4. rész A talajoltó-készítmények kiválasztása általános és specifikus tulajdonságaik alapján
A talajerőhöz és a talajok jobb működéséhez az állati trágyák mellett vagy azok hiányában a termésnövelőkhöz sorolt mikrobiális talajoltók, közismert nevükön a baktériumtrágyák használata virágkorát éli. Mégis megosztja a gazdákat az alkalmazás: vannak, akik teljes meggyőződésből, és vannak, akik csak fenntartásokkal tudják azokat elfogadni. Kérdés tehát még a tényleges, irányított felhasználásukat követő 100 év múltán is, hogy vajon mikor és milyen feltételekkel tudunk „feltétlenül” előnyt kovácsolni ezekkel? Van-e „tuti” tipp, és hol tudjuk az „ígéreteket” bizonyosságra váltan? A cikksorozatban a lehetséges kedvező hatásokat és alkalmazási módokat vesszük sorra, kitérve a korlátozó és a bizonytalansági tényezőkre is. Tanuljunk, vizsgálódjunk együtt.
Célirányos választás
A mikrobiális oltóanyag-készítmények hatásait érdemes összekötni előzetes talaj-növénybiológiai vizsgálatokkal. Ennek indoka nyilvánvaló. Ha hiányzik a talajból az adott, de szükséges mikrobiológiai komponens, akkor indokolt és szükséges is azokat oda kívülről bevinni. Hogy mit vagy melyiket, ahhoz szintén egy előzetes talajbiológiai vizsgálat, monitoring adhat információt. Az így alátámasztott alkalmazás minden bizonnyal növelheti a mikrobiális oltóanyag-készítmények eredményességét, sikerét. A termésnövelő készítményekhez sorolt piaci termékek között hatásmódjukban és összetételükben is igen sok az azonosság, de jelentős különbségeket is tapasztalhatunk. Lehet közülük akár célirányosan is válogatni, attól függően, hogy milyen célú felhasználásra van, vagy lenne szükség.
A talajoltók felhasználásának céljai
A mindennapi gyakorlatban a mikrobiális talajoltók felhasználását össze kell és lehet hangolni:
– az adott talaj fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaival
– a termeszteni kívánt növénykultúra igényeivel (tápanyagszint, élettani állapot, összeférhetőség, szükségesség);
– a növényélettani és genetikai tulajdonságokkal, amik meghatározzák az oltás idejét, módját is;
– a bevinni kívánt mikroorganizmusok igényével, környezeti tűrőképességével, esetleg adaptációs és kompetíciós szintjével, képességével;
– az alkalmazott talajművelési vagy növénykezelési technológiával;
– a műszaki felszereltség adta lehetőségekkel, és
– a táblaszintű növényprodukciós vegetációs indexekkel is, amiket a domborzati és éghajlati hatások is befolyásolnak.
A felhasználásig az élő organizmusokat tartalmazó oltóanyagban az életfeltételeket biztosítani kell, hogy a kiválasztott és felszaporított törzsek kellő életképességben maradjanak. A folyékony készítményeknél ennek egyik módja a hűtve tárolás és a minél előbbi talajba dolgozás.
A felhasználás során figyelembe kell venni, hogy a piacon jelenleg rendelkezésre álló mikrobiális „termésnövelő” készítményeknek vannak:- a szinte mindegyik talajra és növényre alkalmazható általános tulajdonságai, de vannak olyanok is, amelyek – nagyon specifikusak, és csak egy adott (gazda)növénnyel, és/vagy csak egyadott, specifikus tevékenységgel (funkcióval) lehet azokat összekötni.
Általános tulajdonságok
…melyek minden talajon és növénnyel működhetnek:
– Mikroorganizmusok túlélő-képessége, hogy egy adott talaj-növény rendszerben rugalmas anyagcseréjük segítségével képesek különböző stratégiáik által tovább ott megmaradni. Ezzel a tulajdonsággal az oltás időpontjában vagy későbbi időpontban tevékenységüket el tudják majd látni. A túlélőképesség pl. jobb lesz, ha az adott oltóanyag-törzs gyors(abb) szaporodású, így hamar elérheti a növényi gyökérrendszert (rhizoszférát), ahol a tápanyagokhoz jobban hozzájut. A legtöbb talajoltó-törzset éppen ezért a gyors szaporodási-képességre is szelektálják. Az ilyen „r-strategista” (r = rapid, gyors) törzsek előállítása is kedvezőbb.
Vannak nem túlélőképes, de dormans, alvó állapotban (spórás alakban) sokáig felhasználható baktériumok, az „l strategisták” (l = living, túlélő). Ezek akkor lesznek ismét életképesek, ha a talaj-környezeti állapot kedvezővé válik.
