Hitek és tévhitek a talajoltó készítményekről

2. rész: A műtrágyák és a talajoltás. A baktériumtrágyák használata kiválthatja-e azokat?

A talajerő és a talajok jobb működése eléréséhez az állati trágyák mellett vagy azok hiányában a termésnövelőkhöz sorolt mikrobiális talajoltók, közismert nevükön a baktériumtrágyák használata a virágkorát éli. Mégis megosztja a gazdákat az alkalmazásuk; vannak, akik teljes meggyőződésből és vannak, akik csak fenntartásokkal tudják elfogadni ezek hasznosságát.

Még a tényleges, irányított felhasználásukat követő 100 év múlva is kérdés tehát, hogy vajon mikor és milyen feltételekkel tudunk „feltétlenül” előnyt kovácsolni ezekkel? Van-e „tuti” tipp, és hol tudjuk az „ígéreteket” bizonyosságra váltani. A cikksorozatban a lehetséges kedvező hatásokat és alkalmazási módokat vesszük sorra, kitérve a korlátozó és a bizonytalansági tényezőkre is. Tanuljunk, vizsgálódjunk együtt!

A nitrogén – mint kulcskérdés

Azt gondolnánk, hogy a baktériumtrágya is trágya, tehát az alkalmazással mind a szerves állati, mind pedig a műtrágyák elhagyhatók. Milyen jó is lenne ez, hiszen a műtrágyák árához viszonyítva egy baktériumtrágyás kezelés csak a töredékébe kerül. Ez a tény, illetve tévhit is erősen motiválja a baktériumtrágyák alkalmazását. Adott években így, amikor gazdaságilag kevesebb forrás áll rendelkezésre, akkor a műtrágyákat általában baktériumkezelésekkel helyettesítik. A baktériumtrágyázást az AKG is támogatja és motiválja; zöld megoldásként kezelhető a környezetvédelmi okok miatt sokszor kifogásolt műtrágyahatások miatt. Nem véletlenül jött létre például a nitrátrendelet, hogy a csecsemők „kékvérűségét” és végül a fulladását is okozó nitrát lehetőleg ne kerülhessen az ivóvizeinkbe. A nitrogénre figyelni kell. A nagy nitrogéntartalmú hígtrágyák felhasználása a mikrobiálisan is inaktív, téli időszakban ezért jogszabályokkal korlátozott.

A műtrágyák közül mégis leginkább a nitrogéntartalmú termékek felhasználása a gyakori. Ezt indokolja, hogy a nitrogén a talajban főleg csak nehezen hozzáférhető szerves formában található meg, beépülve a talajélőlények vagy az elpusztult növényi-állati maradványok testtömegébe, és csökkentve ezzel a könnyen felvehető, vízben oldott vagy oldható részarányt. A nitrogénnek alig több mint 3%-a van oldott állapotban a talajokban. A nitrogén-tartalmú műtrágyákkal ezért nagyon látványos növénynövekedést lehet elérni; javítja nemcsak a növényi biomassza (a termés vagy zöldtakarmány) mennyiségét, de a talajban található mikroorganizmusok kimutatható mennyiségeit, az úgynevezett mikrobiális biomasszát is. A mikrobák testtömegében átlagosan 8 szénatomra jut 1 db nitrogénmolekula, ami komoly igényt jelent. Emiatt a talaj-növény rendszerben igen nagy küzdelem folyik a felvehető nitrogénért, mivel a fehérjéket felépítő aminosavak szintézise nem lenne lehetséges a hozzáférhető nitrogén nélkül. A fehérjék az élet hordozói. Nitrogén ráadásul nem csak a fehérjéket alkotó aminosavakhoz szükséges, de az élő szervezetekben lejátszódó kémiai reakciókat is fehérje típusú enzimek katalizálják. Fehérje természetűek még a számos életfolyamatot szabályozó mikrobiális és növényi hormonok is.

