GROND: DIE PRODUSENT SE BELANGRIKSTE BATE
Deel 17: Grondorganiese materiaal (iv)

Grond is die mees fundamentele hulpbron vir die produsent, waarsonder voedsel en natuurlike vesel nie geproduseer kan word nie. Hierdie artikel vorm deel van ‘n reeks om hierdie hulpbron toe te lig.

Organiese materiaal maak slegs ‘n klein fraksie van die grond uit en in die meeste saaigebiede van Suid-Afrika is hierdie fraksie besonder klein. Hierdie artikel poog om die effek van organiese materiaal op die chemiese en biologiese grondeienskappe in Suid-Afrikaanse gronde, in perspektief te stel.

Plant- en dierereste wat tot die grond gevoeg word, word deur ensimatiese aksie tot die organiese boustene afgebreek. Tydens dié proses word water en CO₂ as neweprodukte vrygestel. Die basiese boustene bestaan uit ‘n verskeidenheid organiese molekules, wat weer in die grond deur ensimatiese aksies aanmekaar verbind om stabiele organiese molekules te vorm. Afhangend van die aard van die oorspronklike toegevoegde organiese materiaal, word slegs sowat 1% – 10% van die oorspronklike droëmassa uiteindelik as humus in die grond bewaar. Die res word tot CO₂ en plantvoedingstowwe gemineraliseer. Hieruit kan afgelei word, dat etlike tonne organiese materiaal jaarliks oor tyd tot die grond toegevoeg moet word om die humusinhoud betekenisvol te verhoog.

Effek van organiese materiaal op chemiese grondeienskappe
Organiese materiaal het ‘n betekenisvolle effek op die chemiese eienskappe van grond. Dit lewer ‘n ruim bydrae tot die grond se katioonuitruilkapasiteit en plantvoeding. Om dit beter te verstaan, moet die belangrikste eienskappe wat die grond se chemiese eienskappe beïnvloed, gelys word.

• Die mikroskopies-klein humusdeeltjies bestaan hoofsaaklik uit koolstof (44%), suurstof (40%), waterstof (8%) en as (8% – N, S, Ca, P, Mg en K);
• Die soortlike oppervlakte van humus is baie groot (±800 m²/g) wat dit baie reaktief maak;
• Die humusdeeltjies is, net soos klei, negatief gelaai met ‘n katioonuitruilkapasiteit (150 – 300 cmol_c/kg) en kan derhalwe katione adsorbeer;
• Die katioonuitruilkapasiteit is pH-afhanklik (hoe hoër die pH, hoe hoër die lading);
• Die waterhouvermoë is drie tot vier keer meer as dié van klei; en
• Die uitruil-reaksies is baie soortgelyk aan dié van klei en voorsien dus uitruilbare katione net soos met klei.

Katioonuitruilkapasiteit
Relatief tot die ander bronne van katioonuitruilkapasiteit het humus ‘n baie hoër katioonuitruilkapasiteit. Dit beteken dat humus potensieel ‘n betekenisvolle bydrae tot die grond se katioonuitruilkapasiteit kan lewer, al is dit ‘n relatief klein gedeelte van die grondmassa. In Tabel 1 kan die relatiewe bydrae van klei en humus tot katioonuitruilkapasiteit in ‘n tipiese sandgrond met 10% klei (9% kaoliniet en 1% smektiet) van die westelike saaigebied, gesien word. Teen ‘n tipiese 0,2% humusinhoud is die bydrae daarvan 31% van die katioonuitruilkapasiteit. In sandgrond met ‘n kleipersentasie van laer as 5%, kan 0,2% humus se bydrae tot die grond se katioonuitruilkapasiteit, meer as 50% wees.

Voorsiening van plantvoedingstowwe
Plantmateriaal wat tot die grond gevoeg word, bevat die volle reeks plantvoedingstowwe. Dit word deur mikrobes tot die basiese minerale afgebreek (mineralisasie) en tydens dié proses word, behalwe groot hoeveelhede CO₂, ook plantvoedingstowwe soos stikstof, swael en fosfor vrygestel. Proteïene word deur mikrobes na aminosure afgebreek en verder tot ammonium en sulfides en later tot nitrate en sulfate. Hierbenewens word ook katione soos Ca²⁺, Mg²⁺ en K⁺ vrygestel, wat weer op die uitruilkompleks geadsorbeer word.

