).
2. Chetan, F., C. Chetan, T. Rusu, P. I. Moraru, M. Ignea, A. Simon, 2017. Influence of
fertilization and soil tillage system on water conservation in soil, production and economic
efficiency in the winter wheat crop. Conference "Agriculture for Life, Life for Agriculture",
June 8-10, 2017, Bucharest, Romania. Scientific Papers. Series A. Agronomy, Vol. LX, ISSN
2285-5785, p. 42-48. http://agronomyjournal.usamv.ro/pdf/2017/Art6.pdf
3. Moraru, P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, V. Andriucă, O. Cojocaru, N. Cazmalî, R. Marian,
2017. Influența sistemului de lucrare asupra respiratiei solului. În Cercetarea şi gestionarea
resurselor de sol - "Materialele conferinței științifice cu participare internațională a Societății
Naționale a Moldovei de Știința Solului", 8-9 septembrie 2017, Chisinau, Republica Moldova,
ISBN 978-9975-71-931-5, p. 330-341.
4. Rusu, T., I. Bogdan, P. I. Moraru, A. I. Pop, I. Păcurar, C. Coste, 2017. Monitorizarea regimului
termic și hidric al solurilor din Câmpia Transilvaniei. În Cercetarea şi gestionarea resurselor de
sol - "Materialele conferinței științifice cu participare internațională a Societății Naționale a
Moldovei de Știința Solului", 8-9 septembrie 2017, Chisinau, Republica Moldova, ISBN 978-
9975-71-931-5, p. 76-88.
5. Moraru, P.I, T. Rusu, I. Bogdan, L.W. Szajdak, A.I. Pop, 2016. Effect of soil tillage system on
yield and weeding level in wheat crop. Acta Herbologica, Vol. 25, No. 2, p. 81-91, ISSN 0354-
4311, Beograd, Serbia.
6. Chețan, F., T. Rusu, C. Cheţan, A. Șimon, P. I. Moraru, 2016. The reaction of some winter
wheat variety at cultivation in the conservative system in the Transylvanian Plain area.
Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj Napoca –
Agriculture, no. 73(2)/2016, Print ISSN 1843-5246, p. 176-182.
7. Bekeș, A., T. Rusu, P. Moraru, I. Ivan, H. Pop, 2015. Optimization of the Technology of
Rapeseed Cultivation in the conditions of climate changes. Agriculture - Science and Practice,
6
no. 3 – 4 (94-95)/2015, pag. 11-16. Print ISSN 1221-5317.
http://journals.usamvcluj.ro/index.php/agricultura/article/view/11642
8. Moraru, P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, 2015. Limitative factors for expanding soil tillage
systems in the hilly areas of the Transylvanian Depression. Agriculture - Science and Practice,
no. 3 – 4 (94-95)/2015, pag. 5-10. Print ISSN 1221-5317.
http://journals.usamvcluj.ro/index.php/agricultura/article/view/11752
Participări la conferințe internaționale: planificate: 5, realizate: 8
1. Moraru, P. I., T. Rusu, F. Chetan, I. Bogdan and A. I. Pop, 2017. Influence of soil tillage system
and of the quantity of vegetal debris on the soil and maize production. 16th International
Conference ”Prospects for the 3rd Millennium Agriculture”, 28-30 September 2017, USAMV
Cluj-Napoca.
2. Moraru, P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop and H. Pop, 2017. Limiting factors for agricultural
production and differentiation of soil management in Romania. Geophysical Research
Abstracts, Vol. 19, EGU2017-4111, EGU General Assembly 2017.
http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2017/EGU2017-4111.pdf
3. Moraru, P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, V. Andriucă, O. Cojocaru, N. Cazmalî, R. Marian,
2017. Influența sistemului de lucrare asupra respiratiei solului. În Cercetarea şi gestionarea
resurselor de sol - "Materialele conferinței științifice cu participare internațională a Societății
Naționale a Moldovei de Știința Solului", 8-9 septembrie 2017, Chisinau, Republica Moldova,
ISBN 978-9975-71-931-5, p. 330-341.
4. Chetan, F., P. I. Moraru, T. Rusu, A. Simon, C. Chetan, 2017. Conservation of water in soil
under the influence of fertilization and soil tillage system in maize crop. 17th International
Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Book 3 - Water Resources, Forest,
Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 461-468.
