żyzność gleby źródłem ochrony roślin

Prof. dr hab. inż. Michał Starzycki
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, Państwowy Instytut Badawczy w Poznaniu
ŻYZNOŚĆ GLEBY ŹRÓDŁEM OCHRONY ROŚLIN
Terminem „żyzność gleby” określamy naturalną zdolność gleb do zaspokojenia
w składniki odżywcze roślin. O jej składzie i własnościach do dobrego wzrostu zdrowych
roślin decydują następujące czynniki: biotyczne i abiotyczne.
Do
pierwszej
grupy
zalicza
się
w
większości
bakterie
i grzyby o składzie odpowiednim dla mikroflory glebowej oraz wszystkie drobne organizmy z
królestwa zwierząt. Abiotyczne czynniki gleb to zespół fizycznych, chemicznych,
biochemicznych, fizykochemicznych cech decydujących o jej żyzności. Na naturalną żyzność
gleb wpływają procesy glebotwórcze i biorące w nich udział związki mineralne, koloidy
glebowe, próchnica jako zhumifikowana, bezpostaciowa materia organiczna oraz zespół
wspomnianych mikroorganizmów odnawiających jej żyzność.
Żyzność gleb można zwiększyć stosując odpowiedni płodozmian roślin, właściwą dla
danych gleb uprawę i nawożenie, zarówno organiczne i mineralne oraz przez melioracje
zachowując właściwe stosunki wodno powietrzne.
Interesującymi dla rolnictwa rozwiązaniami z zakresie podniesienia żyzności gleb
i ochrony roślin przed chorobami są stosowane od niedawna (ok. 10 lat) kompozycje kultur
pożytecznych mikroorganizmów.
W skład tych preparatów mikrobiologicznych wchodzą bakterie kwasu mlekowego,
promieniowce, bakterie fotosyntetyzujące.
Bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus i Bifidobacterium) dość często spowalniają
rozwój chorobotwórczych mikroorganizmów oraz przyspieszają biodegradację materii
organicznej. Antagonizm tych bakterii wobec innych drobnoustrojów kojarzony jest
z następującymi metabolitami i ich działaniem: produkcją kwasów organicznych, pośrednio
wpływających na regulację (buforowanie) odczynu gleby (pH), wytwarzaniem nadtlenku
wodoru (H2O2), wytwarzaniem peptydów-bakteriocyn – laktacyny, laktobiny, acidoliny i in.,
działaniem modyfikującym na układ odpornościowy oraz współzawodnictwem w kierunku
miejsc receptorowych na powierzchni komórek rośliny – gospodarza.
Następną grupą są drożdże (Saccharomyces), produkujące substancje o charakterze
związków fitohormonalnych, enzymy i in. oraz związki stanowiące najczęściej pożywkę dla
bakterii kwasu mlekowego i pożytecznych promieniowców (Actinomycetes).
W skład tych preparatów wchodzą także bakterie fotosyntetyzujące. Bakterie te
odgrywają wiodącą rolę w procesach biochemicznych;. posiadają zdolność syntezy
aktywnych biochemicznie związków, wykorzystując do tego celu energię słoneczną i ciepło
gleby. Naukowcy zajmujący się problemami rolnictwa, badali te gatunki mikroorganizmów
od wielu lat.
Badania ukierunkowane były na aplikacyjne możliwości zaszczepiania gleby
pożytecznymi mikroorganizmami w celu stworzenia jak najbardziej korzystnego środowiska
mikrobiologicznego do uprawy roślin rolniczych (J. Marszewska-Zamięcka, 1974).
Technologia EM oraz jej praktyczne zastosowanie zostały opracowane przez Prof. Teruo Higę
z Uniwersytetu Ryukyus na Okinawie - Japonia (Higa T. 2003).