– Mikroorganizmusok másodlagos anyagcseretermékeinek kiválasztása. Az a képesség, hogy a környezeti körülményektől függően különböző védekezésre szolgáló kémiai vegyületeket is ki tudnak választani azért, hogy élelemhez, vízhez, levegőhöz, vagy megfelelő élettérhez, életfeltételekhez jussanak. Ilyen anyagok lehetnek szerves savak, amelyek oldani tudják a talajból a nehezen felvehető ásványi anyagokat (pl. a foszfort), a kelát-anyagok, melyek lekötnek bizonyos létfontosságú elemeket, de azt a mikroorganizmus hasznosítja, és/vagy a növény is fel tudja venni. Ha a növény jobb táplálkozású, akkor a mikrobiális életbiztonság is javul, és fordítva.
– Növekedés-szabályozó anyagok kiválasztása. A legtöbb mikroorganizmus olyan növekedést segítő anyagokat (PGR, plant growth regulator) választhat ki, amellyel indirekt módon javulhat a növényi gyökér-képződés és denzitás. A növényi hormonok legeredményesebb hatása a kezdeti gyökérnövekedés javítása (1. ábra). A nagyobb gyökérrel a növény több vízhez és vízben oldott tápanyagokhoz juthat, növekedhet a növényi biomassza és ezzel a növényi exudátumok, gyökér által kiválasztott tápanyagok mennyisége.
- ábra. Mikroorganizmus törzsek hormontermelő-képességének a tesztelése. Az auxin-t (IAA) termelő törzs javítja a csíranövény kezdeti gyökérfejlődését (forrás: SZIE, Biofector projekt, www.biofector.info)
– Mikroorganizmusok anyagcsere-folyamatait követő lebontóképesség, hogy szerves anyagokat szervetlenné tudnak alakítani a dekompozíció által és a különböző enzimek (kitináz, celluláz, foszfatáz stb.) kiválasztásával. Ez a tulajdonság általános képesség, de erősen függ a rendelkezésre álló szerves anyagok összetételétől, kémiai szerkezetétől, hosszúságától, komplexitásától és a kémiai anyagok típusától is. Minél összetettebb, bonyolultabb szerkezetű egy szerves anyag, annál nehezebb azokat ásványosítani, részben, vagy teljesen lebontani. Ismert például, hogy a szennyezett talajokban a négy aromás (benzol) gyűrűnél többet tartalmazó vegyületek (pl. a PAH, a poliaromás szénhidrogén származékok) lebontása igen lassú, évtizedekig is eltarthat, nehezen bontható (rekalcitrant) vegyületek ezek. A kitináz aktivitást mutatja az 2. ábra.
- ábra. Mikroorganizmusok kitináz enzim-aktivitásának kimutatása és mérése laboratóriumi körülmények között (forrás: SZIE, Biofector projekt, www.biofector.info)
Ajánlás: Az általános mikrobiológiai tulajdonságú talajoltó készítmények alkalmazásánál is szükséges figyelembe venni a talaj alapvető fizikai-kémiai tulajdonságait. A kívülről bevitt mikroorganizmusoknak megfelelő életkörülményre van szükségük: laza talajszerkezet, biztos élettér, bontható szerves anyagok (humusz) és/vagy növényi anyagcsere-cukrok-fehérjék-savak (exudátumok) a túlélésük és az elvárható aktivitásuk érdekében.
Specifikus tulajdonságok egy adott (gazda)növényre
– Szimbiózis – az a képesség, hogy csak adott növényfajjal tud a talajba került baktérium vagy mikroszkopikus gomba kapcsolatba kerülni. Ezekre legismertebb példa a pillangós növényekkel és a biológiai N2-kötő képességű baktériumokkal kialakított együttműködés. Ennek során a nitrogén-kötés csak akkor valósul meg, ha a szimbiózis mindkét fél által támogatott és mindkettő változásokat is tesz ennek érdekében. A gazdanövény létrehozza azokat a gyökérgümőket, ahol a baktérium már képes a molekuláris nitrogént bontani. Ez a folyamat az „obligát” szimbiózis. Adott pillangós csak adott baktérium-fajjal tud jól működni, másokkal egyáltalán nem. Összefoglalóan „rhizobiumoknak” hívjuk ezeket a szimbiontákat, melyek az Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mezorhizobium, Rhizobium és a Sinorhizobium nemzetségekhez tartoznak, számos további fajjal és alfajjal. A lucernán például csak a Rhizobium meliloti faj, a tarka koronafürt növényen a Rhizobium loti, a szóján pedig csak a Bradyrhizobium japonicum faj tud megélni és ott aktív biológiai nitrogén-kötést megvalósítani. A folyamatban a partnerek („a hűséges jegyespárok”) egymással fel nem cserélhetők.
Specifikus tulajdonságok egy adott mikrobiális tevékenységre
Több olyan tevékenység is lehet, amelyre a mikroorganizmusokat irányítottan felhasználható. Ilyen például a növényvédelem vagy a talajállapot változtatása, szerkezetjavítása, vagy a nagyon nehezen bontható szerves anyagok lebonthatóságának a javítása.
