Daugelis puikiai žino, kad augalų liekanos, tarp jų ir šiaudai, yra sudarytos iš aplinkoje ypač gausiai paplitusių junginių – celiuliozės ir lignino. Šie junginiai kartu gali sudaryti nuo 20 iki 60 procentų augalų liekanų masės ir yra svarbus veiksnys, nulemiantis organinės medžiagos kiekį dirvožemyje.

Augalų liekanos yra vienas svarbiausių komponentų, skirtų padidinti dirvožemio organinės medžiagos kiekį ariamosiose ekosistemose. Dėl savo ypatingos cheminės sudėties ir struktūros celiuliozė paprastai yra laikoma lengviau suyrančia ir degraduoja daug efektyviau ir greičiau negu ligninas. Tačiau yra mokslininkų, kurie teigia, kad lignino degradacija gali būti ir yra tokia pat efektyvi kaip ir celiuliozės ir tai priklauso nuo dirvožemyje esančių kertinių (kitaip dar vadinamų šerdiniais) mikroorganizmų ir šalia jų esančių pagalbinių mikroorganizmų.

Mažiau deguonies – mažiau organikos dirvoje

Yra žinoma, kad augalų liekanų irimo (degradacijos) procesuose dalyvauja mikroorganizmai, kuriems reikalingas deguonis. Puikus tokio proceso pavyzdys yra ryžių laukai. Ryžiai gali būti auginami naudojant dviejų tipų dirvožemio sistemas: vandens apsemtame ir nusausintame dirvožemyje. Buvo nustatyta, jog esant apsemtam dirvožemiui, sumažėja deguonį kvėpavimui naudojančių mikroorganizmų (aerobų) ir padaugėja deguoniui jautrių mikroorganizmų (anaerobų).

Sumažėjus aerobinių mikroorganizmų, krito ir augalų liekanų irimo aktyvumas, o kartu ir organinės dalies kiekis dirvožemyje. Toks procesas yra neefektyvus ir netinka tiems, kurie nori gerinti savo dirvožemį ir siekti vis geresnio derliaus.

Giliai užarti šiaudai yra lėčiau

Dažna problema yra gilus šiaudų užarimas tikintis, jog užarti šiaudai suirs ir pereis į organinę medžiagą. Tačiau giliai užarti šiaudai atsiduria tokioje aplinkoje, kurioje yra labai mažas deguonies kiekis. Kur kas geresnis sprendimas būtų šiaudų neužarti, o palikti juos dirvos paviršiuje ar sekliai įterpti. Taip šiaudai bus aplinkoje, kurioje yra deguonies, ir juos sėkmingai suardys dirvos paviršiuje esantys aerobiniai mikroorganizmai.

Svarbu fermentai ir dirvožemio rūgštumas

Celiuliozės ir lignino irimas yra kompleksinis procesas, kurį atlieka dirvožemio mikroorganizmų į aplinką išskiriamos medžiagos – fermentai. Vieni fermentai (pvz. endo-gliukonazė, gliukozidazė) atsakingi už celiuliozės degradavimą, kiti (lakazė, lignino peroksidazė) degraduoja ligniną. Nustačius dirvožemyje esančių fermentų kiekį ir jų santykį, galima numatyti celiuliozės ir lignino irimo dirvožemyje dinamiką.

Žinoma, nereikia pamiršti ir kitų svarbių veiksnių, tokių kaip dirvožemio pH. Yra nemažai mokslinių tyrimų, kuriuose pademonstruota, kad dirvožemio pH yra vienas iš veiksnių, kuris lemia mikroorganizmų aktyvumą, o kartu ir vienos anglies formos virtimą kita. Daugelis dirvožemyje esančių mikroorganizmų aktyviausiai dauginasi ir išskiria augalams naudingus junginius esant silpnai rūgštinei ir neutraliai aplinkai (6,5–7,5 pH). Dėl šios priežasties stipriai rūgštiniuose ar šarminiuose dirvožemiuose sumažėja mikroorganizmų aktyvumas, o kartu ir susilpnėja augalinių liekanų irimo procesai.

Reikia suprasti, kad anglis, kuri sudaro didžiąją dalį augalų liekanų, nėra visa tiesiogiai verčiama į dirvožemio organinę medžiagą. Dalis jos virsta anglies dvideginio (CO₂) dujomis, kita dalis pereina į mikroorganizmų organinę anglį, o likusioji dalis virsta dirvožemio organine anglimi.

Nualintose dirvose – nualinti mikroorganizmai

Dirvožemio gerinimas ir organinės medžiagos kiekio didinimas yra kritinis veiksnys fizikinėms, cheminėms ir biologinėms dirvožemio funkcijoms. Nualintose dirvose yra nualinti ir mikroorganizmai, kitaip tariant, mikroorganizmų populiacijos ir jų įvairovė yra labai menka. Tokiuose dirvožemiuose ir augalinių liekanų mineralizacija yra lėta, nors ir yra užtikrintas deguonies prieinamumas. Vienas iš galimų sprendimų – inovatyvių biologinių produktų panaudojimas.

Šiandien mikrobiologai jau gali tiksliai įvertinti dirvožemio mikrobiologinį aktyvumą, nustatyti teoriškai visus dirvoje esančius mikroorganizmus ir pasiūlyti tinkamą sprendimą. Kadangi yra žinomi fermentai, kurie tiesiogiai veikia šiaudų struktūrą, jau galima sukurti biologinius produktus, kurių sudėtyje būtų mikroorganizmai, intensyviai į aplinką išskiriantys jau minėtus fermentus.

Tokių produktų sudėtyje gali būti keletas skirtingų genčių bakterijų (pvz., Paenibacillus, Bacillus, Cellulomonas) kartu su mikroskopiniais grybais – vienas geriausiai žinomų tokių grybų yra Trichoderma. Tokių mikroorganizmų mišinys kartu lemia ne tik efektyvų nuo aplinkos sąlygų priklausomą augalų liekanų irimą, bet ir apsaugą nuo patogeninių augalams mikroorganizmų.

Inovatyvūs ūkininkai jau pradėjo vertinti savo dirvožemiuose esančius mikroorganizmus ir juos saugoti: naudoti tinkamą žemės dirbimo techniką ir saikingo tręšimo planus. Jau įmanoma detaliai išanalizuoti dirvožemio mikrobiomą (visus dirvožemyje esančius mikroorganizmus) ir remiantis gautais rezultatais tiksliai parinkti biologinius produktus, siekiant tvaraus ūkininkavimo. Nors tokia mikroorganizmų analizė kol kas dar nėra pigus metodas, tačiau tai yra modernaus ūkininkavimo ateitis.