Pupinių augalų pasėliuose sunaudojama daug mažiau azoto trąšų ir pesticidų, dirvožemis praturtinamas mikroorganizmų, maisto elementų sėjamiems žieminiams pasėliams ar kitiems sėjomainos augalams. Rezultatas – padidėja visos sėjomainos sistemos ekonominė nauda.

Pupiniai augalai yra neatsiejama sėjomainos dalis. Šiuos pasėlius plėtoti svarbu visų tipų ūkiams, siekiantiems dirbti našiai, efektyviai ir tausoti dirbamas žemes.

Simbiozė

Pagrindinis pupinių augalų biologijos ypatumas – gebėjimas gyventi simbiozėje su atmosferinį azotą fiksuojančiomis rhizobia (4 gentys arba ~ 100 rūšių) bakterijomis. Rhizobia – dirvožemio bakterijų grupė, kuri apima pupinių augalų šaknis ir formuoja gumbelius (gumbeliuose fiksuotas azotas vėliau naudojamas augalui vystytis). Pupiniai augalai visada visuose organuose sintetina ir kaupia daugiau baltyminių medžiagų nei kitų šeimų augalai.

Pupų šaknynas: nuotraukoje kairėje – kontrolinis augalas, dešinėje – panaudojus biologinį produktą Biomas Grow

Gerai išvystyta liemeninė šaknų sistema leidžia lengviau pasisavinti maisto medžiagas. Simbiotinis ryšys tarp gumbelinių bakterijų ir pupinių augalų yra gyvybiškai svarbus biologinio azoto prieinamumui augalams. Ant pupinių šeimos augalų šaknų esančios bakterijos konvertuoja atmosferinį azotą į amoniaką ir aminorūgštis, o šiuose procesuose labai svarbus elementas yra fosforas. Esant palankioms gumbelinėms bakterijoms vystytis sąlygoms nebūtina naudoti azoto trąšų, nes jos gali suveikti kaip inhibitorius, todėl dalis bakterijų sunyks ir silpniau fiksuos azotą.

Fosforas, pupiniai augalai ir mikroorganizmai

Gumbelinės bakterijos stipriai reaguoja į prieinamo fosforo trūkumą, drėgmės perteklių ar trūkumą, augalų apsaugos priemonių naudojimą. Fosforo prieinamumas ir pasisavinimas lemia lapų fotosintezės procesą ir spartina augalų-bakterijų simbiozę – tai turi įtakos biologinio azoto fiksacijos procese. Fosforas skatina šaknų augimą ir vystymąsi, todėl pagerėja ne tik jo, bet ir kitų maisto medžiagų pasisavinimas, pavyzdžiui: dirvožemyje, kuriame yra fosforą atpalaiduojančių mikroorganizmų, geriau pasisavinamas ir kalis.

Kai trūksta fosforo, gumbelinės bakterijos silpniau formuoja gumbelius, mažėja jų sklaida augalo šaknyse, kartu į dirvožemį perduoda mažiau biologiškai fiksuoto azoto. Fosforas taip pat didina ankščių skaičių augale, skatina jų vystymąsi, stambumą ir augalų atsparumą ligoms. 

Ar tinkamai fiksuojamas azotas

Kaip įvertinti, ar tinkamai fiksuojamas azotas pupinių augalų pasėlyje? Ką rodo gumbeliai ir jų spalva?

Įvairių augalų rūšių gumbelių dydis ir forma skiriasi – didesni yra pupų, mažesni – žirnių, mažiausi – ant dobilų ar liucernų šaknų. Skirtingų pupinių šeimos augalų šaknyse būna ir skirtingas gumbelių išsidėstymas. Gumbelinių bakterijų skaičių lemia maistinių medžiagų kiekis, dirvožemio struktūra ir deguonies prieinamumas. Neteisinga lyginti skirtingų augalų, pvz., žirnių ir pupų gumbelių skaičių ir dydį.

Žirnių šaknynas: nuotraukoje kairėje – kontrolinis augalas, dešinėje – panaudojus biologinį produktą Biomas Grow

Gumbeliai ant augalų šaknų pradeda formuotis, kai augalas turi 5–8 lapus. Tolygiai pasiskirstę reguliaraus dydžio gumbeliai pasieks didesnį azoto fiksavimą nei keli labai dideli gumbeliai. Tik ant pagrindinės šaknies esantys gumbeliai rodo, kad azoto fiksavimas yra sutrikęs. Susitelkdamos ir didindamos gumbelį bakterijos bando kompensuoti prastą fiksavimą. Gumbeliai tik viršutinėje šaknų zonoje reiškia prastą deguonies prieinamumą apatinėje šaknų zonoje.  

Iškasę augalą ir kruopščiai atskyrę dirvožemį nuo šaknų turėtumėte rasti apie 15 gumbelių, jeigu dauguma jų yra raudoni – manoma, kad azotą fiksuojančios bakterijos yra gyvybingos ir atlieka savo funkciją. Aktyviai azotą fiksuojančiuose gumbeliuose yra pigmentinio baltymo, vadinamo legoglobinu. Dėl šio baltymo gumbelio spalva yra raudona. Raudonas gumbelio vidus indikuoja, jog gumbelyje esančios bakterijos yra gyvybingos. Negyvų, neaktyvių ar senstančių gumbelių vidus būna pilkai žalias arba rudas. 

Ką rodo praktika

Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo centre atliktų bandymų duomenų analizės parodė vidutinę koreliaciją tarp derliaus ir gumbelių skaičiaus ir svorio bei derliaus ir šaknų ilgio. Stipri koreliacija nustatyta tarp šaknų svorio ir ilgio bei gumbelių skaičiaus ir svorio. 

Manome, kad pupinių kultūrų augintojai turėtų skirti pakankamai dėmesio ne tik augalo antžeminei daliai, bet ir rizosferai, nes tai glaudžiai susiję su galutiniu derliumi.

Arnoldas Jurys
LAMMC Žemdirbystės institutas

Parengta bendradarbiaujant su UAB „Bioversija“