Julia W. Gaskin1, Peter Hartel2, Elizabeth Little3, Glen Harris4

• Maaperän biologia
• Maaperän inokulantit
• Maaperän inokulanttien käyttö
• Yhteenveto
• Lisälähteet

Maaperän biologia

Maaperän biologia on tärkeää, jotta voidaan varmistaa, että maataloudessa käytettävät järjestelmät pysyvät terveinä ja tuottavina. Elävä maaperä on monimutkainen. Siihen kuuluu olentoja, joita ei voi nähdä paljain silmin, kuten bakteereja, sieniä, aktinomykeettejä, alkueläimiä ja sukkulamatoja, sekä olentoja, kuten hyönteisiä ja maan matoja. Tämä eliöyhteisö on sidottu yhteen ravintoverkkoon, joka vaikuttaa maaperän kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Välitämme näistä ominaisuuksista, koska ne vaikuttavat myös kasvien kasvuun ja terveyteen.

Mikroskooppiset aktinomykeetit maaperässä. Jotkut näistä mikro-organismeista tuottavat antibiootteja.

Käytännöillä, kuten lannan tai kompostin lisäämisellä maaperään, peittokasvien istuttamisella ja viljelykierrolla, pyritään palauttamaan ja ylläpitämään maaperän orgaanista ainesta, kierrättämään ja sitomaan ravinteita sekä vähentämään maaperän sairauksia. Näihin käytäntöihin liittyy yleensä mikrobibiomassan ja maaperän eliöiden monimuotoisuuden lisääntyminen.

Terveessä maaperässä voi olla miljardeja bakteereja, sieniä ja muita mikro-organismeja yhdessä teelusikallisessa. Maaperän olosuhteista riippuen näiden eri mikro-organismien populaatiot nousevat ja laskevat. Jotkin mikrobipopulaatiot kasvavat nopeasti, kun maaperään lisätään tuoreita peitekasveja tai muita kasvijäännöksiä. Jotkin mikrobit pystyvät esimerkiksi käyttämään tuoreiden kasvijäämien helposti saatavilla olevia hiililähteitä samalla tavalla kuin ihminen käyttää hiilihydraatteja. Näiden mikrobien määrä vähenee, kun hiililähteet kuluvat loppuun, jolloin muut mikrobit, jotka hajottavat huonommin saatavilla olevia hiililähteitä, kuten selluloosaa ja ligniiniä, lisääntyvät. Kyse on siitä, että maaperässä on monia alkuperäisiä mikro-organismeja, jotka reagoivat nopeasti, kun olosuhteet ovat suotuisat niiden kasvulle.

Maaperän inokulantit

Näihin männyn taimien juuriin on tartutettu mykorritsasieniä, joiden avulla kasvi saa ravinteita suuremmasta tilavuudesta maaperää.
(David Read, Oregonin osavaltionyliopisto)

Kun yhä tunnustetaan, että maaperän biologialla on tärkeä rooli kasvintuotannossa, kiinnostus maaperän inokulantteja kohtaan kasvaa jatkuvasti. Inokulantteja käytetään monista eri syistä. Joissakin tapauksissa lisätään maaperään organismeja, joilla on tunnetusti hyödyllisiä vaikutuksia. Esimerkiksi jotkut bakteerit, kuten rhizobiat, muodostavat symbioottisen suhteen tiettyjen isäntäkasvien, kuten palkokasvien, kanssa. Symbioottinen suhde on molempia osapuolia hyödyttävä. Vastineeksi siitä, että kasvi syöttää sille fotosynteesistä peräisin olevaa hiiltä ja antaa sille kodin, bakteeri voi ”sitoa” ilmakehän typpeä kasvin käyttämään muotoon. Jotkin sienet, kuten mykorritsat, voivat myös solmia symbioottisen suhteen kasvien kanssa ja haudata fosforia ja muita ravinteita kasvin käyttöön. Jotkin bakteerit ja sienet eivät muodosta symbioottista suhdetta kasvien kanssa, mutta kun niitä lisätään maaperään, ne voivat edistää kasvien kasvua, tukahduttaa kasvien taudinaiheuttajia tai molempia.

