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

• Biologia gleby
• Inokulanty glebowe
• Użycie inokulantów glebowych
• Podsumowanie
• Dodatkowe zasoby

Biologia gleby

Biologia gleby jest ważna dla utrzymania zdrowych i wydajnych systemów rolniczych. Żywa gleba jest złożona. Obejmuje ona stworzenia, które nie mogą być widoczne gołym okiem, takie jak bakterie, grzyby, actinomycetes, pierwotniaki i nicienie, jak również stworzenia, takie jak owady i dżdżownice. Ta społeczność organizmów jest połączona w sieć pokarmową, która wpływa na chemiczne i fizyczne właściwości gleby. Dbamy o te właściwości, ponieważ wpływają one również na wzrost i zdrowie roślin.

Mikroskopijne actinomycetes w glebie. Niektóre z tych mikroorganizmów produkują antybiotyki.

Praktyki takie jak dodawanie obornika lub kompostów do gleby, sadzenie roślin okrywowych i płodozmian mają na celu odbudowę i utrzymanie materii organicznej gleby, recykling i zatrzymywanie składników odżywczych oraz zmniejszenie chorób gleby. Praktyki te są zwykle związane ze zwiększoną biomasą mikroorganizmów i zwiększoną różnorodnością organizmów glebowych.

Zdrowa gleba może zawierać miliardy bakterii, grzybów i innych mikroorganizmów w jednej łyżeczce. W zależności od warunków glebowych, populacje tych różnych mikroorganizmów rosną i spadają. Niektóre populacje mikroorganizmów zwiększają się szybko, gdy do gleby dodawane są świeże rośliny okrywowe lub inne pozostałości roślinne. Na przykład, niektóre mikroorganizmy są w stanie wykorzystać łatwo dostępne źródła węgla ze świeżych resztek roślinnych, tak jak ludzie wykorzystują węglowodany. Liczba tych mikroorganizmów maleje w miarę zużywania źródeł węgla, co powoduje wzrost liczby innych mikroorganizmów, które rozkładają mniej dostępne źródła węgla, takie jak celuloza i lignina. Chodzi o to, że w glebie znajduje się wiele rodzimych mikroorganizmów, które szybko reagują, gdy warunki sprzyjają ich wzrostowi.

Inokulanty glebowe

Te korzenie siewek sosny są zainfekowane grzybami mikoryzowymi, które pozwalają roślinie uzyskać składniki odżywcze z większej objętości gleby.
(David Read, Oregon State University)

Jak nadal uznajemy, że biologia gleby odgrywa ważną rolę w produkcji roślinnej, zainteresowanie inokulantami glebowymi nadal rośnie. Inokulanty są stosowane z różnych powodów. W niektórych przypadkach dodajemy organizmy glebowe, które mają znane korzystne działanie. Na przykład, niektóre bakterie, takie jak rizobia, tworzą symbiotyczne relacje z niektórymi roślinami żywicielskimi, takimi jak rośliny strączkowe. Symbiotyczny związek to taki, który przynosi obopólne korzyści. W zamian za to, że roślina karmi je węglem pochodzącym z fotosyntezy i daje im dom, bakterie mogą „wiązać” azot atmosferyczny do postaci, którą roślina może wykorzystać. Niektóre grzyby, jak mikoryza, mogą również tworzyć symbiotyczne relacje z roślinami, wyłapując fosfor i inne składniki odżywcze do wykorzystania przez rośliny. Niektóre bakterie i grzyby nie tworzą symbiotycznych relacji z roślinami, ale po dodaniu do gleby mogą promować wzrost roślin, tłumić patogeny roślin lub oba.

Najprostszym sposobem myślenia o inokulantach glebowych jest podzielenie ich zgodnie z ich sposobem działania: bio-nawozy lub stymulatory wzrostu roślin, biopestycydy i stymulatory odporności roślin.

Biofertilizers

Biofertilizers contain live microorganisms that, when applied to the seed, plant or soil, inhabit the area around the roots (rhizosphere) or live in the roots. Mikroorganizmy te wspierają wzrost roślin poprzez zwiększenie podaży lub dostępności składników odżywczych, poprzez stymulację wzrostu korzeni lub poprzez wspomaganie innych korzystnych relacji symbiotycznych. Biofertilizers are also called plant growth promoters.