Koncepcję Teruo Higa rozwija jego wychowanek Matthew Wood z Kansas City, pod
nazwą SCD Probiotechnologia (Kazimierz Długosz, 2012). Głównymi założeniami jej są:
przywrócenie naturalnej równowagi w ekosystemach, które zostały naruszone działalnością
człowieka oraz efektywne ukierunkowanie rozwoju mikroorganizmów z przesunięciem w
kierunku wzbogacenia gleby w gatunki sprzyjające rozwojowi roślin.
Efektywność konsorcjów pożytecznych mikroorganizmów opiera się na działaniu
dobranych mikroorganizmów, które mogą wspólnie rozwijać się w mieszaninach
hodowlanych i są ze sobą kompatybilne fizjologicznie. Stwierdzono, że mieszanina tak
dobranych mikroorganizmów zaaplikowana do naturalnego środowiska stymuluje tworzenie
próchnicy glebowej, rozkładając pozostawione resztki pożniwne i podnosi zdrowotność gleb
poprzez ograniczenie występowania patogenów. Ponadto stosując kompozycje pożytecznych
mikroorganizmów w uprawach rolniczych odnotowuje się ich korzystne działanie poprzez:
przyspieszenie i rozkład wszelkich odpadków i szczątków organicznych, zwiększenie
dostępności dla roślin składników mineralnych i organicznych, zwiększanie aktywności
pożytecznych mikroorganizmów występujących w danej glebie, zwiększenie zdolności
akumulacji azotu oraz zmniejszenie zapotrzebowania nawozów mineralnych i zmniejszenie
udziału pestycydów, a także często wzrost odczynu gleby z kwaśnego do blisko obojętnego.
Ważne z punktu widzenia technologii EM jak i probiotechnologii jest to, że badania
dotyczące zdrowotności gleb zostały przeprowadzone na wielu różnych typach, na których w
większości przypadków odnotowano pozytywne działanie.
W Pracowni Metod Hodowli Odpornościowej, Poznańskiego Oddziału Instytutu
Hodowli
i Aklimatyzacji Roślin przeprowadzono badania z użyciem EM na poletkach doświadczalnych
w Małyszynie (po raz pierwszy 10 lat temu). Podczas zbioru oceniono porażenie rzepaku
(Brassica napus) inokulowanego grzybem Sclerotinia sclerotiorum (wywołującym zgniliznę
twardzikową) oraz plon wybranych odmian i rodów opryskanych biopreparatem w fazie
przed kwitnieniem. Podobnych obserwacji dokonano w grupie kontrolnej, w której nie
podano biopreparatu Gleba, na której prowadzono doświadczenia została ponadto
jednorazowo potraktowana tym samym preparatem. Porównując plonowanie i odporność
na porażenie powodowane przez S. sclerotiorum między roślinami kontrolnymi oraz
traktowanymi biopreparatem dolistnie i doglebowo, stwierdzono że poziom plonowania
roślin zaaplikowanych preparatem był wyższy (14,82%) (p = 0,00062) oraz redukcja
porażenia wyniosła 29,21% (p = 0,00161). Powtórzono doświadczenie z użyciem
biopreparatu EMa w kolejnym roku na poletkach zlokalizowanych w Zielęcinie. Do badań
wybrano dwadzieścia rodów hodowlanych rzepaku otrzymanego z kultur in vitro (Starzycki
M., Starzycka E. i in. 2007). Podobnie jak w poprzednim roku stwierdzono wyższy plon nasion
B. napus z poletek, na których stosowano zabieg zraszania roślin i podłoża biopreparatem, co
również potwierdzono statystycznie (p = 0,0274). Ponadto na roślinach (pędach i liściach)
badanych rodów rzepaku nie stwierdzono symptomów innych groźnych chorób pochodzenia
grzybowego. Podobnie korzenie nie wykazały zmian chorobotwórczych.
