Tobulėjant žemės ūkio technologijoms, 10 tonų kviečių derlius – nebe naujiena ir Lietuvoje. Tačiau išsivysčiusių šalių ūkininkai skundžiasi, esą pasiekta riba, pastarąjį dešimtmetį derliai net ir taikant įvairias priemones didėja palyginti nedaug. Dabar, kai vis svarbesni yra klimato kaitos dėl žmonių veiklos, aplinkos užterštumo, gamtinių išteklių naudojimo, dirvožemio erozijos klausimai, ieškoma būdų, kaip pagerinti produktyvumą, naudojant natūralius gamtinius išteklius ir biologinius ciklus.

Žalioji revoliucija

Praėjusio amžiaus penktajame dešimtmetyje prasidėjo vadinamoji žalioji revoliucija, didžiulis proveržis žemės ūkio srityje. Jos pradžia laikoma Rokfelerio fondo Meksikoje inicijuota žemės ūkio programa, siekiant padidinti javų derlių ir sumažinti badą pasaulyje. JAV mokslininkas Normanas Borlaugas, dirbdamas Meksikoje su vietos mokslininkais, išvedė keletą naujų, derlingų, ligoms atsparių kviečių, o vėliau ir ryžių bei kukurūzų veislių. Nepraėjus nė dešimtmečiui, Meksika pirmą kartą tapo kviečių eksportuotoja. Žalioji revoliucija įsibėgėjo šeštame septintajame dešimtmečiais, N.Borlaugo darbai buvo tęsiami Indijoje, Pakistane, Kolumbijoje. Per 40 m. javų derlingumas pasaulyje padidėjo nuo 1,5 iki 3 kartų, nuosekliai krito pagrindinių maistinių grūdų – kviečių, kukurūzų, ryžių – kainos. Prie tokio derlingumo proveržio žemės ūkyje prisidėjo sukurtos ir imtos naudoti naujos trąšos, pažangesnė žemės ūkio technika, dirbtinis drėkinimas.

Pastūmėjo šiaurės link

Tuometėje Sovietų Sąjungoje apie žaliąją revoliuciją niekas nekalbėjo, o ir nežinojo. Nikitos Chruščiovo iniciatyva, 1956 m. šalyje buvo pradėtas masinis ekonominis eksperimentas – nuo Ukrainos iki Sibiro vietoj iki tol įprastų javų buvo pradėti auginti kukurūzai. Buvo pasitelkta visuotinė propaganda, prievartiniai planai. Lietuva, iš dalies ir tuomečio Lietuvos žemės ūkio instituto direktoriaus Petro Vasinausko dėka, garsi kaip viena atspariausių „kukurūzacijai“ Sovietų Sąjungoje. Kukurūzų programa žaliąja revoliucija netapo, priešingai, kai kur milžiniškoje šalyje ėmė grėsti badas, pirmą kartą po pokario vėl buvo įvestos maisto kortelės.

Nuo to laiko kukurūzai, dėl selekcijos pažangos, pasistūmėjo šimtus kilometrų šiaurinių rajonų link, į žemės ūkį ėmė skverbtis prieštaringai vertinamų genetiškai modifikuotų augalų banga. Prieš pusę amžiaus prasidėję pokyčiai iki šiol dar nepasiekė nemažai skurdžių, ypač Afrikos, šalių ir badas nedingo. Žemės ūkio technologijos toliau tobulinamos, tačiau šiuo metu vis svarbesni tampa klimato kaitos spartėjimo, aplinkos užterštumo, gamtinių išteklių naudojimo, dirvožemio erozijos klausimai, ieškoma būdų, kaip pagerinti produktyvumą, naudojant natūralius gamtinius išteklius ir biologinius ciklus.

Lemia dirvožemis

ES mokslinių tyrimų centro duomenimis, dirvožemyje randama 1/3 visų šiuo metu Žemėje gyvuojančių organizmų rūšių, daugumą jų sudaro mikroorganizmai. Tačiau tik keli procentai šių mikroorganizmų yra identifikuoti, o ryšiai tarp šių gyvybės formų nežinomi ir neįvertinti. Moksliniais tyrimais įrodyta, kad kuo didesnė dirvožemio bioįvairovė, tuo sveikesni, natūraliai atsparesni augalai jame auga.

Dirvožemio mikroorganizmus galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes: patogeninius ir nepatogeninius. Patogeninių dirvožemio mikroorganizmų yra visuose žemdirbių dirbamuose laukuose. Kartais jie vadinami oportunistais (prisitaikėliais), nes gali ilgai išgyventi organinėje dirvožemio medžiagoje, nedarydami augalams žalos. Tačiau susidarius jiems palankioms sąlygoms, patogeniniai mikroorganizmai kolonizuoja augalų šaknis ir antžeminę dalį. Derlinguose, sveikuose dirvožemiuose tokie oportunistai sugyvena su kitais mikroorganizmais, tarp jų būna nusistovėjusi pusiausvyra. Oportunistai virsta patogenais, pažeidžiančiais augalus, kai sumažėja naudingų, ne patogeninių mikroorganizmų kiekis ir įvairovė. Kai nėra pusiausvyros tarp „gerųjų“ ir „blogųjų“, patogenai atakuoja augalus.

