Kas lemia agroekosistemų stabilumą, gebėjimą atsikurti po patirto streso dėl žmogaus ūkinės veiklos? Vienas iš svarbiausių veiksnių – dirvožemio mikroorganizmų įvairovė ir gausa.

Dirvožemyje gyvenančių organizmų tyrimai itin sudėtingi, palyginti su antžeminės biologinės įvairovės tyrimais. Pagrindiniai iššūkiai, sunkinantys tokio tipo tyrimus, pirmiausia yra paties dirvožemio įvairovė: tiek keliaujant profiliu gilyn, tiek analizuojant ploto atžvilgiu. Iššūkis yra ir analizuojamų objektų dydis (jų nematyti plika akimi) ir sunkiai suvokiamas gausumas – remiantis skirtingais šaltiniais, viename dirvožemio grame gali būti nuo 1 mln. iki keliasdešimt milijonų skirtingų mikroorganizmų.

Norint geriau suprasti dirvožemio mikrobiologinių tyrimų sudėtingumą ir svarbą, pirmiausia reikia suvokti, koks objektas tyrinėjamas. Paveiksle pateikta grafinė lentelė, kuri rodo analizuojamų objektų dydžių santykį. Bakterijos, mikromicetai (dirvožemio grybai) ir virusai yra mažesni už augalų šakniaplaukius, aptinkami dirvožemio mikro- ir mezoporose.

Todėl labai svarbu suvokti, kad dirvožemio mikrobiologiniai tyrimai yra itin preciziška sritis ir neišvengiamai susijusi su dirvožemio struktūros, tankumo, granuliometrinės sudėties tyrimais, neatsiejama nuo auginamų augalų rūšių ir šaknų sistemos ypatumų.

Mikroorganizmų ir kitų dirvožemio biotos atstovų tyrimai reikalauja ne tik kruopštumo, žinių, bet ir tęstinumo laike. Būtina nepamiršti, kad analizuojami gyvi objektai, pasižymintys labai skirtingomis savybėmis: jie gali mineralizuoti labai skirtingus substratus, sintetinti įvairius cheminius junginius, kurie dalyvauja simbiotiniuose ir antagonistiniuose tarpusavio santykiuose ir palaiko pusiausvyrą (homeostazę) dirvožemyje.

Apibendrinantis grafikas leidžia palyginti skirtingų organizmų gausumą dirvožemyje ir virš jo. Pilkai pažymėti ant dirvos paviršiaus randami individai, o spalvotai – dirvožemio biota. Pastebi- ma tendencija, kad kuo mažesnis organizmas, tuo gausesnė jo populiacija dirvožemyje.

Trumpalaikiai tyrimai neatskleidžia poveikio aplinkai

Bakterijų populiacija gausiausia dirvožemyje ir yra stabilios ekosistemos garantas. Tačiau, vis intensyviau naudojant biologinius preparatus ir neatliekant ilgalaikių tyrimų, sunku įvardyti daromą poveikį gamtai. Dažniausiai atliekami trumpalaikiai tyrimai rodo teigiamą poveikį gaunamam derliui ir neatskleidžia daromo poveikio aplinkai.

Mokslinėje literatūroje publikuojami tyrimai, iš kurių aiškėja įdomūs dalykai. Pavyzdžiui, Šiaurės Amerikoje atlikti tyrimai parodė, kad vienos iš mikroorganizmų genčių (Verrucomicrobia) atstovai buvo dominuojanti grupė laukinėse prerijose, o intensyviai dirbamuose dirvožemiuose šios grupės atstovų buvo nustatyta kur kas mažiau.