A nitrogén a talajból gyorsan fogy. Ha pedig van a talajban a mikrobiális lebontásra alkalmas szerves anyag, akkor a nitrogénfogyás még inkább begyorsul, így előfordulhat, hogy a mikroorganizmusok „eleszik” a nitrogént a növény elől. Ez a helyzet áll elő például a nagy tömegű növényi szármaradványnak a talajba kerülésével, ha abban nincs megfelelő nitrogén a lebontáshoz, és olyan mikrobák szaporodnak el, amelyek a könnyen felvehető cukrokat képesek csak felélni. A mikrobák közül ilyenek a gyorsan szaporodó (r strategista) baktériumok, amelyek hamar elhasználják a nitrogént, de a felgyorsult szaporodásuk következtében az oxigén is gyorsan elfogy a talajból. Ennek hatására levegőtlen (anaerob) körülmények jönnek létre, ami aztán lecseréli a korábbi „katonákat” a levegőtlen körülményeket is elviselő vagy kifejezetten igénylő (anaerob típusú) baktériumokra. Az anaerob folyamatok hatására pedig a denitrifikáló baktériumok nyernek teret, amelyek a nitrátból és a dinitrogén-oxidból nyerik kémiai úton az oxigént, és ez ismételten a nitrogén további elvesztésével jár. A molekuláris nitrogén gáz formájában a levegőbe felszabadul. Nem véletlen tehát, hogy a nitrogénműtrágyáknak általában csak töredéke, 10-40%-nál nem nagyobb mennyisége hasznosul. A folyamat során pedig az anaerob, levegőtlen körülmények kialakulásával káros toxinok is felszabadulnak, a növényi gyökér elhal, elfeketedik, és nem lesz képes a növény táplálására. Ez a „pentozán” hatás lényege. Ha a pentozán hatás kialakul, akkor tehát nem feltétlenül a baktériumok hiányoznak a talajból. Éppen ellenkezőleg, az intenzív baktériumszaporodás váltotta ki a nitrogén és az oxigén elfogyását a talajból. Bizonyos típusú, biológiai úton nitrogént kötő baktériumokra van tehát szükség. A baktériumszám oltással történő fokozása helyett a már lecsupaszított, cellulóz szénvázat enzimes úton megbontani képes mikrobákat, főleg az Aktinobaktériumokat és fonalas gombákat kell a talajba oltóanyagként felhasználni, ha azok nincsenek kellő számban jelen.

A cellulózbontókkal együtt szükséges növelni a szabadon élő és/vagy az asszociatív nitrogénkötő baktériumok számát is a talajban, ha már oltunk. Ez a mikroba-mikroba közötti hasznos együttműködés (a szimbiózis) tipikus esete, ahol a cellulózbontók egyúttal a nitrogénkötőket is támogatják, és fordítva, a nitrogénkötés is előmozdítja a cellulózbontás hatékonyságát. Ha nincsenek jelen a nitrogénkötők, akkor a hiányzó nitrogén pótlására műtrágyákat kell alkalmazni, illetve az ökológiai gazdálkodás körülményei között ezt szerveshumusz-komposztok vagy lucernaliszt készítmény is pótolhatja, hogy a C:N arány javuljon. A szerves anyagok bomlása során a felszabaduló nitrát a talajban a denitrifikációs aktivitás erősödéséhez is hozzájárul, azaz az anaerob rendszerben a bontás fokozódik, de ezzel a műtrágyaveszteség is erősödhet, amit újabb nitrogénbevitellel kell ismét pótolni. Az „ördögi kör” tipikus esete.

Nitrogénkötők vagy inkább a műtrágyák?

A nitrogénkötő baktériumok kapacitását a mezőgazdaság nem használja ki kellően. Kényelmesebb helyettük a biztosan és látványosan ható nitrogénműtrágyák felhasználása. Pedig a biológiai nitrogénkötésnek számos típusa van, és mindegyik kisebb-nagyobb mértékben, de hozzájárul ahhoz, hogy a műtrágyák felhasználása csökkenthető legyen.

Többféle nitrogénkötő mikroorganizmus is ismert. A vizes élőhelyeken található égerfák nitrogénkötő gümőiről is tudunk, de a mezőgazdasági gyakorlatban felhasználható háromféle típust az 1. táblázat mutatja be.

A biológiai úton nitrogént kötő baktériumok típusai és hatékonyságuk

A nitrogénszükséglet fokozására a baktériumtrágya oltóanyagok többségében gyakran előfordulnak az Azospirillum vagy az Azotobacter genusz fajai. A kétféle mikrobacsoport azonban nem fejt ki azonos tevékenységet. Amíg az Azotobacter (A. chroococcum, A. vinelandii) fajok minden talajban és bármelyik növénnyel azonos módon felhasználhatók, addig az asszociatív szimbionta Azospirillum (A. lipoferum, A. brasilense) fajok főleg az egyszikű növényekkel tudnak csak biológiai úton nitrogént kötni. Ahhoz, hogy mindez megvalósuljon, megfelelő környezeti körülmény is szükséges. Az azospirillumok ugyanis optimálisan 30^oC feletti hőmérsékletet igényelnek, ezért a téli időszakban számuk erősen csökkenhet. A nitrogénkötők legismertebb típusai még a tipikus gyökérgümő-baktériumok, a rhizobiumok is. Az „obligát szimbionta” baktériumok, amelyek nitrogént csak akkor kötnek, ha a gazdanövénnyel hatékony szimbiózis jön létre, jól elkülönülnek a gyökérgümőkben. A nitrogénkötés tényét a gümők rózsaszín-pirosas színe jelzi. A rhizobiumok a pillangós növényekkel élnek csak a rájuk jellemző és mással nem helyettesíthető kapcsolatban. Egy adott pillangós növény csak bizonyos baktériumfajnak a törzseivel tud hatékony szimbiózist (kölcsönösen hasznos együttélést) kialakítani. A pillangósok növényoltása ezért csak akkor lehet valóban eredményes, ha:

– a megfelelő (kompatibilis) rhizobium baktériumfajt oltjuk az adott növényhez,

– a baktérium képes a növényen a szimbiózis kialakítására (kellően infektív),

– a baktérium képes a biológiainitrogén-kötésre is (tehát effektív).