5. Moraru, P. I., T. Rusu, I. Bogdan, and A. I. Pop, 2016. Influence of Relief on Vegetation
Factors and Agrotechnical Differentiation Measures in Transylvania Plain. Geophysical
Research Abstracts Vol. 18, EGU2016-8399, 2016 EGU General Assembly 2016.
http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2016/EGU2016-8399.pdf
6. Moraru, I. P, T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, 2016. Chemical strategies to weed control in
soybean crop with complementary herbicides. 10th WEED SCIENCE CONGRESS, Book of
Abstracts, Published by Serbian Weed Science Society, ISBN: 978-86-911965-3-0, p. 80-81, 21-
23 September 2016, Vrdnik, Serbia.
7. Chețan, F., T. Rusu, C. Cheţan, A. Șimon, P. I. Moraru, 2016. The reaction of some winter
wheat variety at cultivation in the conservative system in the Transylvanian Plain area. THE
7
15th INTERNATIONAL SYMPOSIUM “PROSPECTS FOR THE 3rd MILLENNIUM
AGRICULTURE” 29th September – 1st October 2016 Cluj-Napoca, Romania, p. 61.
8. Moraru P. I., T. Rusu, I. Bogdan, A. I. Pop, F. Chetan, 2016. Varıatıons of Soıl Physıcal
Characterıstıcs under the Influence of Crop Rotatıon and Soıl Tıllage Systems. 16th
International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2016, Book 3 - Water
Resources, Forest, Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, p. 461-
468.
Prezentare lucrare la 10th WEED SCIENCE CONGRESS, Serbian Weed Science Society,
21-23 September 2016, Vrdnik, Serbia
Cercetările au fost realizate în cadrul câmpului experimental organizat la SCDA Turda. A
fost instalat dispozitivul experimental, respectȃnd planificarea initiala a unei experiente trifactoriale
de tipul AxBxC-R: 2x3x3-3.
Au rezultat 18 variante experimentale, respectiv 54 parcele. Rotatia este soia-grau-porumb.
Factorii experimentali stabiliţi sunt:
Factorul A – Cultura:
a1 – Soia.
a2 – Porumb;
Factorul B - Sistemul de lucrare a solului:
b1 – sistem conventional: plug reversibil + disc 2x + semanat + fertilizat (martor),
b2 – sistem conservativ cu lucrari minime: cizel + grapa rotativa + semanat + fertilizat,
b3 – sistem conservativ cu semanat direct (semanat – fertilizat – erbicidat);
Factorul C – Resturi vegetale:
c1 – 50% (3 t/ha);
c2 – 80% (4 t/ha);
c3 – 100 % îngrǎşǎmȃnt verde rapiţǎ de toamnǎ.
8
Cercetarea în câmpul experimental a fost organizată pentru a rezolva obiectivele planificate și
pentru a obține rezultate de cercetare pe următoarele teme:
1. Cunoaşterea impactului pe care îl au sistemele de lucrare asupra însuşirilor fizice,
hidrofizice, chimice şi biologice ale solului: structura solului sub aspectul gradului de dezvoltare si
a stabilităţii hidrice; densitatea aparentă, porozitate, rezistenţă la penetrare, grad de tasare;
umiditatea momentană, rezerva de apă acumulată în sol; permeabilitatea solului pentru apă şi
bilanţul apei din sol; conţinut de humus şi elemente nutritive.
2. Cunoaşterea în dinamică a caracteristicilor fizice, hidrofizice, respiratorii şi chimice ale
solului, modificabile prin elementele sistemului de lucrare în relaţie cu rotaţia culturilor.
3. Stabilirea posibilităţilor de conservare a solului prin practicarea sistemelor conservative
de lucrare a solului.
4. Studiul influenţei rotaţiei culturilor şi a sistemului de lucrare a solului asupra
îmburuienării, dezvoltării vegetative şi producţiei plantelor cultivate.
5. Cercetarea influenţei sistemelor conservative de lucrare a solului asupra solului,
compararea rezultatelor cu datele climatice colectate de la cele 20 de microstatii HOBO instalate în
Câmpia Transilvaniei şi precizarea rolului acestor elemente de tehnologie pentru managementul
integrat de protecţie a plantelor, managementul apei şi a elaborării sistemului de agricultură
durabilă pentru condiţiile din Câmpia Transilvaniei.