Humus bevat gewoonlik sowat 5,3% stikstof op ‘n massabasis. In die westelike saaistreke se sandgronde (met 0,2% humus) kan daar dan sowat 370 kg stikstof per hektaar in die boonste 250 mm grond wees. Dit is redelike groot hoeveelhede en in gronde met hoër organiese materiaalvlakke, is hierdie syfer baie meer. Vir die landbouer is dit egter nie vir plantvoeding beskikbaar nie, tensy die organiese materiaalvlakke toegelaat word om te mineraliseer.

Die verhouding van C:N:P in grondorganiese materiaal is in die orde van 110:9:1 op ‘n massabasis. Dit gee ‘n aanduiding van die hoeveelheid P wat in die organiese fraksie in grond teenwoordig is. Hiermee saam is feitlik al die swael in grond ook in die organiese fraksie teenwoordig, met slegs ‘n klein hoeveelheid wat na die anorganiese vorms (sulfiede en sulfate) gemineraliseer is. In die streke waar suurreën voorkom, is die anorganiese fraksie van swael groter. ‘n Tipiese verhouding van N:S is 10:1. Daar is ook ‘n hoeveelheid kalium in organiese materiaal opgesluit. Wanneer die organiese materiaal mineraliseer, word die kalium as K⁺ vrygestel, wat dan op die uitruilkompleks geadsorbeer. Hiervandaan word dit uitgeruil en deur plante opgeneem.

Ca²⁺ en Mg²⁺ word op die uitruilkompleks vir plante beskikbaar gestel. In sandgrond, waar die katioonuitruilkapasiteit_(klei) baie laag is, speel die bydrae van humus tot die grond se katioonuitruilkapasiteit ‘n groot rol en is derhalwe ook van groot belang in kalsium- en magnesiumvoeding. Voorts is dit ook ‘n bron van hierdie twee elemente as plantvoeding wanneer organiese materiaal mineraliseer.

Grondorganiese materiaal hou ook die volle reeks mikro-elemente in die vorm van humus-metaalkomplekse en kelate vas. Behalwe koper, word al die mikro-elemente deur humus se uitruilreaksies en kelaateienskappe in die grond vir plantvoeding beskikbaar gehou. Sonder humus is die voorsiening van mikro-elemente vir plante bykans onmoontlik en is dit een van die heel belangrikste funksies in grond in terme van plantvoeding.

Die koolstof- tot stikstof-verhouding
Die verhouding van koolstof tot stikstof van humus in grond is redelik konstant en wissel meestal tussen 10:1 en 12:1. Wanneer plantmateriaal in die grond ingewerk word, vermeerder die getalle mikrobes wat vir afbreek van materiaal verantwoordelik is, drasties. Indien die plantmateriaal iets soos koringstrooi of mieliereste is, is meeste van die plantdele se C:N-verhouding groter as 50:1 (tot 80:1), met die gevolg dat daar in verhouding nou baie koolstof in die grond is en min stikstof. Om die organiese materiaal te verteer, neem die mikrobes al die beskikbare stikstof in die grond op (insluitende bemestingstowwe), met die gevolg dat daar nou te min stikstof vir gewasse is om te groei (die sogenaamde stikstof-negatiewe periode). Tydens die afbreek van die materiaal, word die meeste van die koolstof in die materiaal as CO₂ vrygestel en die stikstof bly behoue, totdat die 12:1-verhouding weer bereik word en die stikstof dan weer vrygestel word wanneer die baie mikrobes, wat die stikstof in hulle liggame as proteïen geberg het, afsterf. Tydens dié proses word van die stikstof en koolstof as humus in die grond opgebou. Om die stikstof-negatiewe periode teen te werk, kan addisionele stikstof saam met die oesreste in die grond ingewerk word. Die oesreste word dan baie vinniger afgebreek.