Helpoisin tapa ajatella maaperän inokulantteja on jakaa ne niiden vaikutustavan mukaan: biolannoitteet tai kasvien kasvunedistäjät, biotorjunta-aineet ja kasvien vastustuskyvyn stimuloijat.

Biolannoitteet

Biolannoitteet sisältävät eläviä mikro-organismeja, jotka siemeniin, kasveihin tai maaperään levitettynä asuttavat juuria ympäröivää aluetta (ritsosfääri) tai elävät juurissa. Nämä mikro-organismit edistävät kasvien kasvua lisäämällä ravinteiden tarjontaa tai saatavuutta, stimuloimalla juurten kasvua tai tukemalla muita hyödyllisiä symbioottisia suhteita. Biolannoitteita kutsutaan myös kasvien kasvunedistäjiksi.

Palkokasveilla, kuten apilalla, herneillä ja pavuilla, on juuria kolonisoivia rhizobakteereja, jotka voivat lisätä typen saatavuutta kasville sitomalla typpeä ilmakehästä. Jokaisella palkokasvilla on tietty rhizobakteeri, joka toimii parhaiten kyseisen kasvin kanssa. Inokuloimalla palkokasvien siemeniä oikeilla bakteereilla varmistetaan, että palkokasvi maksimoi typen saatavuuden, jos maaperässä on vähän typpeä Tämä on erityisen tärkeää, jos et ole istuttanut kyseistä palkokasvilajia aiemmin, koska maaperässä ei välttämättä ole oikeita bakteereja.

Näissä soijapapujen juurissa on kyhmyjä, jotka sisältävät
rhizobioita, jotka sitovat typpeä kasvien käyttöön.
(Peter Hartel, Georgian yliopisto.)

On olemassa myös vapaasti eläviä, typpeä sitovia bakteereja, jotka voivat toimittaa typpeä viljakasveille, kuten vehnälle ja maissille. Ne elävät juurta ympäröivällä alueella (ritsosfäärissä). Yleensä typen sitominen sekä symbioottisten että vapaasti elävien typensitojien avulla on suurempaa typpiköyhissä maaperissä.

Monissa maaperissä ravinteita, kuten fosforia, kaliumia ja rautaa, on suuria määriä, mutta sellaisessa muodossa, jota kasvit eivät voi käyttää. Monet bakteerit ja sienet pystyvät saattamaan nämä ravinteet kasvien saataville erittämällä orgaanisia happoja tai muita kemikaaleja (sideroforeja), jotka liuottavat mineraaleja. Kasvien juurissa elävät mykorritsasienet ovat tunnettuja kyvystään toimittaa fosforia kasveille. Aivan kuten typen sitojien kohdalla, mykorritsasienet ovat tehokkaimpia silloin, kun maaperässä on vähän fosforia. Kun ravinteita on riittävästi saatavilla, kasvit eivät näytä haluavan vaihtaa kovalla työllä ansaitsemiaan fotosynteesituotteita lisää ravinteita vastaan.

Jotkut bakteerit ja sienet tuottavat kasvien kasvuhormoneja, jotka voivat lisätä erityisesti juurten kasvua ja kasvien kasvua yleensä. Lisääntynyt juurten kasvu auttaa kasvia hyödyntämään suuremman määrän maaperän ravinteita ja vettä ja voi auttaa kasvia ”kasvamaan yli” patogeenien hyökkäyksistä. Esimerkiksi sienien tiedetään tuottavan gibberelliinejä, jotka ovat tärkeitä siementen itämiselle ja solujen kasvulle, ja jotkin bakteerit voivat vähentää etyleenin määrää, joka on hormoni, jota kasvit tuottavat stressitilanteessa.

