Formazione dell’humus

Alla formazione della sostanza organica stabile concorre una moltitudine di organismi con funzioni fondamentali di equilibrio biologico, che compongono la microfauna e la microflora del terreno.
I diversi ceppi di microrganismi sono estremamente specializzati e la loro attività è fortemente condizionata dalla situazione ambientale e dalle fonti alimentari. In caso di condizioni avverse sospendono l'attività e passano a vita latente, per poi riattivarsi e moltiplicarsi, non appena si realizzino condizioni favorevoli.
La modificazione del materiale organico immesso nel terreno comporta l'attivazione a catena di diversi gruppi microbici. Per esempio all'interramento di paglie, successivamente all'azione dei batteri cellulosolitici, che disgregano la cellulosa in composti più semplici, intervengono i batteri proteolitici che attaccano le proteine, liberando catene di amminoacidi. La presenza di amminoacidi, stimola la crescita degli schizomiceti che disgregano proprio gli amminoacidi, liberando l'Azoto ammoniacale in essi contenuto. La progressiva diminuzione di amminoacidi deprime gli schizomiceti ed esalta la presenza di batteri che ossidano l'ammoniaca in nitriti, successivamente sostituiti da altri ceppi che trasformano i nitriti in nitrati.
Per semplificazione e maggiore comprensione di questo fenomeno affascinante nella sua perfezione, si può dire che: conseguentemente all'immissione di sostanza organica nel terreno si ha un'attivazione inizialmente lenta dei processi metabolici, cui segue una rapidissima crescita del numero di microrganismi e della loro attività specifica.
I processi di disgregazione della sostanza organica producono molecole semplici che seguono destini diversi. In parte vanno perse come acqua o come gas (Anidride carbonica, Ammoniaca, etc.), altri oltrepassano la frazione minerale del terreno (nitrati, fosfati ed altri sali), altri ancora vanno a produrre la sostanza organica stabile contribuendo al processo di umificazione.

Attività microbiologica e competizione

Nelle primissime fasi di decomposizione c'è dunque disponibilità di elementi nutritivi ma subito dopo si possono avere competizioni tra piante ed organismi preposti alla digestione della S.O. che utilizzano l'Azoto come fonte energetica necessaria per compiere il lavoro.
In assenza di una buona fertilità del terreno, cioè in assenza di livelli di sostanza organica accettabili, i tempi di disgregazione possono allungarsi notevolmente e creare fame di Azoto per la coltura successiva, imponendo perciò all'operatore scelte oculate nella successione colturale e nella fertilizzazione.
Una coltura come il Sorgo, lascia residui con rapporto C/N elevatissimo che alcuni autori indicano intorno a 180, quindi con fibra tenace, difficile da demolire. Se al Sorgo segue un cereale a paglia che è seminato poco dopo la raccolta, è molto probabile che gran parte dell'Azoto presente nel terreno e somministrato per la produzione del cereale, sia sottratto dai batteri per attaccare la lignina e la cellulosa contenuta nei residui del Sorgo. Questo Azoto trattenuto sarà certamente restituito in diverse forme ma in tempi non corrispondenti alle esigenze di sviluppo della coltura in atto.
Per evitare prevedibili problemi di competizione o si aumenta di molto la dose di Azoto, cosa però difficile ed onerosa in agricoltura biologica, o meglio, con la rotazione ci si orienta verso una coltura che non risente di questa situazione come ad esempio: Fava, Favino, Pisello Proteico, Cece o Soia, in grado di autoprodursi l'Azoto necessario.
Bisogna comunque tenere conto che un’eccessiva fame di Azoto può influire negativamente anche sulle stesse Leguminose, in grado di dare il loro massimo se almeno una piccola parte del fabbisogno di Azoto è già presente nel terreno. Addirittura, per la Lenticchia le migliori produzioni si ottengono quando la pianta trova disponibile, almeno un terzo del suo fabbisogno di Azoto già presente nel terreno.
Proponibile anche un cereale o altra coltura a ciclo primaverile estivo se preceduta da un erbaio da sovescio in cui le Leguminose sono presenti in purezza o come parte significativa del miscuglio.
Generalmente diversa da quella ora descritta, la situazione di molte altre colture che lasciano residui facilmente umificabili come ad esempio ortive, Leguminose da granella e Girasole. Mais e cereali a paglia si trovano invece in una situazione intermedia.
La competizione tra pianta e microrganismi terricoli per l'uso dell'Azoto disponibile, può essere uno dei problemi che si presentano nei primi anni di conversione, soprattutto nel caso di rotazioni dove prevalgono colture cerealicole e in cui l'allungamento dei tempi di disgregazione ha certamente influenza negativa sulle rese.