Nem véletlen, hogy a vetésforgós művelési rendszerek mindegyike tartalmaz és javasol is pillangós növénykultúrákat. A pillangós növények nitrogénszolgáltató képessége ráadásul nem ér véget egy adott vegetációs időszakban, hiszen utóhatásként még 3 további évben számolhatunk azok hasznával, tápanyag-szolgáltató képességgel. A leghatékonyabb nitrogénkötő rendszerben a lucernával, éves szinten akár 250 kg nitrogén biológiai biztosítása is lehetséges.

A szén-nitrogén arány fontossága

A szerves anyagok lebontásának az elősegítéséhez figyelni kell a növényi maradványok C:N arányát. Általános elv szerint ez akkor működik a legjobban, ha 1230 szén- (C) molekulára legalább 1 nitrogén- (N) molekula jut. Ez azonban a legtöbb szerves anyagnál nincs így. A lebonthatóságot leginkább segítő összetételük a pillangós növényeknek van, ezért a pillangós takarmánynövények a hiányzó nitrogént is pótolhatják. A C:N-arány fontosságát és értékeit a 2. táblázat mutatja be.

2. táblázat. A C:N arány alakulása és fontossága a növényeknél1. ábra. Növekvő nitrogén- és foszforadagok hatása a tarka koronafürt takarmánynövényen kialakult biológiai nitrogénkötő gyökérgümők számára gyengén humuszos homoktalajon. N1=45, N2=90, N3=135, N! =180 kg/ha nitrogén; P’=120-, P2=240 és P3=360 kg/ha foszforműtrágya. (Forrás: Biró B, 2006)

A növekvő nitrogénműtrágyákkal azt várnánk, hogy a növénytömeg vagy a termés is arányos módon növekedni fog. Ez azonban nincs minden esetben így. A nitrogénnek egy adott talaj-növény rendszerben megvan az optimális, ideális szintje, ami a többi tápelem arányától is függhet, de ezt a talaj-növény-klíma rendszer egyéb tulajdonságai is befolyásolják.
Hogy egy indító (starter) kis adagú műtrágyának milyen kedvező hatása van, arra az 1. ábra mutat példát. Látható, hogy a növekvő nitrogénműtrágya-adagok (45, 90, 135 és 180 kg/ha dózisok) csak egy bizonyos szintig javították a nitrogénkötő Rhizobium baktériumok által kiváltott gyökérgümők számát a tarka koronafürt (Coronilla varia) takarmánynövényen. Ha a 45 kg/ha mennyiségnél nagyobb adagot adtunk, akkor a növény már nem fejlesztette a szimbiózis hatékonyságát, hiszen megkapta a szükséges mennyiséget a biológiai nitrogénkötés nélkül is. Megfigyelhető még az is, hogy a megfelelő gümősödéshez a foszfor megfelelő, arányos adagjára is szükség van az adott talajnál. A 120, 240 és 360 kg/ha P-trágya adag közül a 45 kg-hoz 240 kg/ha foszforra is szükség volt. Az együtthatás eredményeként azonban meghatározóan jobb, kilencszeres nitrogénkötő képesség jöhetett létre.

Kiegészítő vagy indító (starter) kis adagú műtrágyák segíthetik a növények kezdeti fejlődését ahhoz, hogy aztán azok elég erősek legyenek a gyökérrégióban a mikroorganizmusok táplálására. Az így létrejött gyökérhatás (rhizoszféra effektus) lesz képes a gyökérrendszerben az 5-10-100-szor több mikrobiális aktivitás fenntartására. Ennek eredménye, hogy a mikrobák is „visszaadhatják” a növénynek a felvehető szervetlen tápanyagokat.

A műtrágyák felhasználását egy adott talaj-növény-mikroba rendszer számos tulajdonságához kell optimalizálni, különösen a nitrogénkötő baktériumoknál.

Irodalmi hivatkozások:

Biró Borbála (1992a): Nitrogénkötő, növényi növekedést serkentő Azospirillum baktériumok. Agrokémia és Talajtan, 41: 139-145. Biró Borbála (1992b): Az Azospirillum növényoltás lehetőségei. Agrokémia és Talajtan, 41: 390-399.

Biró Borbála (2006): A környezeti állapot megőrzésének, indikálásának és helyreállításának mikrobiológiai eszközei a növény-talaj rendszerben. Akadémiai doktori értekezés. pp. 105, MTA, Budapest

Prof. Dr. Biró Borbála, az MTA doktora
egyetemi tanár
[email protected]