Mit adnak nekünk a talajbaktériumok?

Ugyan, mit adtak nekünk a rómaiak? – hangzik el a lekicsinylően kritikus kérdés a rómaiak által megszállt ország ellenállói részéről, az ismert filmkomédiában. – Például a vízvezetéket! – mondja az egyikük. – Jó, azt, de mi egyebet? – Még a csatornázást, az utakat, gyógyászatot, az oktatást, öntözést, bort, ezeket mégiscsak ők adták! – Jó-jó, de ezen kívül mit adtak még? – hangzik újra el a kérdés…

E vidám kis jelenet jut gyakorta eszembe, amikor arról beszélünk, miért fontos a talajban történő folyamatok megismerése, megismertetése. A kérdés ugyanis hasonló: mit adnak nekünk a talaj mikroorganizmusai? A válasz prózai: a földi élet lehetőségét.

A nitrogén légkörből történő kötése

Az élet számára Földünkön az elsődleges nitrogénforrást a légköri nitrogén jelenti. E nitrogén a biológiai körforgásba, természetes módon, csak mikroorganizmusok által kötött N útján léphet be (mesterséges úton műtrágyákkal is). Termesztett, magasabb rendű növényeink tehát nitrogénhez nem tudnak hozzájutni a légkörben bőségesen található N₂-ből – a levegő 78%-a nitrogén –, ugyanis ennek megkötésére csak igen kevés élőlény képes.

A talajban szabadon élő, illetve a növényekkel asszociatív vagy szimbiotikus kapcsolatot kialakító N-kötő baktériumok egyaránt rendelkeznek nitrogenáz-enzimmel, amely enzim segítségével elvégzik a nagyon stabil N₂-molekula felhasítását és ammóniává alakítását, melyet a növény már képes felvenni és hasznosítani N-igényének kielégítésére. E folyamat, a biológiai nitrogénkötés kulcsfontosságú a földi élet szempontjából. A főbb nitrogénkötő mikroorganizmusok a cianobaktériumok, a szimbiózisban élő rhizobium-baktériumok, az asszociatív azospirillumok, a szabadon élő Azotobacter, Clostridium baktériumok stb.

A kálium feltárása

A nitrogén és a foszfor mellett a kálium a legfontosabb növényi tápanyag, amely kulcsszerepet játszik a növények anyagcseréjében. A kártevőkkel és abiotikus stresszekkel szembeni ellenállóképesség növelésén túl, a kálium több mint 80 különböző enzim aktiválásában vesz részt, mely enzimek például a keményítőszintézis, a fotoszintézis során nélkülözhetetlenek.

1. kép. A baktériumok képesek a káliumot mobilizálni

A kálium forrását a földkéreg káliumtartalmú ásványai, elsősorban agyagásványok jelentik. A kálium a rácsos szerkezetű agyagásványokon belül található, azok bomlásakor lassan szabadul fel. Ugyanakkor a jelentős mennyiségű, agyagásványokban kötött kálium a növények számára nem hozzáférhető. A talajban káliumot a talajoldatban (ionos formában, hozzáférhető), a talajkolloidok felületén megkötve (kicserélhető forma), illetve az agyagásványokban kötve és káliumtartamú ásványok kristályrácsában találunk (nem kicserélhető forma). A talajoldat káliumtartalma és a kicserélhető formák között viszonylagos egyensúlyi állapot alakul ki.

A talajok jelentős mennyiségű, káliumtartalmú ásványi anyagainak különböző kötött ásványi formáit a növények közvetlenül nem képesek feloldani a gyökereikből kiválasztott vegyületekkel. A talaj káliumtartalmának növelése a műtrágyázás mellett, a szármaradványokat elbontó baktériumok és gombák számától függ, hiszen ezek a szármaradványok jelentős mennyiségű káliumot tartalmaznak.

A talaj mikroorganizmusai nem csak a holt szerves anyagokból képesek a káliumot felszabadítani, hanem a káliumtartalmú agyagásványokból is, ugyanis az ásványi formában lévő káliumot – szilikátbontó képességüknél fogva – a növény számára felvehető formátumúvá alakítják (ilyen fajok pl. Bacillus mucilaginosus, Bacillus edaphicus, Bacillus circulans). E folyamatok során a K-ionok felszabadítását szerves savak (pl. borkősav, citromsav) kiválasztásával, exopoliszacharidok termelésével érik el. Az utóbbiak az ásványok felületéhez tapadva valószínűsíthetően olyan kelátvegyületeket képeznek, melyek lehetővé teszik a K-oldatba vitelét.

A holt szerves anyagok bontása

A cellulóz a Földön előforduló leggyakoribb szerves anyag, mert a növények vázanyagának nagy része cellulóz. A cellulóz bontását lehetővé tevő enzimmel (celluláz) rendelkező baktériumok, gombák rendkívül hasznosak a cellulózoknak és lignocellulóznak, mint holt szerves anyagnak a lebontásában. A gabonafélék szalmája, a kukorica és a napraforgó szármaradványa évente sok százezer tonnára becsülhető, amely a tarlón maradhat. A szalma cellulóz, hemicellulóz és lignintartalmának lebontása és az alkotórészek visszajuttatása a bio-körforgalomba a talajtermékenység megőrzése szempontjából is alapvető fontosságú. A cellulóz – e vízben oldhatatlan, kémiailag stabil, és enzimeknek is viszonylag ellenálló makromolekula – bontását a baktériumok és gombák celluláz enzimeik segítségével végzik. Ezen enzimek szinte mindegyike a hosszú szénláncokat rövidíti, vagy láncvégekről kisebb egységeket (cellobióz) hasítanak le. Ennek eredményeként olyan kisebb molekulák termelődnek, amelyeket könnyen vesznek fel, bontanak tovább és hasznosítanak egyéb mikroorganizmusok.

2. kép. A szalma elbontásában a baktériumok és gombák vesznek részt

A szármaradványokat elbontó baktériumok és gombák a holt szerves anyagok, szármaradványok bontásával jelentős mennyiségű nitrogént, káliumot és foszfort, számos mezo- és mikroelemet tárnak fel, alakítanak át a növények számára is felvehető formává.

A talaj mikroorganizmusainak szolgáltatásai a fentebb ismertetett néhány alapvető funkciónál sokkal-sokkal bővebbek. Csak néhány fontos folyamatot emeltünk ki: nélkülük nem lenne nitrogén a talajban, így aminosavakat és fehérjéket sem tudnának szintetizálni az élő szervezetek. Nem lenne lebontás, így nem lenne miből felépíteni sem. Az ásványokba és kőzetekbe zárt vegyületek feltárása nem történhetne meg. Nélkülük minden más lenne, de ami valószínűbb: nem lenne semmi sem.

Varga Sándor
Biológiai Talajerőgazdálkodási mérnök
Magyar Talajbaktérium–gyártók és -forgalmazók Szakmai Szervezete