Qualità del materiale organico e formazione di humus

Il rapporto C/N del materiale organico interrato, quindi, influenza molto i processi di trasformazione ed i tempi di rilascio degli elementi nutritivi contenuti. Come dato di riferimento molto generale, si può dire che con rapporti C/N bassi (< 10) c'è rilascio di nutrienti e scarsa umificazione, mentre con C/N alti (> 30) accade esattamente l'inverso.
In generale si può ragionare sul seguente schema: interrando materiale paglioso e residui colturali secchi (C/N alto, cioè poco Azoto rispetto al Carbonio) pochi elementi nutritivi sono prontamente disponibili nel breve periodo, mentre gran parte della massa andrà a formare sostanza organica stabile. Diversamente interrando, come nel caso di un sovescio, una massa di vegetali freschi ricchi di acqua e poveri in fibra (C/N basso, cioè rapporto più equilibrato tra Carbonio e Azoto), la quasi totalità della materia organica sarà mineralizzata mettendo a disposizione nutrienti, mentre solo una piccola porzione di S.O., determinata dalla quantità di fibra presente, contribuirà ai processi di umificazione.
Quindi le sostanze che contengono solo prodotti facilmente decomponibili e a basso rapporto C/N forniscono poca o nulla S.O. stabilizzata; le sostanze che contengono lignina hanno tendenza a formare humus a condizione che contengano una certa quantità di Azoto e ne trovino, almeno in parte, disponibilità durante il processo di umificazione.
Valori bassi di C/N dei materiali organici interrati, siano essi residui colturali o fertilizzanti, non hanno nulla a che vedere con il C/N dell'humus che ha un rapporto intorno a 10. L'elevato grado di polimerizzazione raggiunto dall'humus stabile, gli conferisce una capacità di persistenza che altri materiali con rapporto C/N basso non hanno, tanto da essere i più facilmente attaccabili.
Questa riflessione sul Carbonio, contenuto nella fibra vegetale e l'Azoto è utile a evidenziare ulteriormente che, per ottenere humus, il materiale organico immesso nel terreno o sottoposto a processo di compostaggio, deve essere formato almeno per una parte significativa, da vegetali contenenti lignina e cellulosa. Tutte le materie organiche di origine animale da sole non possono dare humus stabile, così come il materiale vegetale fresco e non fibroso.
Sulla degradazione dei residui colturali e di tutta la sostanza organica interrata, influisce notevolmente anche la dimensione; per questo è utile sminuzzare paglie, stocchi e residui prima dell'interramento, in modo che, una volta interrate, aderiscano completamente al terreno, offrendo ai microrganismi ampie superfici di attacco.
Il materiale di partenza condiziona fortemente il rendimento in humus. La quantità di humus stabile che si forma da un determinato quantitativo di S.O. interrata è indicata dal coefficiente isoumico, che è rappresentato dal simbolo K1. La quantità di humus che si mineralizza è invece indicata da coefficiente di mineralizzazione che è rappresentato con il simbolo K2.
I coefficienti isoumici sono sempre piuttosto bassi e vanno dal 10÷20% della paglia fino ad un massimo del 50% per il letame ben maturo.
Essendo il coefficiente isoumico applicato alla sostanza secca o alla sostanza organica, il calcolo della resa in humus esplicita le difficoltà che si incontrano per aumentare significativamente la quantità della S.O. presente nel suolo e, quindi, il livello di attenzione che l'operatore biologico deve sempre avere nel realizzare interventi sinergici, tra fertilizzazione e pratiche agronomiche di protezione e valorizzazione della S.O.
Si deve anche tenere presente che durante il processo di trasformazione della S.O., soprattutto di origine animale, può esserci liberazione di sostanze tossiche per i vegetali. Queste tossine sono rapidamente degradate da altri microrganismi ma possono avere effetto molto negativo sulle colture in campo. La frenetica attività microbica delle prime fasi comporta, poi, sviluppo di calore anche questo pericoloso per le radici. Anche per questi motivi è sempre preferibile interrare S.O. non troppo fresca a ridosso di piante o semi in germinazione.
Di contro, come vedremo successivamente parlando di compostaggio, l'innalzamento della temperatura svolge l'importante compito di devitalizzazione di semi infestanti contenuti nel letame, perché passati indigeriti nello stomaco degli animali o contenuti nel fieno e nei materiali vegetali che vanno in lettiera.