Powyższe badania są kontynuowane nie tylko na formach czarnonasiennych, ale
również na słabszych genotypach żółtonasiennych rzepaku ozimego. Wyniki pozwalają
przypuszczać, że technologie oparte na naturalnych kompozycjach pożytecznych
mikroorganizmów przyczyniły się do wzrostu aktywności mikroflory glebowej przy
zachowaniu gatunków rodzimych oraz skierowały ich aktywność na wspieranie procesów
zdominowanych przez pożyteczne mikroorganizmy.
Przydatność gleby do uprawy roślin określana jest na podstawie jej żyzności,
urodzajności i potencjalnej produktywności. Dla rolnictwa najważniejsza jest wspomniana
żyzność gleby, czyli zawartość składników zaspokajających życiowe potrzeby roślin.
Najczęściej, jeżeli struktura gospodarstwa na to pozwala stosuje się dobrze
przefermentowany obornik, który ma ogromne znaczenie w podniesieniu żyzności gleby i
zdrowotności roślin. Przy wysokiej temperaturze kompostowania selekcjonuje się mikroflora
termofilna. Nie oznacza to, że stłumione mikroorganizmy całkowicie zamierają, przechodzą
jedynie w fazę uśpienia i mogą powtórnie rozwinąć się przy sprzyjających dla nich
warunkach. Z dostępnej informacji (RZD Zielęcin) wynika, że aby fermentacja obornika
przebiegała w sposób kontrolowany i korzystny. Dobrze jest użyć kompozycje pożytecznych
mikroorganizmów po to, by przesunąć proces fermentacji w kierunku zwiększenia populacji
mikroorganizmów sprzyjających procesowi fermentacji mezofilnej. Z przeprowadzonych
obserwacji z wielolecia, można stwierdzić, że technologia oparta na indukcji naturalnych
kompozycji pożytecznych mikroorganizmów na pryzmy obornikowe przyczynia się nie tylko
do podniesienia zdrowotności i żyzności gleb, ale wpływa korzystnie na usuwanie uciążliwych
odorów (H2S, NH3 i in.).
Większość światowych odmian roślin rolniczych oparta jest na technologii zwanej DH
(Double Haploid, Podwojone Haploidy). Rośliny rozwijające się z mikrospor (androgenezą)
lub komórek woreczka zalążkowego (gynogeneza) posiadają zredukowaną haploidalną liczbę
chromosomów (1n). Po podwojeniu liczby chromosomów przy użyciu cytostatyków
(najczęściej kolchicyny) można otrzymać homozygotyczne, podwojone haploidy (2n)
dziedziczące się w następnych pokoleniach identycznie. Opracowanie i udoskonalanie metod
in vitro otrzymywania linii podwojonych haploidów u wielu gatunków roślin uprawnych
pozwoliło na szerokie ich zastosowanie w badaniach podstawowych oraz hodowli (Szała,
Adamska, Cegielskia – Taras 2000). Dysponowanie liniami homozygotycznymi podnosi
skuteczność selekcji i ułatwia wybór pożądanych genotypów. Jednak, aby otrzymać jednolite
genetycznie organizmy roślinne o określonych cechach jakościowych i ilościowych należy
wykonać bardzo wiele eksperymentów in vivo oraz in vitro. Właśnie powyższa technologia
powinna zostać uzupełniona o ochronę związaną ze stosowaniem kompozycji pożytecznych
mikroorganizmów z wielu powodów. Ustalony genotyp roślin, zresztą bardzo korzystny, nie
zawsze tolerowany jest przez naturalne środowisko. Mowa tu o większych porażeniach przez
patogeny spotykanych na tego typu uprawach. Ważnym aspektem z punktu widzenia
rolnictwa jest przystosowanie i szybkie dopasowanie się różnych patotypów
chorobotwórczych organizmów do ustalonego genetycznie organizmu roślinnego. Związane
jest to z tak zwanym przełamaniem odporności, a homozygotyczne formy są szczególnie
narażone na tego typu działanie. Stosowanie kompozycji pożytecznych mikroorganizmów
może być skuteczną pomocą w ochronie upraw rolniczych opartych na odmianach DH.