Legumes such as clover, peas and beans have root-colonizing rhizobacteria that can increase the availability of nitrogen to the plant by fixing nitrogen from the atmosphere. Każda roślina strączkowa ma specyficzne rizobakterie, które najlepiej współpracują z daną rośliną. Szczepienie nasion roślin strączkowych odpowiednimi bakteriami zapewnia, że rośliny strączkowe zmaksymalizują dostępność azotu, jeśli azot w glebie jest niski Jest to szczególnie ważne, jeśli nie sadzono wcześniej danego gatunku roślin strączkowych, ponieważ odpowiednie bakterie mogą nie być obecne w glebie.

Te korzenie soi mają guzki zawierające
rizobia wiążące azot dla roślin.
(Peter Hartel, University of Georgia.)

Istnieją również wolno żyjące bakterie wiążące azot, które mogą dostarczać azot roślinom zbożowym, takim jak pszenica i kukurydza. Żyją one w obszarze bezpośrednio wokół korzenia (ryzosfera). Ogólnie rzecz biorąc, wiązanie azotu zarówno z symbiotycznych i wolno żyjących utrwalaczy azotu jest wyższe w glebach ubogich w azot.

W wielu glebach, składniki odżywcze, takie jak fosfor, potas i żelazo są obecne w dużych ilościach, ale w formach, których rośliny nie mogą wykorzystać. Wiele bakterii i grzybów są w stanie uczynić te składniki odżywcze dostępne dla roślin poprzez wydzielanie kwasów organicznych lub innych substancji chemicznych (siderophores) do rozpuszczania minerałów. Grzyby mikoryzowe, które żyją w korzeniach roślin, są dobrze znane ze swojej zdolności do dostarczania roślinom fosforu. Podobnie jak w przypadku fiksatorów azotu, grzyby mikoryzowe są najbardziej skuteczne, gdy dostępna ilość fosforu w glebie jest niska. Gdy istnieją odpowiednie składniki odżywcze dostępne, rośliny nie wydają się chcieć wymienić swoje ciężko zarobione produkty fotosyntezy na więcej nutrients.

Some bakterie i grzyby produkują hormony wzrostu roślin, które mogą zwiększyć wzrost korzeni specjalnie i wzrost roślin w ogóle. Zwiększony wzrost korzeni pomaga roślinie wykorzystać większą objętość gleby dla składników odżywczych i wody i może pomóc roślinie „outgrow” ataków patogenów. Na przykład, grzyby są znane z produkcji giberelin, które są ważne dla kiełkowania nasion i wzrostu komórek, a niektóre bakterie mogą zmniejszyć ilość etylenu, który jest hormonem produkowanym przez rośliny w warunkach stresu.

Biopestycydy

Korzeń rośliny otoczony warstwą Bacillus subtilis (zielona fluorescencja) w odpowiedzi na infekcję patogenem roślinnym.
(Thimmaraju Rudrappa, University of Delaware)

Istnieje wiele przykładów gleb, które są naturalnie tłumiące szkodniki roślin. Gleby supresyjne są wynikiem interakcji pomiędzy pewnymi mikroorganizmami i organizmami szkodników. Wiele z najbardziej powszechnych inokulantów glebowych zawiera te tłumiące mikroorganizmy i jest stosowanych jako biopestycydy lub produkty biokontroli.

Większość organizmów biopestycydowych działa poprzez wytwarzanie substancji, która hamuje lub zabija szkodnika (antagonizm) lub poprzez zmniejszenie dostępności pożywienia lub schronienia dla patogenu (konkurencja). Najpowszechniej stosowanym biopestycydem jest Bacillus thuringiensis, który wytwarza toksynę zabijającą larwy glebowe i nicienie. Specyficzne szczepy Bacillus subtilis są szeroko stosowane jako fungicyd. Bakteria ta kolonizuje korzenie roślin, konkurując z grzybami o tę niszę, i zapobiega szybkiemu rozwojowi patogenów grzybowych.

Pierwotniaki i nicienie, które zjadają bakterie, są również uważane za odgrywające ważną rolę w kontrolowaniu patogenów (drapieżnictwo). Jak w każdym ekosystemie, zarówno konkurencja jak i drapieżnictwo utrzymują populacje w równowadze.

Stymulatory odporności roślin

Oprócz działania jako bezpośredni inhibitor patogenów roślinnych, niektóre grzyby i bakterie stymulują roślinę do uruchomienia jej własnych mechanizmów obronnych. Nazywa się to indukowaną odpornością systemiczną. W odpowiedzi na sygnały chemiczne od mikroorganizmów, rośliny mogą zmienić reakcje fizjologiczne, tak aby wystąpiło mniej objawów patogenu. Może to obejmować wzmocnienie ściany komórkowej, aby oprzeć się infekcji, lub uwalnianie antybiotyków (takich jak terpeny), które ograniczają atak patogenu. Sygnały chemiczne, które przechodzą tam i z powrotem od mikroorganizmów do roślin są specyficzne; w konsekwencji, mikroorganizmy i substancje chemiczne, które mogą powodować indukowaną odporność systemową u jednego gatunku roślin, mogą nie działać u innego.

Stosowanie inokulantów glebowych

Choć istnieją przykłady inokulantów glebowych, które z powodzeniem poprawiają wzrost roślin i plony, ich stosowanie jest wciąż w powijakach. Sukces konkretnego inokulantu zależy od gatunku rośliny i odmiany. Rodzaj gleby, wilgotność i temperatura gleby, a także liczba patogenów obecnych w glebie wokół rośliny również wpływają na skuteczność inokulantów. Wreszcie, ponieważ inokulanty zawierają żywe organizmy, sposób przygotowania i zastosowania inokulantów może mieć wpływ na wynik.

Mikrobiolodzy uważają, że sukces wprowadzonego mikroorganizmu może być bardziej związany z jego zdolnością do reprodukcji i ustanowienia populacji w określonej niszy wokół strefy korzeniowej rośliny niż z liczbą zastosowanych mikroorganizmów inokulantów. Wprowadzone mikroorganizmy muszą konkurować z tymi, które już znajdują się w glebie i przetrwać drapieżnictwo ze strony rodzimych pierwotniaków i nicieni. Muszą one znaleźć odpowiednie źródło pożywienia i warunki środowiskowe, aby przetrwać. Wprowadzone mikroorganizmy mogą być narażone na stres z powodu zmiennych warunków wodnych w glebie, stosowania nawozów lub agrochemikaliów (zarówno organicznych jak i konwencjonalnych) oraz zaburzeń gleby, takich jak uprawa. Z powodu tych wszystkich czynników, wprowadzone mikroorganizmy mogą nie przetrwać zbyt długo w glebie; dlatego też korzystne efekty działania inokulantu zaobserwowane na polu są często mniejsze niż te zaobserwowane w warunkach laboratoryjnych lub szklarniowych. Istnieją również przypadki, w których zastosowanie jednego rodzaju bakterii lub grzyba będzie miało korzystne skutki, podczas gdy jednoczesne zastosowanie kilku nie wykazuje podobnych skutków.

Ogólnie, próby polowe inokulantów, które twierdzą, że są stymulatorami wzrostu roślin lub stymulatorami odporności roślin mają mieszane wyniki. Na przykład, dane dotyczące prób bawełny i sorgo prowadzonych przez kilka lat w Teksasie nie wykazały różnicy w plonach przy zastosowaniu dwóch różnych produktów „aktywatorów gleby”. W innym badaniu nie zaobserwowano różnicy w przypadku pasz, orzeszków ziemnych, ryżu, soi i pomidorów. Inne badania w Alabamie wykazały kilka szczepów Bacillus spp. zmniejszył chorób grzybiczych w ogórkach i pomidorach, jednak wyniki nie były spójne dla każdego roku badań polowych (patrz Dodatkowe zasoby poniżej).

Inkulanty są sformułowane i sprzedawane jako proszki, granulki lub ciecze. Materiały obojętne, takie jak mech torfowy, są często używane jako nośnik, aby utrzymać organizmy przy życiu i pomóc w aplikacji.

Istnieje kilka metod stosowania inokulantów glebowych. Obejmują one pokrywanie nasion lub sadzonek lub stosowanie bezpośrednio do gleby. Bezpośrednia aplikacja do gleby odbywa się u podstawy rośliny w pobliżu korzeni roślin. Różne preparaty wymagają różnych metod aplikacji. Aby mieć największe szanse powodzenia, należy stosować się do zaleceń producenta. Nie należy dodawać żadnych dodatkowych produktów do inokulantów przed zastosowaniem, zwłaszcza tych, które mogą mieć właściwości zabijające bakterie lub grzyby.

Trwałość w sprzedaży może być również problemem. Ponieważ preparaty zawierają żywe organizmy, należy je przechowywać w chłodnym miejscu (najlepiej w lodówce), a po zmieszaniu zużyć tak szybko, jak to możliwe. Pozostawienie inokulantów w samochodzie, na desce rozdzielczej pickupa lub na zewnątrz wystawionych na działanie słońca, ciepła lub bardzo niskich temperatur może zabić niektóre z organizmów i zmniejszyć ich skuteczność.

W Stanach Zjednoczonych, inokulanty glebowe są zarejestrowane do użytku przez USEPA. W Gruzji, muszą one być również zatwierdzone przez Departament Rolnictwa Gruzji. Departament Rolnictwa wymaga badań, aby wykazać, że inokulanty nie są prawdopodobne, aby zaszkodzić roślinom i dowody, że roszczenia na etykiecie są prawdziwe. Jednak użytkownicy powinni wiedzieć, że nie jest to gwarancja, że inokulanty będą działać zgodnie z twierdzeniami.

Przed zakupem, rolnicy powinni zadać sobie pytanie o roszczenia produktów. Stare porzekadło: „Jeśli brzmi to zbyt dobrze, aby było prawdziwe, to prawdopodobnie tak jest” jest nadal aktualne. Zadaj sobie kilka pytań:

1. Czy produkt twierdzi, że wszystko naprawi? Działa we wszystkich sytuacjach? Działa na wszystkich glebach?
2. Czy istnieją wiarygodne dane naukowe, czy też wyniki oparte są na referencjach?
3. Czy podano wiarygodny powód, dla którego produkt działa?

Jak w przypadku każdego produktu rolniczego, użytkownik powinien zwrócić uwagę na podstawowe środki ostrożności i postępować zgodnie z instrukcjami na etykiecie. Chociaż inokulanty nie są patogenami ludzkimi i producenci są zobowiązani do podjęcia środków ostrożności, aby zapobiec skażeniu innymi mikroorganizmami, użytkownicy powinni podjąć zdroworozsądkowe środki ostrożności. Należą do nich: nie wdychać rozpylaczy, nie narażać skóry na działanie mieszaniny inokulantów i myć ręce po użyciu. Niektóre bakterie, które mają korzystne działanie w glebie, mogą zakażać osoby z osłabionym układem odpornościowym.

Podsumowanie

Użycie inokulantów glebowych ma obiecujące zastosowanie w systemach rolniczych w celu poprawy statusu składników odżywczych, ograniczenia chorób roślin i szkodników oraz poprawy plonów. Jednak praktyki zarządzania, takie jak płodozmian, uprawa roślin okrywowych i dodawanie nawozów organicznych i poprawek do gleby zapewniają podobne korzyści. Wszystkie te praktyki wpływają na liczbę i różnorodność mikroorganizmów w glebie. Złożoność gleby i systemów produkcji rolnej sprawia, że trudno jest przewidzieć, czy inokulanty glebowe będą działać zgodnie z oczekiwaniami. Bez odpowiednich warunków glebowych, laboratoryjnie wyhodowane inokulanty często mają trudności w konkurowaniu z rodzimymi populacjami mikroorganizmów.

Dodatkowe zasoby

Soil Biology Primer. Dostępne online pod adresem
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? Available online at
lubbock.tamu.edu/soilfertility/pdfs/nontraditSoilAdditves.pdf

Application of rhizobacteria for induced resistance. Dostępny online pod adresem
www.ag.auburn.edu/~kloepjw/.

Ten dokument był wspierany przez University of Georgia College of Agricultural and Environmental Sciences Cooperative Extension.

1 Koordynator ds. zrównoważonego rolnictwa, Inżynieria biologiczna i rolnicza
2 Profesor, Mikrobiologia, Crop and Soil Sciences
3 Adiunkt, Homeowner IPM/Sustainable Agriculture, Patologia roślin
4 Agronom Extension, Environmental Soil and Fertilizer, Crop and Soil Sciences

Status i historia rewizji
Published on Aug 13, 2010
Published with Full Review on Aug 01, 2013
Published with Full Review on Aug 02, 2017