– Biokontroll hatás. Ennek során egy baktérium kiválaszthat biocid (ölő, pusztító) anyagokat a konkurens mikroorganizmusok ellen. Ezek legismertebb fajtái az aktinobaktériumok által termelt antibiotikumok, amelyekkel antagonista (a többi erőforrásért versengő „ellenséget” távol tartó, ölő, „cid”) hatást tudnak kifejteni.
– Biostop hatás. Lehet azonban olyan távoltartó hatás is, hogy csak ügyesebben használják fel a rendelkezésre álló tápanyagokat, például a talajban nehezen hozzáférhető mikroelemeket. A „vaskelát-anyagok” (szideroforok) kiválasztásával a baktériumok hamar megszerzik a vasat a később „észbe kapó” talajeredetű potenciális kórokozó (patogén) gombák elől. Ezzel egy biostatikus (szaporodást lehetetlenné tevő), vagy biostop, azt megállító hatást fejtenek ki. Mivel a növénynek ezzel a mikrobiális besegítéssel nincs szüksége saját, önálló „védekezésre”, ezért ezen organizmusok a növénynövekedés-serkentő (PGPR, plant growth promoting) rhizobaktériumokhoz is sorolhatók.
Tipp: A felhasználni kívánt mikrobiális készítmény hatását az adott gazdanövény magvainak csírázására egyszerű, az oltóanyaggal átnedvesített itatóspapír segítségével magunk is ellenőrizhetjük, és mind a csírázási százalékot, mind pedig a gyököcske és rügyecske növekedési erélyét megvizsgálhatjuk. Készíthetünk talajos növény-növekedési tenyészedény-vizsgálatokat is.
– Nyálkaképző-képesség, talajszerkezet-javítás. A mikroorganizmusok bizonyos tagjai képesek a saját fizikai védelmük érdekében külső nyálkaanyagokat, mucigélt, vagy exo-poliszacharidokat (EPS-t) kiválasztani. A rhizobiumok például „szukcinoglükánt” állítanak elő, ami egy olyan ragasztóanyag, ami stabilan összetapasztja a talajszemcséket. Ez hozzájárul az aggregátumok (másodlagos talajszerkezeti morzsák, szemcsék) kialakításához. A morzsalékosságot, illetve a morzsa-állékonyságot biztosító anyagokkal a talaj egy olyan „ragasztógyárrá” alakul, ami biztosítja a növényi gyökerek növekedését is a levegőzöttebb, lazább talaj-szerkezet kialakulásával. A víz és a szél romboló hatásának is ellenálló morzsák belsejében a kevesebb oxigént-igénylő (mikro-aerofil) baktériumok is hatékonyak, ott védve lesznek az időjárási szélsőségektől.
– Cellulózlebontó képesség. Erre csak speciális enzimeket kiválasztó baktériumok és mikroszkópikus gombák képesek. A nagy molekulájú, hosszú szénláncú molekulákat a specifikus enzimek különböző kötőhelyeken (pl. 2, vagy 5 molekula-egységenként) képesek hasítani. A cellulóz mint stabil szerves szén így a talajban olyan, mint tartalék-tápanyag, aminek részekre cukormolekula-egységekre bontásához egyféle mikroorganizmus-törzs nem is lehet alkalmas. A lebontás számos lépésből (kometabolikus folyamat) áll, amihez egy konzorciumi életközösségre van szükség és a megfelelő életkörülményre. A cellulózbontás intenzitását a C:N arány javításával lehet fokozni, ami nitrogénbevitelt jelenthet.
Összefoglaló
A biológiai úton történő növénytáplálást és -védelmet eredményesebben kellene megvalósítani az Európai Unió Horizon 2020 „Egészséges talaj és Élelmiszer” új, missziós szempontjait is figyelembe véve. Lehetőség szerint nem kémiai megoldásokat, hanem a műtrágyákat és a növényvédő szereket csökkentő biológiai eszközöket (bioeffektív és bioracionális módon) javasolt alkalmazni. (https://ec.europa.eu/info/horizon-europe-next-research-and-innovation-framework-programme/mission-oriented-policy-horizon-europe_en).
Irodalmi hivatkozások:
Kádár Imre, Köves-Péchy Krisztina, Vörös Ibolya, Biró Borbála (2001): Mikroelemek hatása a borsóra karbonátos csernozjom talajon, II. Elemfelvétel és gyökérszimbiózis. Agrokémia és Talajtan, 50 (1-2): 83-101. Biró Borbála (2002): Talaj és rhizobiológiai eszközökkel a fenntartható növénytermesztés és környezetminőség szolgálatában. Acta Agronomica Hungarica, 50: 77-85. Füzy Anna, Biró Borbála, Tóth Tibor (2003): Növény-mikroba kölcsönhatások és néhány talajtulajdonság közötti összefüggés hazai szikeseken. Természetvédelmi Közlemények, 10: 64-69.
Prof. Dr. Biró Borbála
az MTA doktora, egyetemi tanár
[email protected]
