Azotas yra vienas iš maisto elementų, labiausiai limituojančių augalų augimą. Šio elemento trūkumas agroekosistemose kompensuojamas mineralinėmis trąšomis. Dėl nuolatinio energetikos išteklių brangimo, azoto trąšos brangsta, be to, didėja aplinkos taršos azoto junginiais pavojus. Todėl biologinio azoto vaidmuo kaupiant baltymus, didinant dirvožemių produktyvumą, taupant energetinius išteklius ir gerinant aplinkos ekologinę būklę yra didžiulis.

Biologinis azotas, sukauptas dirvožemio mikroorganizmų iš atmosferos, skirtingai nuo mineralinio, nereikalauja papildomų išlaidų. Pupinių (ankštinių) šeimos augalų ir juose gyvenančių gumbelinių bakterijų (rizobijų) simbiozėje iš atmosferos sukaupiami didžiuliai - nuo 80 iki 460 kg N ha^-1 - biologinio azoto kiekiai.

Simbiozės dėka gaunama vertingiausių augalinių baltymų ir nepakeičiamųjų aminorūgščių. Baltymai, sukaupti panaudojant biologinį azotą, gerokai pigesni negu varpinių augalų, pastaruosius tręšiant didelėmis azoto normomis. Biologinis azotas neteršia aplinkos, nes jo kaupimą dirvožemyje ir augaluose reguliuoja fermentas nitrogenazė, kurio aktyvumą reguliuoja tam tikra iš atmosferos redukuoto azoto koncentracija. Atmosferinio azoto fiksavimas yra procesas, kurį išimtinai vykdo dirvožemyje laisvai ar simbiozėje su augalais gyvenantys mikroorganizmai. Būtent jie atsakingi už natūralų azoto patekimo į medžiagų apytakos ratą kelią. Dirvožemio mikroorganizmų sukauptas atmosferos azotas pagal ES reglamentus gali būti naudojamas visose žemdirbystės sistemose (taip pat ir ekologinėje) be jokių apribojimų.

Pasaulyje, didėjant aplinkos taršai ir išaugus baltymingų produktų maistui ir pašarams paklausai, vėl atsigręžiama į natūraliais procesais paremtas technologijas. Tai patvirtina nuo šio pavasario startuojanti ES finansuojama EULEG tarptautinė programa, kurios tikslas - sujungti Europos tyrėjų pastangas ir kompleksiškai pažiūrėti, kokiomis technologijomis  galima būtų dar labiau ištobulinti ir paskatinti pupinių augalų ir gumbelinių bakterijų simbiozę. LAMMC Vėžaičių filialo mokslininkai taip pat prisidėjo rengiant šią programą ir tikisi joje sėkmingai dalyvauti.

Biologinio azoto - kasmet vis mažiau

Prieš 30 metų Lietuvoje įsibėgėję biologinio azoto moksliniai tyrimai ir paskleista praktinio naudojimo patirtis blėsta. Mūsų šalyje kasmet sparčiai mažėja biologinio azoto naudojimas žemės ūkyje.

Biologinio azoto fiksacija Lietuvos dirvožemiuose

(vidutiniškai kg N ha^-1 dirbamos žemės)

Mažiausiai fiksuoto biologinio azoto buvo sukaupta 1965 m., kai po žalienų ir ypač dobilų masiško naikinimo respublikos ūkiai prarado ne tik pigų azoto šaltinį, bet ir daugelio žemės ūkio augalų derlių bei dirvožemio produktyvumą. Vėliau tuometinė valdžia suvokė padariusi didelę klaidą ir reabilitavo dobilus bei kitas ankštines žoles. Pradėjo atsigauti žemės ūkis, ūkiai noriai augino raudonuosius dobilus ir kasmet gausėjo iš atmosferos kaupiamo azoto kiekis. Vienam hektarui dirbamos žemės 1985-1990 m. teko vidutiniškai net po 26 kg azoto. Nuo 2000 m. dėl įvairių priežasčių vėl pradėtos kartoti žinomos klaidos, dėl kurių maksimalius plotus užėmė javai, siekiant daugiau gauti grūdų ir visiškai pamiršus dirvožemio produktyvumo kėlimo, kartu biologinio azoto, svarbą žemės ūkyje. 2004 m. iš atmosferos sukauptas ankštinių azotas tesiekė 9,0 kg ha^-1 N.

Sprendžiant azoto problemą ir siekiant nepažeisti ekosistemų, mokslas siūlo du kelius: racionaliai (o kai kur minimaliai) naudoti techninį ir maksimaliai - biologinį azotą. Remiantis užsienio šalių ir sava patirtimi, ankštiniai augalai turi sudaryti ne mažiau kaip 25 proc. visų pasėlių. Be dirvožemio kalkinimo, tręšimo fosforo ir kalio trąšomis, svarbu, kad pasėlyje būtų pakankamai atmosferos azoto fiksuotojų - aktyvių rizobijų.