Analogiškai Basidiomycota grupės grybų populiacija buvo gausesnė ekologiniame ūkyje, o kuo intensyvesnė ūkininkavimo sistema, tuo mažiau šios grupės atstovų buvo randama dirvožemyje. Analizuojant įterpiamų mikroorganizmų įtaką vietinėms populiacijoms, Jungtinėse Amerikos Valstijose buvo atliktas tyrimas, kuris parodė, kad per 25 metus invazinis grybas Hymenoscyphus pseudoalbidus (uosių chalara) laimėjo konkurencinę kovą prieš vietinę rūšį H. Albidus, kurios po minėto laiko tyrinėjamame areale neberasta.

Galima daryti prielaidą, kad panašus scenarijus įmanomas ir įterpiant įvairius bakterinius preparatus į dirvožemį, ypač tuos, kurie pagaminti mikroorganizmų, nebūdingų mūsų dirvožemiams, pagrindu. Todėl itin svarbu, naudojant egzotinius preparatus, nuolat stebėti svarbiausių mikroorganizmų grupių gausumo dinamiką, kuri leistų tinkamai įvertinti naujus preparatus ir ilgalaikę jų naudą ar galimą žalą agroekosistemoms.

Ką parodė tyrimai Vėžaičiuose?

Skirtingos žemdirbystės sistemos taip pat lemia mikroorganizmų gausumą dirvožemyje. LAMMC Vėžaičių filiale, nepasotintame balkšvažemyje, atlikta dirvožemio bakterijų metagenominė analizė parodė, kiek ir kokių bakterijų randama skirtingai dirbamuose dirvožemiuose. Viename grame absoliučiai sauso dirvožemio buvo identifikuota nuo 131 194 iki 161 917 skirtingų taksonominių vienetų bakterijų.

Analizuotuose dirvožemiuose bakterijų gentinė sudėtis buvo labai panaši, skyrėsi tik jų santykinis gausumas. Įvairiai dirbtame dirvožemyje labiausiai paplitusios gentys sudarė 25,1–28,1 proc. visų bakterijų taksonų.

Iš dešimties gausiausiai paplitusių mikroorganizmų genčių skirtingai dirbtuose (gilus arimas ir bearimis dirbimas) bei tręštuose (įterpti šiaudai ir mėšlas) dirvožemiuose labiausiai reagavo Arthrobacter genties bakterijos, kurios yra viena iš svarbesnių grupių, ardančių tiek gamtinės, tiek antropogeninės kilmės substratus.

Daugiau negu 10 metų taikomas seklus žemės dirbimas sudarė dirvožemyje sąlygas, kurios lėmė, kad čia išliko mažiausia Arthrobacter populiacija (3,6 proc.), o giliai artame ir šiaudais tręštame dirvožemyje ji sudarė 8,4 proc. Kitų dirvožemyje svarbių bakterijų genčių gausumas dėl skirtingo žemės dirbimo ir tręšimo kito nežymiai (pvz., Bacillus kito 3,0–3,7 proc., Mycobacterium 2,1–2,9 proc., Actinobacteria 3,0–3,7 proc. viso taksonų skaičiaus).

Gausumas gali keisti funkcijas

Svarbu ne tik bakterijų gausumas, bet ir jų atliekama funkcija dirvožemyje. Būtina atkreipti dėmesį, kad bakterijų genčių gausumas gali keisti jų funkcijas, nelygu susidariusios aplinkos sąlygos, todėl svarbu plėtoti ne tik įvairovės, bet ir funkcijų tyrimus.

Žinoma, kad, esant skirtingoms aeracijos sąlygoms, tos pačios grupės mikroorganizmai gali dalyvauti nitrifikacijos ar denitrifikacijos procese. Esant didelei azoto koncentracijai dirvožemyje, gumbelinės bakterijos nefiksuoja atmosferinio azoto. Kai skirtingos drėgmės sąlygos, pasireiškia nevienodas patogeninių mikroorganizmų aktyvumas.

Mikroorganizmų įvairovės ir gausumo išsaugojimas yra vienas iš svarbiausių uždavinių, siekiant išlaikyti derlingą ir sveiką dirvožemį.