Rezultate privind monitorizarea pedo-climatica în Câmpia Transilvaniei:
Câmpia Transilvaniei este considerată ca fiind o zonă cu o capacitate scăzută de adaptare la
schimbările climatice, monitorizarea climei și implementarea măsurilor de adaptare fiind esențiale
pentru dezvoltarea unor tehnologii agricole durabile. Monitorizarea variabilelor climatice a fost
începută în anul 2008 (martie) cu ajutorul a 10 stații HOBO care stochează electronic datele de
temperatură a solului (la 10, 30, 50 cm adâncime) și aer (la 1 m înălțime), umiditatea solului (la 10
cm adâncime), respectiv precipitațiile, fiind echipate cu pluviometre. Cercetarea realizată are ca scop
stabilirea tendinței în evoluția regimului termic și hidric al solurilor, previzionarea şi identificarea
tendinţelor climei din Câmpia Transilvaniei. Regimul termic al solurilor din aceasta zona este de tip
mesic, diferențele dintre mediile anuale ale temperaturilor de vară și mediile temperaturilor de iarnă
la 50 cm adâncime în sol fiind cuprinse între 12,81-20,01°C. Evoluția temperaturilor la nivelul
solului, indică tendințe evidente de creștere a temperaturii la suprafața solului. Coeficienții de
corelație liniară dintre șirurile de date analizate indică o evoluție sincronă în creștere a temperaturii
medii anuale, cu valori ale indicilor de corelație de 0,52-0,81. Aceeași tendință liniară în evoluție de
creștere a temperaturii medii anuale se înregistrează și în cazul temperaturilor de la 10 și 30 cm
adâncime în sol. Evoluția temperaturilor în aer arata tendințe evolutive în ușoară creștere. Evoluția
precipitațiilor arata o tendință liniară în scădere a acestora, valorile cele mai mari ale mediei anuale
9
fiind de 631 mm, iar cantitățile cele mai scăzute de precipitații au fost de 263,9 mm. Valoarea
coeficientului de corelație asociat tendinței de evoluție în scădere a precipitațiilor este de r = 0,51.
Media multianuală a precipitațiilor din Câmpia Transilvaniei este de 466,52 mm. Din analiza relației
statistice între precipitații și umiditatea solului, coeficientul de corelație calculat are o valoare de r =
0,92 ceea ce indică o relație cauzală directă și pozitivă între cei doi parametri.
Rezultate privind influența sistemului de lucrare a solului:
În prezent, pe plan internaţional este larg acceptat ca schimbările climatice globale sunt
rezultatul intervenţiei umane în circuitul bio-geo-chimic al materiei (Moldovan și colab., 2007;
Moraru și colab., 2010; Marin și colab., 2016). Schimbările climatice sunt cauzate în mod direct sau
indirect de activităţile umane care determină schimbarea compoziţiei atmosferei globale şi care se
adaugă la variabilitatea naturală a climei, observată pe o perioadă de timp comparabilă. Schimbările
climatice sunt determinate de activităţile antropice ce produc emisii de gaze cu efect de seră (Rusu și
colab., 2007): dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), protoxidul de azot (N2O),
hidrofluorocarburile (HFC-uri), perfluorocarburile (PFC-uri) şi hexafluorura de sulf (SF6). Unitatea
de măsură universală, pentru a indica potenţialul global de încălzire a celor 6 gaze cu „efect de seră”,
este dioxidul de carbon echivalent (CO2eq). Certitudinea modificărilor este larg acceptată, dar cele
mai importante proiecte şi cercetări internaţionale dezbat în prezent natura acestor modificări,
consecinţele acestora şi ireversibilitatea fenomenelor.
Respiratia solului este un proces deosebit de important pentru sistemul format din sol, plante
si atmosfera, fiind determinant în schimbul de gaze între cele trei componente (Rusu și colab., 2009;
Moraru și Rusu, 2013). Astfel, atât respirația radacinilor plantelor, cât şi cea a microorganismelor din
sol influențează consumul oxigenului molecular din aerul solului și modifică concentrația de bioxid
de carbon (CO2) în sol. Se disting doua componente ale respiraţiei solului şi anume: i) respiraţia
autotrofă sau respiraţia plantelor vii (în principal prin rădacini) şi ii) respiraţia heterotrofă – de natură
microbiologică şi de descompunere bacteriană a reziduurilor plantelor (Hendrix și colab., 1988;
Trumbore și colab., 2002). În prezenţa oxigenului molecular ca agent oxidant în porii solului,
respiraţia ce are loc este aerobă, însă pe masură ce oxigenul este consumat, acesta poate fi
insuficient, în special în microporii cu capacitate mai redusă de aerare, conducând la apariţia
proceselor respiratorii anaerobe, în care acceptorul final de electroni nu este oxigenul, ci alţi agenţi
oxidanţi (nitraţi, nitriţi, dioxid de carbon etc.).
Temperatura influenţează aproape fiecare aspect al proceselor respiratorii. Este cunoscut
faptul că în aceste procese sunt implicate un număr mare de enzime, iar activitatea acestora este
influenţată de temperatură. În general, este acceptat faptul că respiraţia creşte odată cu temperatura,
atingând valoarea maximă la 45-50°C. Respiraţia rădăcinilor crește exponenţial cu temperatura până
la 35°C, iar peste această valoare respiraţia este inhibată. Respiraţia rădăcinilor este indirect
10
influenţată de temperatură prin efectul pe care îl are asupra creșterii acestora (Moldrup și colab.,
2000; Marian și colab., 2013; Rusu și colab., 2012; Rusu și colab., 2013). Acelaşi lucru este
recunoscut şi în cazul respiraţiei heterotrofe a solului care creşte, la rândul ei, exponenţial cu
creşterea temperaturii.
Umiditatea solului este un alt factor abiotic care influenţează determinant respiraţia solului.
Fluxul de CO2 este redus în condiţii de secetă, atinge rata maximă la valori medii ale umidităţii şi
descreşte la umiditate ridicată, când apar condiţii de anaerobioză (Munawar și colab., 1990; Zhai și
colab., 1990). Cantitatea de apă la care respiraţia solului se desfăşoară în condiţii optime este
considerată cea a capacităţii în câmp, situaţie în care macroporii solului sunt plini cu aer, ceea ce
facilitează difuzia gazelor, iar microporii solului sunt plini cu apă, asigurând astfel difuzia
substanțelor solubile din substrat. Umiditatea solului influenţează direct procesele fiziologice din
rădăcinile plantelor şi din celula bacteriană, iar acest lucru afectează şi respiraţia solului (Rusu și
colab., 2013). Apa din sol influenţează respiraţia şi indirect, prin modificări ale capacităţii de difuzie
a gazelor şi a substanţelor din substrat. În condiţii de secetă extremă microorganismele din sol intră
în stări de latenţă, ceea ce determină reducerea activităţii metabolice si deci a respiraţiei solului
(Fabrizzi și colab., 2005). În condiţii de umiditate ridicată factorii care direcţionează respiraţia
solului sunt difuzia gazelor şi a substanţelor prezente în substrat. Luo și Zhou (2004) arată că difuzia
O2 şi CO2 în apă se reduce de 10.000 ori faţă de aer, astfel că aria de difuzie a celor două gaze se
reduce odată cu umplerea porilor solului cu apă.
Majoritatea reacţiilor biochimice care au loc în sol sunt influenţate de pH, iar dintre acestea
sinteza enzimelor bacteriene poate afecta şi respiraţia. În sol, adsorbţia enzimelor de către humus
determină creşterea pH-ului, ceea ce conduce la modificări în structura comunităţii de
microorganisme. Luo și Zhou (2004) arată că la un pH de 3 cantitatea de CO2 produsă poate fi de
până la 12 ori mai mică față de cea produsă la un pH de 4. De asemenea, s-a observat că, odată cu
creşterea pH-ului până la valori de 7, asistăm şi la o creştere a fluxului de CO2, iar odată cu trecerea
pragului de 7 se constată şi descreşterea producţiei de CO2 cu până la 83% atunci când pH-ul solului
atinge valoarea de 10.
Respiraţia solului nu este rezultatul acțiunii unui singur factor, ci a interacţiunii mai multor
factori biotici şi abiotici. Acest aspect îi conferă respiraţiei solului variabilitate în timp şi spaţiu, dar
şi importanţă în reglarea circuitului carbonului în ecosistemele terestre.
Determinările privind conținutul de CO2, umiditatea și temperatura solului s-au realizat la
adâncimile de 7 cm și 22 cm. Măsurarea respirației solului s-a realizat cu senzori de CO2 capabili de
a măsura in-situ și quasi-instantaneu concentrația în stare gazoasă (Turcu și colab., 2005). S-au
folosit senzorii Vaisala GMD20 (fig. 1) produsi de compania finlandeza Vaisala. Umiditatea s-a
determinat prin măsurarea caracteristicilor dielectrice ale solului. Acestea, puternic influentate de
11
continutul de apa, genereaza un semnal electric proportional cu acesta. S-a folosit senzorul EC-5
produs de compania americană Decagon. Măsurarea temperaturii solului s-a facut prin instalarea
unor senzori de temperatură, realizati dintr-o joncțiune a două metale cu proprietăți diferite
(termocuplu nichel-constantan). S-a folosit senzorul ECT.
Senzor de CO2
Vaisala GMD20
Senzor de umiditate
EC-5
Senzor de temperatură
ECT
Dispozitiv pentru
încărcare date Hobo
Dispozitiv pentru
încărcare date Decagon
Fig. 1. Echipamentul utilizat în măsurarea conținutului de CO2, a temperaturii și umidității solului
Senzorii de CO2 au fost conectați pentru colectarea datelor cu logger-ul HOBO, iar senzorii
de umiditate și temperatură au lucrat cu data logger-ul Decagon. Sursa energetică a fost asigurată
prin conectarea echipamentelor la acumulatori auto, care la randul lor au fost asistați de panouri
fotovoltaice de 12 volti. Toate aceste echipamente profesionale lucrează împreună, constituind un
sistem de monitorizare continuă a dinamicii fluxului de CO2, umidității și temperaturii solului.