Svarbu dirvožemio grupė ir agrocheminės savybės

Kaip parodė mūsų tyrimai, rizobijų paplitimui ir jų efektyvumui didelę reikšmę turi dirvožemio grupė ir jo granuliometrinė sudėtis bei agrocheminės savybės. Daugiausia visų rūšių spontaninių (natūraliai paplitusių) gumbelinių bakterijų nustatyta lengvo priemolio ir glėjiškuose rudžemiuose. Sunkaus priemolio, molio ir priesmėlio dirvožemiuose gumbelinių bakterijų yra mažiau. Pašarinių pupų, vikių ir žirnių bakterijos plačiau paplitusios puveninguose lengvo priemolio dirvožemiuose. Į dirvožemio granuliometrinę sudėtį ypač jautriai reaguoja liucernų gumbelinės bakterijos. Paprastai lengvuose priesmėlio ar smėlio dirvožemiuose šių bakterijų aptinkama labai mažai arba jų iš viso nėra. Dirvožemio rūgštumas yra vienas pagrindinių veiksnių, lemiančių gumbelinių bakterijų paplitimą ir jų efektyvumą.

Natūraliai paplitusios rizobijos nepaprastai jautrios dirvožemio sąlygoms (rūgščiai reakcijai, maisto medžiagų, ypač fosforo ir kalio bei mikroelementų (boro ir molibdeno) trūkumui, drėgmės pertekliui ar ilgiau užsitęsusioms sausroms bei kitiems nepalankiems veiksniams), dėl ko sumažėja gumbelinių bakterijų skaičius ir jų sugebėjimas patekti į augalo šaknis (virulentiškumas).

Dirvožemio rūgštumas slopina dobilų gumbelinių bakterijų išlikimą. Dirvožemį inokuliavus (įterpus papildomai kultūrinių gumbelinių bakterijų kamienų), kai pH_KCl buvo 3,5, po dvejų metų išliko mažiau negu 100 KSV (kolonijas sudarančių vienetų arba ląstelių) g^-1 dirvožemio, o esant pH_KCl 5,7, pasidaugino iki 1,8 × 10⁵ KSV g^-1.

Liucernų rizobijos po inokuliavimo rūgščiame dirvožemyje (pH_KCl 5,0) išliko dar trumpiau - tik porą mėnesių. Nepaisant to, kad daugumos rizobijų optimalus pH_KCl yra apie 6,5 (ožiarūčių - pH_KCl 7,5), minimalios pH_KCl reikšmės labai skiriasi. Rūgščiuose dirvožemiuose didelė vandenilio jonų koncentracija padidina Al, Mn, Fe tirpumą, ir šie elementai tampa toksiški ankštiniams augalams bei jų gumbelinėms bakterijoms. Rusijos mokslininkai apibendrino dobilų rizobijų paplitimo tyrimų duomenis, priklausomai nuo dirvožemio rūgštumo. Kai pH_KCl buvo 6,1-6,5, bakterijų nustatyta 7,42 tūkst. KSV g^-1 dirvožemio, pH_KCl 5,6-6,0 - 1,26 tūkst., pH_KCl 5,1-5,5 - 284,8 tūkst., pH_KCl 4,6-5,1 - 79,6 tūkst. ir pH_KCl 3,0-4,5 - tik 0,02-0,40 tūkst. KSV g^-1 dirvožemio.

Vėžaičiuose atliktų tyrimų rezultatai parodė, kad jautriausios yra liucernų bakterijos: joms kritinis pH_KCl yra 5,0-5,5. Tolerantiškesnės ožiarūčių bakterijos - jų minimalus pH_KCl 5,0. Atspariausios rūgštumui yra dobilų ir pupų, žirnių, vikių grupės gumbelinės bakterijos - jų kritinis pH_KCl 4,5.

Gumbelinių bakterijų paplitimui didelės reikšmės turi dirvožemio pasotinimas bazėmis. Šiuo atžvilgiu jautriausios liucernų gumbelinės bakterijos, kurioms kritinis pasotinimas bazėmis yra 80-90 proc., ožiarūčių bei pupų grupės gumbelinėms bakterijoms - 55-60 proc. ir dobilų gumbelinėms bakterijoms - 45-50 proc. Didėjant pasotinimo bazėmis laipsniui, gausėja ir bakterijų. Nepastebėta, kad dirvožemio perkalkinimas mažintų gumbelinių bakterijų skaičių dirvožemyje.

Judrieji fosforo ir kalio junginiai paprastai stimuliuoja gumbelinių bakterijų paplitimą, bet didesnės negu 150-200 mg kg^-1 dirvožemio koncentracijos pradeda slopinti pupų ir ožiarūčių bakterijų dauginimąsi. Tačiau žinoma, kad didelis mineralinio azoto kiekis dirvožemyje slopina azoto fiksavimo procesą, nors jis būtinas augalų augimo pradžioje, kol dar nesusiformavę simbiotiniai santykiai tarp augalų ir rizobijų.