Bufferkapasiteit
Omdat humus die katioonuitruilkapasiteit van die grond beïnvloed, beïnvloed dit ook die hoeveelheid H⁺ en Al⁺³ wat op die kompleks kan bind en derhalwe die hoeveelheid uitruilbare suur. Dit beteken dat gronde met ‘n hoër humusinhoud meer suur op die uitruilkompleks kan bind, wat wanneer die grond bekalk word, terugvloei na die suurheid in die grondoplossing en derhalwe veroorsaak dat die grond-pH aanvanklik swak op bekalking reageer. Die teendeel is ook waar – grond met ‘n hoër humusinhoud vat langer om suur te word, omdat ‘n klomp van die aktiewe suur vanuit die oplossing op die uitruilkompleks geadsorbeer word. Bekalking behoort gedoen te word voordat suur op die uitruilkompleks gaan adsorbeer, wat beteken dat ‘n basisversadiging van 100% nagestreef behoort te word.

Die effek van organiese materiaal op biologiese grondeienskappe
Toevoegings van organiese materiaal in grond is die voedingsbron (energiebron) van feitlik alle lewe in die grond. Grondlewe is verantwoordelik om al die afvalprodukte van mens, dier en plante af te breek en te hersirkuleer. Diversiteit in grondlewe is ook belangrik vir volhoubare plantproduksie. Om hierdie diversiteit te handhaaf, moet die voedingsbron ook divers wees, sodat almal in balans kan voortlewe. Wanneer ‘n enkele gewas in ‘n monokultuur oor jare verbou word, word sekere spesies bevoordeel en ander benadeel, wat ‘n wanbalans in biodiversiteit veroorsaak. Dit lei tot spesies wat patogenies raak weens hul groot hoeveelhede. Sommige mikrobes skei antibiotika af wat die getalle van ander in toom hou en as hierdie mikrobes nie kos kry nie, is hulle te min en floreer die ander. Die basiese beginsel vir die landbouer is dus wisselbou, sodat die populasiediversiteit in die grond “gesond” kan wees.

Bestuur van organiese materiaal in grond
‘n Paar basiese beginsels wat in gedagte gehou moet word tydens die bestuur van organiese materiaal in grond, is:

• Dit is nie sinvol om hoër humusvlakke na te streef as wat die grond-plant-klimaat-sisteem kan volhou nie. Groter toevoegings lei tot verhoogde mikrobe-aktiwiteit en lei tot vinniger afbreek, wat sal volhou totdat die grond-plant-klimaat-sisteem ekwilibrium veroorsaak.
• Weens die redelik vaste C:N-verhouding, moet voldoende stikstof tot die sisteem gevoeg word om die humusvlak na die optimale ekwilibriumvlak op te bou. Die verbouing van peulgewasse in ‘n wisselboustelsel wat atmosferiese stikstof bind, lewer hier ‘n betekenisvolle bydrae.
• Daar moet voortdurend organiese materiaal tot die sisteem gevoeg word om die ekwilibrium te handhaaf.
• Groeitoestande van die gewasse moet geoptimaliseer word om sodoende voldoende hoeveelhede organiese materiaal te produseer.
• Vermenging van grond deur meganiese aksie behoort tot die minimum beperk te word en organiese materiaal moet verkieslik bo-op die grond gelaat word. Slegs een bewerking elke vier jaar is voldoende om al die geakkumuleerde organiese materiaal te vernietig.

Samevatting
Die bestuur van organiese materiaal in grond is een van die belangrikste uitdagings van moderne landbou. Dit is ‘n volhoubare manier om koolstof in die atmosfeer, wat onder andere verantwoordelik is vir die kweekhuiseffek, in die grond te immobiliseer. Voorts het dit vir die landbouer ‘n aantal voordele. Dit verbeter die grond se fisiese, chemiese en biologiese grondeienskappe dermate dat dit die produksie van voedsel en vesel oor die lang termyn bevoordeel. Produsente behoort boerderypraktyke daarop in te stel dat die degradasie van organiese materiaal in grond vertraag word en die toevoeging daarvan bevoordeel word.

Vir meer besonderhede of navrae kontak Martiens du Plessis by:
Martiens du Plessis: 072 285 5414 / martiens@nwk.co.za
Prof Cornie van Huyssteen: 051 401 9247 / vanhuyssteencw@ufs.ac.za

Bronnelys
Brady, N.C. 1990. The nature and properties of soils. 10th ed. Macmillan Publishing Company:
New York.
Allison, F.E. 1973. Soil organic matter and its role in crop production. Elsevier Scientific
Publishing Company: New York.