Datele înregistrare în perioada vizată sunt stocate pe un calculator și prelucrate cu programe
specifice.
La cultura de porumb, respirația solului prezintă valoarea maximă în varianta experimentală
în care au fost utilizate lucrări convenționale ale solului (3367,59 mmoli CO2/m2/s), valoarea minimă
în varianta experimentală cu semănat direct (2209,32 mmoli CO2/m2/s), în varianta cu lucrări minime
ale solului înregistrându-se valoarea intermediară, egală cu valoarea de 2423,74 mmoli CO2/m2/s.
Diferențele dintre mediile respirației solului sunt semnificative statistic la diferite praguri de
semnificație. Media respirației solului rezultată în urma aplicării sistemului convențional de lucrări
ale solului egală cu 3367,59 mmoli CO2/m2/s diferă foarte semnificativ (p < 0,001%) de mediile
obținute în celelalte două variante experimentale, în timp ce acestea la rândul lor diferă de o manieră
semnificativă (p < 0,05%), fapt ce indică influența sistemului de lucrare a solului asupra capacității
de respirație a solului.
Între capacitatea de respirație a solului și temperatura acestuia, în toate variantele
experimentale, se înregistrează un grad mare de dispersie a interrelației urmărite, de o parte și de alta
a dreptei de regresie, o fracțiune mică dintre datele individuale situându-se în intervalul de
confidență și corelații slabe, reflectate de valorile coeficienților de corelații Spearman (RS = 0,285 în
sistem convențional, fig. 2; RS = 0,315 în sistem cu lucrări minime ale solului; RS = 0,198 în sistem
fără lucrări ale solului).
12
Între capacitatea de respirație a solului și umiditatea acestuia, în toate variantele
experimentale, se înregistrează tot un grad mare de dispersie a interrelației urmărite, dar corelațiile
determinate sunt însă în acest caz negative și foarte slabe, așa cum arată și valorile coeficienților de
corelație Spearman (RS = - 0,109 în sistem convențional; RS =- 0,068 în sistem cu lucrări minime ale
solului; RS = - 0,093 în sistem fără lucrări ale solului).
Var 92 – capacitatea de respirație a solului (mmoli CO2/m2/s); Var 161 – temperatura solului (0 - 22cm)
Fig. 2. Reprezentarea grafică a interacțiunilor dintre mediile respirației solului (mmoli CO2/m2/s) și
temperaturii solului (°C) în arealul experimental al culturii porumbului,
în sistemul convențional de lucrare a solului
La cultura de soia, respirația solului, similar situației înregistrate în anul anterior, prezintă
valoarea maximă în varianta experimentală în care au fost utilizate lucrări convenționale ale solului
(3063,80 mmoli CO2/m2/s), valoarea minimă în varianta experimentală fără lucrări ale solului
(1988,43 mmoli CO2/m2/s), în varianta cu lucrări minime ale solului înregistrându-se valoarea
intermediară, egală cu valoarea de 2348,92 mmoli CO2/m2/s.
Între capacitatea de respirație a solului și temperatura acestuia, în toate variantele
experimentale, se înregistrează un grad mare de dispersie a interrelației urmărite, de o parte și de alta
a dreptei de regresie, o fracțiune mică dintre datele individuale situându-se în intervalul de
confidență. Corelațiile reflectate de valorile coeficienților de corelații Spearman prezintă însă
intensități diferite, în funcție de sistemul de lucrare a solului. Astfel, pentru lucrările efectuate în
sistem convențional, aceasta a fost medie, RS = 0,473; pentru lucrările efectuate în sistem cu lucrări
minime ale solului aceasta a fost slabă spre medie, RS = 0,341; pentru sistemul fără lucrări ale
solului, cu semănat direct, corelația identificată este slabă, RS = 0,226. Între capacitatea de respirație
a solului și umiditatea acestuia, în toate variantele experimentale, se înregistrează un grad mare de
dispersie a interrelației urmărite, corelațiile raportate sunt însă și în acest caz, similar anului
CO2 (mmoli /m2/s )= 17,695 + 0,097t (°C) RS = 0,285, R2 = 0,082
13
precedent, negative și foarte slabe, așa cum arată și valorile coeficienților de corelație Spearman (RS
= - 0,065 în sistem convențional; RS = - 0,043 în sistem cu lucrări minime ale solului; RS = - 0,082 în
sistem fără lucrări ale solului, fig. 3).
Var 93 – capacitatea de respirație a solului (mmoli CO2/m2/s); Var 162 – umiditatea solului (0 - 22cm)
Fig. 3. Reprezentarea grafică a interacțiunilor dintre mediile respirației solului (mmoli CO2/m2/s) și
umidității solului (%) în arealul experimental al culturii de soia,
în sistemul fără lucrări ale solului
În sistemul convențional de lucrare a solului cu plug și grapă rotativă, s-au obținut la cultura
de porumb 6326,03 kg/ha (tabelul 1). La semănat direct s-au obținut 5543 kg/ha, în timp ce aplicarea
sistemului minim de lucrare a solului a condus la o medie la hectar intermediară celor prezentate,
6006,77 kg/ha.
În ceea ce privește producția de soia, media maximă la hectar, respectiv 2615,87 kg/ha s-a
înregistrat în condițiile aplicării sistemului convențional, cu plug. La semănatul direct s-a obținut o
producție de soia de 2462,03 kg/ha, iar la aplicarea sistemului minim de lucrare a solului 2510,19
kg/ha.
Tabelul 1. Producției de porumb și soia, în funcție de sistemul de lucrare a solului
Cultura / Sistemul de lucrare Convențional Lucrări minime Semănat direct
N 5 5 5
– media, porumb, kg/ha 6326,03b 6005,77ab 5543a
– eroarea standard a mediei 189,81 135,57 258,18
s – deviaţia standard 423,28 302,34 575,75
– media, soia, kg/ha 2615,87b 2510,19ab 2426,03a
– eroarea standard a mediei 32,78 54,30 26,74
s – deviaţia standard 182,49 302,34 148,88 Porumb: a – p < 0,05%; b – p < 0,01%; Soia: a – p > 0,05; b – p < 0,05%.
CO2 (mmoli /m2/s )= 27,406 - 0,010 h (%) RS = 0,082, R2 = 0,007
14
Concluzii
Dinamica concentratiei de oxigen si bioxid de carbon în sol poate fi în prezent continuu
monitorizată datorită noilor generaţii de senzori existenţi. Sistemele de măsurare a gazelor în sol
ofera informaţii deosebit de importante privind producţia, consumul şi transportul acestora, cu
implicatii majore în estimarea calitativă şi cantitativă a respiraţiei solului şi a stării de aerare a
acestuia.
Managementul carbonului este necesar pentru un complex de probleme incluzând solul,
managementul apei, productivitatea terenurilor, biocombustibilul şi schimbarea climatică. Cercetări
aprofundate sunt necesare pentru a stabili practicile de sechestrare a carbonului şi impactul
implementării acestora.
În prezent se impune o schimbare în ceea ce priveşte modelul de conservare şi o abordare
nouă în ceea ce priveşte controlul eroziunii. Adevărata conservare a solului trebuie să fie extinsă
dincolo de înţelegerea tradiţională a eroziunii solului. Adevărata conservare a solului este
reprezentată de managementul carbonului. Trebuie să ne îndreptăm spre un alt nivel în ceea ce
priveşte conservarea, prin focalizarea asupra calităţii solului.
Intervenţia omului în circuitul bio-geo-chimic al materiei şi apei de-a lungul timpului a
determinat apariţia schimbărilor climatice, iar sechestarea carbonului în sol este considerata o măsură
importantă pentru limitarea acestor schimbări. Sechestrarea carbonului în sol prezintă beneficii nete,
prin îmbunătăţirea productivităţii şi a sustenabilităţii. Cu cât conţinutul de materie organică din sol
este mai mare, cu atât agregarea solului este mai bună. Solurile fără materie organică sunt mai
compacte.
Compactarea reduce capacitatea de infiltrare a apei, solubilitatea nutrienţilor, productivitatea
şi astfel reduce capacitatea solului de sechestrare a carbonului. Totodată creşte vulnerabilitatea
solului la eroziunea prin apă şi vânt.
Cercetările noastre au urmărit determinarea influenței sistemului de lucrare asupra respirației
solului prin monitorizarea in situ a concentratiilor de CO2, în corelație cu temperatura și umiditatea
solului. Variantele experimentale au fost: i) sistemul convențional - plug reversibil (22-25 cm) +
grapă rotativă (8-10 cm); ii) sistemul minim de lucrări - paraplow (18-21 cm) + grapă rotativă (8-10
cm); iii) sistemul fără lucrări - semănat direct. Respirația solului prezintă valoarile maxime în
variantele experimentale în care au fost utilizate lucrările convenționale ale solului (3367,59 mmoli
CO2/m2/s la porumb; 3063,80 mmoli CO2/m
2/s la soia), valoarile minime în variantele experimentale
cu semănat direct (2209,32 mmoli CO2/m2/s la porumb; 1988,43 mmoli CO2/m
2/s la soia) și valori
intermediare la lucrări minime (2423,74 mmoli CO2/m2/s la porumb; 2348,92 mmoli CO2/m
2/s la
soia). Producțiile obținute au fost mai mari la sistemul convențional (6326,03 kg/ha la porumb;
2615,87 kg/ha la soia), intermediare la lucrări minime (6006,77 kg/ha la porumb; 2510,19 kg/ha la
15
soia) și mai reduse la semănatul direct, reprezentând 87,62% la porumb (5543 kg/ha), 94,11% la soia
(2462,03 kg/ha).
Recomandări privind trecerea la o agricultură conservativă:
Agricultura conservativă presupune realizarea unei productivităţi egale sau apropiate de
agricultura convențională, cu eficienţă energetică și economică optimizată, reducȃnd în acelaşi timp
impactul asupra mediului înconjurător. Pentru România agricultura conservativă presupune aplicarea
unor practici agricole complementare: (i) lucrarea minimă a solului (printr-un sistem redus de lucrări
ale solului sau semănatul direct în miriște) pentru a conserva structura, fauna și materia organică a
solului; (ii) acoperirea permanentă a solului (culturi de acoperire, reziduuri și mulci) pentru a proteja
solul și pentru a contribui la eliminarea buruienilor; (iii) diverse rotații și combinații ale culturilor,
care stimulează microorganismele din sol și controlează dăunătorii, buruienile și bolile plantelor.
Motivațiile practicării agriculturii conservative sunt: agrotehnice (combaterea secetei și
controlul eroziunii solului), economice (eficiență), protecția mediului (ecologizarea solului) și de
compatibilitate cu Politica Agricolă Comună. În sistemul actual de agricultură, 50-60% din cantităţile
de apă provenite din precipitaţii în decursul unui an se pierd prin evaporaţie direct – prin urmare se
impun măsurile agrofitotehnice de conservare a apei. Acestea se pot realiza prin lucrări conservative,
bazate pe protejarea solului şi lucrarea acestuia astfel încât resturile vegetale să rămână la suprafaţă,
asigurând "dreptul solului la vegetație".
Criteriile ştiinţifice pentru extensia lucrărilor conservative ale solului (minimum tillage și no-
tillage) sunt considerate cele 10 beneficii obţinute prin aplicarea acestora:
1. se reduce timpul cu lucrările solului de 2-4 ori;
2. consumul de combustibil pe unitate de suprafaţă se reduce cu 30-50%;
3. se reduce necesarul de maşini agricole la unitatea de suprafaţă;
4. se reface structura solului şi se diminuează compactarea de suprafaţă şi adâncime;
5. crește conţinutul de materie organică din sol;
6. crește permeabilitatea solului pentru apă şi se îmbunătăţeşte drenajul global al solului;
7. se reduce eroziunea solului;
8. resturile vegetale rămase la suprafaţa solului sau încorporate la 10-15 cm adâncime (acolo
unde activitatea biologică este maximă) contribuie la creşterea faunei şi florei din sol;
9. menţine calitatea apei freatice şi de suprafaţă (nutrienţii şi pesticidele aplicate nu mai sunt
spălate prin eroziune, iar activitatea biologică mai intensă - asociată materiei organice din
sol – utilizează şi descompun aceşti intranţi);
10. menţine calitatea aerului prin reducerea emisiilor rezultate din arderea combustibililor
fosili (motorină) utilizaţi în traficul pe teren şi prin reducerea carbonului eliminat în
atmosferă prin respirația solului (fiind fixat prin creşterea materiei organice din sol).
16
Cerințele trecerii la sistemul de agricultură conservativă sunt următoarele: fermierii trebuie să
facă o investiţie iniţială în utilaje specializate; fermierii au nevoie de instruire aprofundată şi de acces
la servicii specializate de consiliere; în comparaţie cu agricultura convențională, este necesară
schimbarea fundamentală a abordării (despărțire dificilă de plug); în mod normal, este nevoie de o
perioadă de tranziţie de 5-7 ani pentru ca sistemul de agricultură conservativă să se echilibreze; este
posibil ca productivitatea să fie mai redusă în primii ani, iar atacul bolilor, dăunătorilor și
îmburuienarea mai mari.
A fost actualizata pagina web a proiectului, amplasată pe site-ul Centrului de Cercetare
Sisteme Minime şi Tehnologii Agricole Durabile:
http://www.usamvcluj.ro/SMDT/proiecte_pn2/OptimSoil.htm
Pe aceasta pagină vor fi încărcate toate rezultatele cercetării obținute în acest proiect.
A fost realizat raportul final de cercetare corespunzator etapei III/2017.
Referințe 1. FABRIZZI K.P., F.O. GARCIA, J.L. COSTA, L.I. PICONE, 2005, Soil water dynamics, physical properties and corn and wheat
responses to minimum and no-tillage systems in the southern Pampas of Argentina, Soil & Tillage Research, 81, 57–69.
2. HENDRIX P.F., C.R. HAN, P.M. GROFFMAN, 1988, Soil respiration in conventional and no-tillage agroecosystems under
different winter cover crop rotations, Soil and Tillage Research, 12(2), 135-148.
3. LUO Y., X. ZHOU, 2004, Soil Respiration and the Environment, Academic Press, USA.
4. MARIAN R., T. RUSU, I. BRAŞOVEAN, A. MILĂŞAN, F. UGRUŢAN, 2013, Effect of Tillage Practices on the Moisture,
Temperature and Soil Carbon Dioxide Flux, ProEnvironment 6 (14), 227 – 232.
5. MARIN D. I., M. MIHALACHE, T. RUSU, L. ILIE, C. CIONTU, 2016, Tıllage Efects on Some Propertıes of Chromıc Luvısol
and the Maıze Crop Yıeld, 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2016, Book 3 - Water Resources,
Forest, Marine and Ocean Ecosystems, Conference Proceedings, Volume II, 449-454. DOI: 10.5593/SGEM2016/B32/S13.059.
6. MOLDRUP P., T. OLESEN, J. GAMST, P. SCHJONNING, T. YAMAGUCHI, D. E. ROLSTON, 2000, Predicting the gas
diffusion coefficient in repacked soil: Water-induced linear reduction model, Soil Sci. Soc. Am. J., 64,1588-1594.
7. MOLDOVAN I., P. GUŞ, T. RUSU, I. BOGDAN, P. MORARU, A. POP, 2007, Analiza comparativă a metodelor de determinare
a respiraţiei solului, Volumul Simpozionului Compactarea solurilor – procese şi consecinţe, 166-174.
8. MORARU P.I., T. RUSU, M. ŞOPTEREAN, 2010, Controlul lucrărilor solului şi efectul lor asupra eroziunii, managementul apei
şi sechestrarea carbonului, ProEnvironment, 3, 541-548.
9. MORARU P.I., T. RUSU, 2013, Effect of Different Tillage Systems on Soil Properties and Production on Wheat, Maize and
Soybean Crop, World Academy of Science, Engineering and Technology, Paris, France, 83, 162-165.
10. MUNAWAR A., R.L. BLEVINS, W.W. FRYE, M.R. SAUL, 1990, Tillage and cover crop management for soil water
conservation, Agron. J. 82, 773–777.
11. RUSU T., L. PAULETTE, H. CACOVEAN, V. TURCU, 2007, Fizica, hidrofizica, chimia şi respiraţia solului, Ed. Risoprint,
Cluj-Napoca.
12. RUSU T., P. GUS, I. BOGDAN, P. I. MORARU, A. I. POP, D. CLAPA, D. I. MARIN, I. OROIAN, L. I. POP, 2009,
Implications of Minimum Tillage Systems on Sustainability of Agricultural Production and Soil Conservation, Journal of Food,
Agriculture & Environment, 7(2), 335-338.
13. RUSU T., H. CACOVEAN, P. MORARU, I. BOGDAN, M. SOPTEREAN, D. MARIN, A. POP, C. COSTE, R. MARIAN,
2013, Soil Moisture and Temperature Regimes Monitoring in the Transylvanian Plain, Romania, ProEnvironment, 6 (14), 203-
210.
14. RUSU T., P. I. MORARU, I. BOGDAN, A. I. POP, C. L. COSTE, R. MARIAN, 2013, Climatic indicators monitoring in the
Transylvanian Plain, Romania, The 12th International Symposium Prospects for the 3rd Millennium Agriculture, Book of
Abstracts, I., 289, Cluj-Napoca, Romania.
15. TRUMBORE S., J.B. GAUDINSKI, P.J. HANSON, J.R. SOUTHON, 2002, Quantifying ecosystem-atmosphere Carbon
exchange with a 14C label, EOS, 83,256-268.
16. TURCU V. E., B.J. SCOTT, Or. DANI, 2005, Continuous soil carbon dioxide and oxygen measurements and estimation of
gradient-based gaseous flux. Vadose Zone Journal 4:1161–1169.
17. ZHAI R., R.G. KACHANOSKI, R.P. VORONEY, 1990, Tillage effects on the spatial and temporal variation of soil water, Soil
Sci. Soc. Am. J., Â, 54, 186–192.