Prisitaikymo galimybės - skirtingos

Be to, aptikta, kad tos pačios rizobijų rūšies skirtingi kamienai gali būti gerai arba silpnai adaptuoti prie nepalankių dirvožemio sąlygų. Mūsų laboratorijoje atliktų liucernų ir dobilų rizobijų žinomų kamienų dirbtinės adaptacijos prie pH_KCl 5,0 tyrimai parodė, kad skirtingi kamienai nevienodai prisitaiko prie rūgščios mitybinės terpės. Buvo tokių kamienų, kurie negalėjo adaptuotis prie terpės, kurios pH_KCl 5,0 ir po kelių persėjimų rūgščioje terpėje žuvo. Kiti, nors ir gerai adaptavosi, tačiau prarado pirmykštį veiksmingumą. Tik vienas kitas kamienas išsaugojo savo veiksmingumą ir esant rūgščiai terpės reakcijai.

JAV, Kanadoje, Anglijoje, Švedijoje, Danijoje, Suomijoje, Prancūzijoje, Belgijoje ir kitose žemės ūkio požiūriu išvystytose šalyse ankštinių augalų sėkla apveliama (inokuliuojama) gumbelinių bakterijų (nitragino, rizogeno, rizotorfino) preparatais, kuriuose padaugintos selekcijos būdu išvestos aktyvios, virulentiškos gumbelinės bakterijos, sugebančios dirvožemyje konkuruoti su natūraliai paplitusiomis rizobijomis. Rizogenas ir panašūs preparatai sustiprina ankštinių augalų augimą, todėl pasėlis būna lygesnis, padidina derlių, jo baltymingumą, padeda iš atmosferos sukaupti daugiau azoto.

Tyrimais išaiškinta, kad ankštinės daugiametės žolės azoto iš atmosferos sukaupia gerokai daugiau už ankštinius javus (žolės - 180-240, javai - 90-160 kg N ha^-1), tačiau ir pastarųjų simbiozei suaktyvinti galima surasti tinkamų priemonių: rizobijų kamienų adaptacija ekologinėmis sąlygomis, rizobijų kamienų ir ankštinių augalų simbiozinis suderinamumas.

Bakterijų ir augalų suderinamumas

Inokuliuojant ankštinius augalus, būtina atsižvelgti į rizobijų kamienų ir augalų rūšių simbiozinį suderinamumą. Pastebėta, kad vieni rizobijų kamienai gali sudaryti efektyvią simbiozę su 2-3 ir dargi daugiau augalų rūšių, kiti - tik su viena, o yra ir tokių kamienų, kurie nesudaro veiksmingos simbiozės su jokiais augalais. Atsižvelgiant į tai, ankštinių augalų inokuliavimui reikia parinkti ne atsitiktinius, bet iš tinkamų kamienų pagamintus inokuliantus.

Įvairių rūšių gumbelinių bakterijų ir jų kamienų simbiozinis efektyvumas

Kokiais atvejais gumbelinių bakterijų preparatai veiksmingi?

• Dirvose, kur nėra arba labai mažai yra atitinkamos rūšies ankštinių augalų gumbelinių bakterijų arba šios bakterijos dėl minėtų priežasčių praradusios simbiozinį aktyvumą.
• Lauke, kur anksčiau nebuvo auginami numatomi sėti ankštiniai augalai arba jie augo prieš 5-6-7 metus.
• Silpnai rūgščios reakcijos dirvožemiuose, kurių pH_KCl mažesnis kaip 6,0.
• Dirvose, kur maža maisto medžiagų arba sutrikęs vandens ir oro režimas.
• Kai ankštiniams augalams inokuliuoti naudojamas geros kokybės preparatas, pagamintas iš virulentiškų, aktyvių ir ekologiškai adaptuotų gumbelinių bakterijų kamienų.

Veiksmingumas įrodytas moksliniais tyrimais

Vėžaičių filiale saugoma mokslinių tyrimų medžiaga apie įvairių pupinių šeimos augalų inokuliavimo efektyvumą, šioje srityje dirbama nuo 1965 m. Profesoriaus Edmundo Lapinsko sukaupta gumbelinių bakterijų kolekcija yra pagrindas gumbelinių bakterijų preparato Rizogeno gamybai. Šio preparato gamybos ir naudojimo technologija buvo parengta bei patikrinta mokslininkų Edmundo Lapinsko ir Dalios Ambrazaitienės tyrimais.

Didesniam biologinio azoto fiksavimo efektyvumui užtikrinti buvo atlikti įvairių gumbelinių bakterijų kamienų (štamų) ir ankštinių augalų veislių suderinamumo ir simbiotinio specifiškumo tyrimai, patikrintas jų efektyvumas įvairaus rūgštingumo ir aprūpinimo maisto medžiagomis dirvožemiuose. Vėžaičių filialas turi galimybę, remdamasis minėtų tyrimų duomenimis ir ilgalaike (daugiau kaip 30 metų) gumbelinių bakterijų preparato Rizogeno gamybos patirtimi, pasiūlyti vartotojui efektyvų preparatą įvairiems pupinių šeimos augalams.

E. Lapinskas, D. Ambrazaitienė, D. Karčauskienė

Mano ūkis, 2013/05