Następnym ważnym kierunkiem w otrzymaniu wyższych i zdrowszych plonów roślin
jest wykorzystanie efektu heterozji. Zjawisko to polega na szczególnym wigorze mieszańców
(F1) otrzymanych z dobranych rodziców o zróżnicowanych genotypowych. Teoretycznie
największego efektu heterozji można oczekiwać przy dużym zróżnicowaniu alleli
poszczególnych genów rodzicielskich. Najczęściej do wytwarzania odmian roślin
F1 wykorzystywane są systemy oparte o rośliny CMS (z cytoplazmatyczną męską
niepłodnością) i dalej z wykorzystaniem form DH form restorujących (zdolnych przywrócić
płodność). Pomimo, że heterozygotyczne odmiany (F1) roślin rolniczych charakteryzują się
z reguły wyższym plonowaniem można na nich zauważyć także wysoki stopień porażeń przez
patogeny. Także w tym przypadku stosowanie konsorcjów pożytecznych mikroorganizmów
może być skuteczna ochroną upraw rolniczych opartych na odmianach heterozyjnych (F1).
W konkluzji należy stwierdzić, że stosowane aplikacje biopreparatów zawierających
żywe kultury pożytecznych mikroorganizmów podnosiły na wyższy poziom zdrowotność oraz
plony nasion rzepaku różnych odmian, rodów i form.
Mając na uwadze przedstawione wyniki potwierdzające skuteczność działania
mikroorganizmów warto by było zwiększyć powszechność ich stosowania. Jednak przyczyną
mniejszego zainteresowania rolnictwa w powszechnym stosowaniu kompozycji
pożytecznych mikroorganizmów jest mała liczba eksperymentów i publikacji naukowych z
biopreparatami zawierającymi kompozycje pożytecznych mikroorganizmów.
Wyniki doświadczeń (szczególnie z wielolecia), mogą być dobrym wskaźnikiem
celowości stosowania tych technologii w ograniczaniu chorób roślin oraz otrzymywaniu
wyższych plonów i przywracaniu właściwej proporcji mikroflory gleb oraz jej żyzności zdrowotności. Następnym problemem jest potrzeba przebadania wpływu metabolitów
(całego kompleksu oraz pojedynczych gatunków) stosowanych mikroorganizmów na rośliny i
doglebowo, a także rozpoznanie pełnego składu gatunkowego mikroorganizmów
wykorzystywanych w obydwu technologiach: technologii EM i probiotechnologii na
podstawie sekwencjonowania DNA.
Literatura:
Elżbieta Adamska, Teresa Cegielska-Taras, Laurencja Szała. Parametry genetyczne dla
cech struktury plonu oraz zawartości tłuszczu w nasionach rzepaku ozimego oszacowane na
podstawie linii DH otrzymanych z mieszańca F1 (DH O-120 × DH C-1041), Tom XXIII Rośliny
Oleiste, 2002.
Higa T. Rewolucja w Ochronie Naszej Planety. Wyd. Fundacja Rozwój SGGW,
Warszawa 2003.
Uzdrowić Ziemię (opr. zb. pod red. K. Długosza), wyd. Stowarzyszenie EkosystEMDziedzictwo Natury, Warszawa 2012.
J. Marszewska-Zamięcka. Mikrobiologia gleby i nawozów organicznych. Państwowe
Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. Warszawa 1974.
Elżbieta Starzycka, Michał Starzycki. Najważniejsze wyniki badań nad zgnilizną
twardzikową
w rzepaku przedstawione na XII Międzynarodowym Kongresie Rzepakowym w Wuhan-Chiny.
Rośliny Oleiste Oliseed Crops t. XXIX: 281-290, 2008.
Michał Starzycki, Eligia Starzycka, and Jan Pszczoła. Development of Alloplasmic Rape. Advances in
Botanical Research, Elsevier Ltd. Vol. 45, 313-335, 2007.