Biotorjunta-aineet

Kasvin juurta, jota ympäröi Bacillus subtilis -bakteerikalvo (vihreää fluoresenssia) vasteena kasvien taudinaiheuttajan aiheuttamaan tartuntaan.
(Thimmaraju Rudrappa, Delawaren yliopisto)

On monia esimerkkejä maaperästä, joka on luonnostaan kasvintuhoojia tukahduttava. Suppressiiviset maaperät ovat seurausta tiettyjen mikro-organismien ja tuholaisorganismien välisestä vuorovaikutuksesta. Monet yleisimmistä maaperän inokulanteista sisältävät näitä tukahduttavia mikro-organismeja, ja niitä käytetään biotuholaismyrkkyinä tai biotorjuntatuotteina.

Useimmat biotuholaisorganismit toimivat joko tuottamalla ainetta, joka estää tai tappaa tuholaista (antagonismi), tai vähentämällä ravinnon tai suojan saatavuutta taudinaiheuttajalle (kilpailu). Laajimmin käytetty biotuholaismyrkky on Bacillus thuringiensis, joka tuottaa toksiinia, joka tappaa maaperän toukkia ja sukkulamatoja. Bacillus subtilis -bakteerin tiettyjä kantoja käytetään laajalti sienitautien torjunta-aineena. Tämä bakteeri kolonisoi kasvien juuria, kilpailee sienien kanssa tästä markkinaraosta ja estää sienipatogeenien nopean kasvun.

Bakteereja syövillä pikkueläimillä ja sukkulamatoilla uskotaan olevan myös tärkeä rooli taudinaiheuttajien torjunnassa (saalistaminen). Kuten missä tahansa ekosysteemissä, sekä kilpailu että saalistus pyrkivät pitämään populaatiot tasapainossa.

Kasvien vastustuskykyä stimuloivat aineet

Sen lisäksi, että jotkin sienet ja bakteerit toimivat suoraan kasvipatogeenien estäjinä, ne stimuloivat kasvia aktivoimaan omia puolustusmekanismejaan. Tätä kutsutaan indusoiduksi systeemiseksi resistenssiksi. Vastauksena mikro-organismien kemiallisiin signaaleihin kasvit saattavat muuttaa fysiologisia vasteita niin, että taudinaiheuttajan aiheuttamia oireita esiintyy vähemmän. Tähän voi kuulua soluseinän vahvistaminen infektiota vastaan tai sellaisten antibioottien (kuten terpeenien) vapauttaminen, jotka vähentävät taudinaiheuttajan hyökkäystä. Kemialliset signaalit, jotka kulkevat edestakaisin mikro-organismeista kasveihin, ovat spesifisiä; näin ollen mikro-organismit ja kemikaali, joka voi aiheuttaa indusoitua systeemistä resistenssiä yhdessä kasvilajissa, eivät välttämättä toimi toisessa kasvilajissa.

Maaperän inokulanttien käyttö

Maaperän inokulanteista, jotka parantavat menestyksekkäästi kasvien kasvukuntoa ja sadonkorjuuastetta, on olemassa esimerkkejä, mutta niiden käyttö on vielä lapsenkengissä. Tietyn inokulantin menestys riippuu kasvilajista ja lajikkeesta. Maaperätyyppi, maaperän kosteus- ja lämpötilaolosuhteet sekä kasvia ympäröivässä maaperässä esiintyvien taudinaiheuttajien määrä vaikuttavat myös siihen, miten hyvin inokulantit voivat menestyä. Lopuksi, koska inokulantit sisältävät eläviä organismeja, se, miten inokulantit valmistettiin ja levitettiin, voi vaikuttaa lopputulokseen.

Mikrobiologit ovat sitä mieltä, että istutetun mikro-organismin menestys voi liittyä enemmän sen kykyyn lisääntyä ja muodostaa populaatioita tietyssä kapeikossa kasvin juuristovyöhykkeen ympärillä kuin käytettyjen inokulantti-mikro-organismien määrään. Tuodut mikro-organismit joutuvat kilpailemaan maaperässä jo olevien mikro-organismien kanssa ja selviytymään kotoperäisten alkueläinten ja sukkulamatojen saalistuksesta. Niiden on löydettävä sopiva ravinnonlähde ja ympäristöolosuhteet selviytyäkseen. Maahan tuotuja mikro-organismeja voivat rasittaa maaperän vesiolosuhteiden vaihtelu, lannoitteiden tai maatalouskemikaalien (sekä orgaanisten että tavanomaisten) käyttö ja maaperän häiriöt, kuten maanmuokkaus. Kaikkien näiden vaikutusten vuoksi istutetut mikro-organismit eivät välttämättä säily maaperässä kovinkaan pitkään, joten istutusaineen hyödylliset vaikutukset ovat kentällä usein vähäisemmät kuin laboratorio- tai kasvihuoneolosuhteissa havaitut vaikutukset. On myös tapauksia, joissa yhden bakteeri- tai sienityypin käytöllä on suotuisia vaikutuksia, kun taas useiden bakteerien tai sienten samanaikaisella käytöllä ei ole samanlaisia vaikutuksia.

Yleisesti kasvien kasvunedistäjiksi tai kasvien vastustuskyvyn stimuloijiksi väitettyjen inokulanttien kenttäkokeissa on saatu vaihtelevia tuloksia. Esimerkiksi Teksasissa usean vuoden ajan tehdyistä puuvilla- ja durra-kokeista saadut tiedot eivät osoittaneet eroa sadon määrässä kahden erilaisen ”maaperän aktivaattorituotteen” avulla. Toisessa tutkimuksessa ei havaittu eroa rehujen, maapähkinöiden, riisin, soijapapujen ja tomaattien osalta. Muut Alabamassa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että useat Bacillus spp. -kannat vähensivät sienitauteja kurkuissa ja tomaateissa; tulokset eivät kuitenkaan olleet johdonmukaisia jokaisena kenttäkoevuotena (ks. lisäresurssit jäljempänä).

Sienitautien torjunta-aineet on muotoiltu ja niitä myydään jauheina, rakeina tai nesteinä. Inerttejä materiaaleja, kuten turvesammalta, käytetään usein kantaja-aineena pitämään organismit elossa ja helpottamaan levittämistä.

Maaperän inokulanttien levittämiseen on useita menetelmiä. Näitä ovat siementen tai taimien päällystäminen tai levittäminen suoraan maahan. Suora levitys maahan tehdään kasvin tyvelle lähelle kasvin juuria. Eri formulaatiot edellyttävät erilaisia levitysmenetelmiä. Valmistajan suosituksia on noudatettava, jotta onnistuminen olisi mahdollisimman todennäköistä. Inokulantteihin ei pidä lisätä mitään muita tuotteita ennen levitystä, varsinkaan sellaisia, joiden ominaisuudet voivat tappaa bakteereja tai sieniä.

Säilyvyysaika voi myös olla ongelma. Koska valmisteet sisältävät eläviä organismeja, ne on säilytettävä viileässä paikassa (mieluiten jääkaapissa) ja sekoituksen jälkeen käytettävä mahdollisimman nopeasti. Inokulanttien jättäminen autoon, lava-auton kojelaudalle tai ulos alttiiksi auringolle, kuumuudelle tai erittäin kylmille lämpötiloille voi tappaa osan organismeista ja vähentää niiden tehokkuutta.

Yhdysvalloissa USEPA on rekisteröinyt maaperän inokulantit käytettäväksi. Georgiassa niiden on oltava myös Georgian maatalousministeriön hyväksymiä. Maatalousministeriö vaatii testejä, joilla osoitetaan, että inokulantit eivät todennäköisesti vahingoita kasveja, ja todisteita siitä, että etiketissä olevat väitteet pitävät paikkansa. Käyttäjien on kuitenkin tiedettävä, että tämä ei ole tae siitä, että inokulantit toimivat väitetyllä tavalla.

Valmistajien on ennen ostamista kysyttävä itseltään tuotteiden väittämistä. Vanha sanonta ”Jos se kuulostaa liian hyvältä ollakseen totta, se todennäköisesti on totta” pätee edelleen. Kysy itseltäsi useita kysymyksiä:

1. Väittääkö tuote korjaavan kaiken? Toimii kaikissa tilanteissa? Toimii kaikissa maaperissä?
2. Onko esitetty uskottavia tieteellisiä tietoja vai perustuvatko kaikki tulokset suositteluun?
3. Annetaanko uskottava syy sille, miksi tuote toimii?

Kuten minkä tahansa maataloustuotteen kohdalla, käyttäjän on kiinnitettävä huomiota perusturvallisuuteen liittyviin varotoimenpiteisiin ja noudatettava etiketin ohjeita. Vaikka inokulantit eivät ole ihmisen taudinaiheuttajia ja valmistajilta edellytetään varotoimia, joilla estetään kontaminaatio muiden mikro-organismien kanssa, käyttäjien tulisi noudattaa maalaisjärjellä perusteltuja varotoimia. Näitä ovat muun muassa se, ettei suihkeita hengitetä, ettei ihoa altisteta inokulanttiseokselle ja että kädet pestään käytön jälkeen. Jotkin bakteerit, joilla on suotuisia vaikutuksia maaperässä, voivat tartuttaa ihmisiä, joiden immuunijärjestelmä on heikentynyt.

Yhteenveto

Maaperän inokulanttien käyttö on lupaavaa maataloudessa ravinnetilanteen parantamisessa, kasvitautien ja tuholaisten vähentämisessä ja sadon parantamisessa. Hoitokäytännöillä, kuten viljelykierrolla, peittokasvien viljelyllä ja orgaanisten lannoitteiden ja maanparannusaineiden lisäämisellä, saadaan kuitenkin samanlaisia hyötyjä. Kaikki nämä käytännöt vaikuttavat maaperän mikro-organismien määrään ja monimuotoisuuteen. Maaperän ja maatalouden tuotantojärjestelmien monimutkaisuuden vuoksi on vaikea ennustaa, tuottavatko maaperän inokulantit odotettua tulosta. Ilman asianmukaisia maaperäolosuhteita laboratoriossa kasvatetuilla inokulanteilla on usein vaikeuksia kilpailla alkuperäisten mikro-organismipopulaatioiden kanssa.

Lisäresurssit

Soil Biology Primer. Saatavilla verkossa osoitteessa
soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology/biology.html .

Inoculation of Legume Forage Seed. Available online at
www.aces.edu/dept/forages/miscellaneous/Ino_Forage_Seed.pdf

Non-Traditional Soil Additives: Can They Improve Crop Production? Saatavilla verkossa osoitteessa
lubbock.tamu.edu/soilfertility/pdfs/nontraditSoilAdditves.pdf

Application of rhizobacteria for induced resistance. Saatavilla verkossa osoitteessa
www.ag.auburn.edu/~kloepjw/.

Tätä asiakirjaa on tukenut University of Georgia College of Agricultural and Environmental Sciences Cooperative Extension.

1 Kestävän maatalouden koordinaattori, bio- ja maataloustekniikka
2 Professori, mikrobiologia, kasvinviljely- ja maaperätieteet
3 Apulaisprofessori, kotitalouksien IPM/kestävä maatalous, kasvipatologia
4 Laajennusagronomi, Environmental Soil and Fertilizer, Crop and Soil Sciences

Status and Revision History
Published on Aug 13, 2010
Published with Full Review on Aug 01, 2013
Published with Full Review on Aug 02, 2017