Mikrobiologiniai inokuliantai

Sėjomainų supaprastinimas, monokultūrų auginimas, atsėliavimas mažina dirvožemio mikroorganizmų kiekį ir bioįvairovę. Viena iš priežasčių ta, kad konkrečios augalo rūšies šaknų išskiriamos medžiagos privilioja ir suteikia prieglobstį ar kaimynystę tam tikroms mikroorganizmų rūšims. Sumažėjus mikroorganizmų antagonistų, neutralizuojančių patogenus, kiekiui ir įvairovei, susidaro sąlygos likusią vietą prie šaknų užimti patogenams, kurie pradeda dominuoti ir infekuoja gyvus augalo audinius. Intensyvėjant žemės ūkiui ir vis daugiau naudojant cheminių pasėlių priežiūros priemonių, pradėti naudoti įvairių mikroorganizmų (grybų, bakterijų, aktinobakterijų) mikrobiologiniai inokuliantai, reikalingi dirvožemio mikrobiotai atkurti ar pagerinti per vegetacijos sezoną.

Mikrobiologinių inokuliantų sudėtyje yra gyvų mikroorganizmų ar jų sporų. Patekę ant sėklų ar dirvožemio, jie apsigyvena augalo rizosferoje arba šaknyse. Šie mikroorganizmai teigiamai veikia augalų vystymąsi ir augimą, gerina maisto medžiagų pasisavinimą, gamina fitohormonus, skatina šaknų augimą, išskiria antagonistines patogenams medžiagas, didina pačių augalų apsaugos mechanizmus. Į mikrobiologinius inokuliantus dažniausiai sudaro bakterijos, įvairūs mikrogrybai, tarp jų grybšaknės (mikoriziniai) grybai, išskirti iš dirvožemio, rizosferos, gyvų augalų ar jų liekanų, vandens, dumblo ar kompostuoto mėšlo.

Fiksuoja atmosferos azotą

Augalai gali pasisavinti nitratų jonus ir amonio katijonus, tačiau molekulinis azotas, pagrindinė atmosferos sudedamoji dalis, augalams neprieinamas. Atmosferos azotą fiksuoja fermentą nitrogenazę turinčios bakterijos, iš kurių geriausiai žinomos gumbelinės arba simbiontinės (Rhizobium, Вradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium, Аzorhizobium) bakterijos, kurios į augalus patenka per šakniaplaukius ir skatina gumbelių susidarymą. Iki 2/3 šio įsavinto azoto amino rūgščių ir baltymų pavidalu susikaupia augalų derliuje, likusi dalis azoto, kartu su šaknimis, mineralizuojasi dirvožemyje.

Be simbiontinių atmosferos azotą fiksuojančių bakterijų, mikrobiologiniuose inokuliantuose dažniausiai naudojamos asociatyviosios Azospirillum genties bakterijos (Azospirillumbrasilense, A. lipoferum, A. amazonense, A. halopraeferens, A. irakense), gyvenančios augalų šaknų zonoje ir nesudarančios ant šaknų gumbelių, bei laisvai dirvožemyje gyvenančios bakterijos (Azotobacter), kurioms augalų šaknų kaimynystė nėra tokia svarbi, kaip prieš tai išvardytoms. Daugiausia biologinio azoto sukaupia simbiontinės gumbelinės bakterijos.

Tirpdo fosfatus

Augalų aprūpinimas fosforu pradiniame augimo etape turi didžiausią poveikį derlingumui. Nuo fosforo priklauso kalio, sieros bei kai kurių kitų elementų pasisavinimas. Daugelyje natūralių ekosistemų, tokių kaip miškai ir pievos, fosforo pasisavinimas yra ribotas ir dėl bendro šio elemento mažo kiekio, ir dėl mažo tirpumo. Fosforo junginiai, palyginti su azoto ir kalio, yra dešimtis kartų mažiau judrūs. Mineralinių trąšų fosforo transformacija priklauso nuo dirvožemio savybių, bet didesnė dalis pereina į mažai tirpias fosforo formas bei frakcijas ir augalai fosforo įsisavina mažai ar visai neįsisavina. Augalų gebėjimas absorbuoti fosforą priklauso nuo fosforo jonų koncentracijos aplink šaknis ir šaknų paviršiaus ploto. Fosforo absorbcija yra susijusi ir su dirvožemio biologiniu aktyvumu.

Nustatyta, kad daugiau nei pusė iš iki šiol žinomų dirvožemio mikroorganizmų rūšių išskiria įvairias organines rūgštis, kurios tirpdo netirpius fosforo junginius ir paverčia juos augalams prieinama forma. