W pierwszej części artykułu przedstawiliśmy co dzieje się z fosforem dostarczanym do gleby, jakim ulega procesom i co sprawia że duża część tego pierwiastka przechodzi w formy niedostępne dla roślin. Czy można je w dalszym ciągu wykorzystać, jako składniki odżywcze dla roślin? Jak je aktywować?
W jaki sposób udostępnić fosfor z zapasów?
Istnieje zatem szansa na znaczne ograniczenie nawożenia tym pierwiastkiem, nawet przy niskiej zasobności gleb w dostępne formy fosforu. Z pomocą przychodzą korzystne mikroorganizmy udostępniające ten pierwiastek z zapasowych, potencjalnie dostępnych form znajdujących się w glebie. Środowisko glebowe zasiedlone jest przez zróżnicowane gatunki mikroorganizmów, w przeliczeniu na 1 g może znajdować się tam nawet miliard bakterii.
Drobnoustroje glebowe odgrywają główną rolę w mineralizacji materii organicznej, powstawaniu humusu glebowego, ograniczeniu rozwoju patogenów i udostępnianiu roślinom składników odżywczych. Z punktu widzenia odżywiania roślin fosforem największą przydatność wykazują mikroorganizmy z grupy PSM (ang. Phosphate Solubilizing Microorganisms – Mikroorganizmy Rozpuszczające Fosforany), wśród których znajdują się bakterie, które najwydajniej uruchamiają fosfor z zapasów mineralnych. Określane są one skrótem PSB (ang. Phosphate Solubilizing Bacteria – Bakterie Rozpuszczające Fosforany). W glebach populacja tych bakterii jest bardzo zróżnicowana i zależy od czynników abiotycznych – środowiskowych (temperatura, wilgotność, nasłonecznienie, odczyn gleby, warunki redox, dostępność danej formy fosforu) i biotycznych – ekologicznych (m.in. zależności między mikroorganizmami, np. konkurencja lub symbioza). Bakterie z grupy PSB, podobnie jak rośliny, pobierają fosfor, gdyż bierze on udział we wszystkich ich procesach życiowych.
W procesie mikrobiologicznych przemian fosfor uwalniany jest w ilościach przekraczających zapotrzebowanie na ten składnik przez bakterie, dlatego też znacząca jego część może być wykorzystana przez rośliny. Najczęściej izolowanymi bakteriami PSB są mikroorganizmy należące do rodzaju: Bacillus (najczęściej Bacillus Megaterium), Pseudomonas, Enterobacter, Arthrobacter, Aerobacter. Konsorcjum drobnoustrojów powinno być dobierane w ten sposób, aby mikroorganizmy były ze sobą kompatybilne i posiadały zdolność do rozpuszczania właściwych związków fosforu w glebie. Udostępnianie tego pierwiastka przez mikroorganizmy wymaga czasu, zwłaszcza gdy wprowadzimy je do gleby w miesiącach z niską średnią dobową temperaturą, ponieważ bakterie te zaczynają aktywnie rozkładać mineralne formy fosforu gdy temperatura przekroczy 5oC.
Kiedy zastosować preparaty mikrobiologiczne uwalniające fosfor z zapasów?
Podstawową kwestią jest sprawdzenie zasobności gleby w dostępny dla roślin fosfor. Jeżeli wynik analizy wskazuje na prawidłową lub wysoką zawartość przyswajalnej formy tego składnika, to wnoszenie nawozów lub mikroorganizmów udostępniających fosfor z zapasów mineralnych nie ma uzasadnienia. Kolejnym ważnym czynnikiem weryfikacyjnym jest określenie ilości fosforu, która może być uwolniona przez odpowiednie mikroorganizmy. Zastosowanie mikrobiologii w sytuacji, gdy zapasy fosforu w glebie są niewielkie, nie ma uzasadnienia. Niestety, obecnie producenci rolni nie mają możliwości zweryfikowania zasobności gleb w zapasowe, potencjalnie dostępne formy fosforu. Z tego względu firma Agro Smart Lab rozpoczęła badania nad nową metodą diagnostyczną. Według założeń pozwoli ona określić pule zapasowego, potencjalnie dostępnego fosforu, która znajduje się w mineralnych związkach chemicznych niedostępnych dla roślin, lecz stosunkowo łatwo rozpuszczanych przez odpowiednie szczepy bakterii PSB. Metoda mogłaby wspomóc producentów podczas podejmowania decyzji o ograniczeniu nawożenia mineralnego na rzecz zastosowaniu dostępnych na rynku produktów mikrobiologicznych przeznaczonych do uruchamiania zapasów fosforu z gleby.
W tym celu wykonano badania gleb w trakcie których przeanalizowano próbki pochodzące z pól uprawnych znajdujących się w regionie podkrakowskim (208 prób), środkowej Polski (85 prób) i Bułgarii (22 próby). Aby odwzorować reakcje rozpuszczania fosforanów przez bakterie PSB dobrano odczynniki posiadające podobne właściwości jak kwasy produkowane przez drobnoustroje. Umożliwiło to określenie ilości potencjalnie dostępnych, mineralnych zapasów fosforu – łatwo rozpuszczalnych przez bakterie PSB związków chemicznych tego pierwiastka. Klasy zasobności przyjęto zgodnie z wartościami podanymi w tabeli.
Klasy zasobności zapasowych, potencjalnie dostępnych form fosforu oznaczanych w trakcie analiz nowo opracowaną metodą diagnostyczną.
| Zawartość (mg/kg) | Klasa zasobności |
| 0-100 | Bardzo niska |
| 100-200 | Niska |
| 200-300 | Średnia |
| >400 | Wysoka |
Analiza 315 próbek wykazała, że zawartość analizowanych form fosforu w glebie mieściła się w przedziale od 8 mg/kg do aż 1902 mg/kg. Im wyższa zawartość, tym więcej fosforu można potencjalnie udostępnić z gleby za pomocą preparatów mikrobiologicznych. Bardzo szacunkowe dane, które w przyszłości zostaną zweryfikowane, wskazują, że możliwe jest uruchomienie od 3 do 15% fosforu z zapasów w trakcie sezonu wegetacyjnego.
W przypadku bardzo niskiej zasobności gleb w zapasowe, potencjalnie dostępne formy fosforu, zastosowanie bakterii PSB nie ma większego uzasadnienia – szacunkowe ilości uwolnionego pierwiastka nie będą w znaczący sposób wpływać na odżywienie roślin. Przy niskiej klasie zasobności zasadność stosowania mikroorganizmów jest niewielka, choć ilość udostępnionego pierwiastka będzie nieco większa.
W przypadku stwierdzenia średniej lub wysokiej klasy zasobności w zapasowe, potencjalnie dostępne formy fosforu, uzasadnione jest stosowania preparatów zawierających bakterie PSB. Taką klasę zasobności stwierdzono w blisko 41% z 315 przebadanych próbek gleb. Wskazuje to na uzasadnioną możliwość wprowadzenie do gleby bakterii PSB, dzięki którym realnie podniesiemy zawartość dostępnego dla roślin fosforu bez konieczności stosowania drogich nawozów mineralnych. Pełny wykres z procentowym rozmieszczeniem próbek w poszczególnych klasach zasobności znajduje się na wykresie.
Zawartości zapasowych, potencjalnie dostępnych, mineralnych form fosforu oznaczonych nowo opracowaną metodą w 315 próbkach gleb. Wyniki zostały pogrupowane zgodnie z przyjętymi klasami zasobności.
Wybór odpowiednich bakterii PSB i ich ochrona przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi
Po weryfikacji zasadności stosowania bakterii PSB należy zastanowić się nad wyborem odpowiednich szczepów oraz zwrócić uwagę na kwestię wrażliwości mikroorganizmów na czynniki środowiskowe. Na podstawie analizy gleby jesteśmy w stanie stwierdzić z jakim typem zapasowej, potencjalnie dostępnej formy fosforu mamy do czynienia. Przykładowo, gdy analiza wykazała wysoki odczyn pH oraz wysoką zawartość przyswajalnego wapnia założyć można, że mineralne zapasy fosforu w przeważającej części związane będą z tym pierwiastkiem. Powinniśmy wówczas zdecydować się na szczep, który „specjalizuje” się w rozpuszczaniu fosforanów wapnia.
Bakterie PSB to aeroby – organizmy wymagające tlenu do życia. Jego niedobór powoduje, że ich aktywność maleje, a długotrwały brak tlenu może prowadzić do ich wymierania. Na ten problem należy zwrócić uwagę szczególnie na glebach ciężkich, gdzie panować mogą niekorzystne stosunki wodno-powietrzne. Kolejnym istotnym czynnikiem środowiska jest woda. Jej brak powoduje obniżenie aktywności mikroorganizmów.
Natomiast obfite nawodnienie lub silne deszcze mogą spowodować, że część mikroorganizm ulegnie wymyciu poza obręb systemu korzeniowego i stanie się nieprzydatna. Problem może pojawiać się szczególnie na lekkich, przepuszczalnych glebach, które ubogie są w minerały ograniczające przepuszczalność.
Niektórzy producenci stosują nośniki mineralne, które dzięki swoim właściwościom korzystnie wpływają na aktywność mikroorganizmów. Ciekawym rozwiązaniem wydaje się zaszczepienie drobnoustrojów na nośniku klinoptylolitowym przed ich aplikacją do gleby. Klinoptylololit to minerał z grupy zeolitów, charakteryzuje się bardzo dużą porowatością oraz ogromną powierzchnię właściwą, dlatego jest świetnym nośnikiem mikroorganizmów. Minerał posiada sieć kanałów i porów, w których bakterie odnajdują preferowane siedlisko i są częściowo chronione przed czynnikami środowiskowymi. W porach może gromadzić się woda, z której bakteria skorzysta w trakcie niedoborów. W przypadku nadmiernej ilości wody i deficytu tlenu bakterie mogą korzystać z pęcherzyków powietrza znajdujących się wewnątrz tego minerału.
W celu zweryfikowania czy wprowadzone przez nas bakterie PSB zaadoptowały się do życia w nowym środowisku należałoby wykonać specjalistyczne badania polegające na zliczeniu i rozpoznaniu ilości kolonii bakterii w danej jednostce gleby. Zamiast badań mikrobiologicznych można pośrednio szacować aktywność bakterii udostępniających fosfor z zapasów wykonując cykliczne analizy gleby pod kątem zawartości dostępnego fosforu. Alternatywą jest wykonanie analizy liści pod kątem zawartości pierwiastków i sprawdzenie czy roślina jest prawidłowo zaopatrzona w składniki pokarmowe.
Autorzy:
Oskar Maziarka mgr inż. Nauk o Ziemi i Środowisku
Anna Kunecka mgr inż. Nauk o Ziemi i Środowisku
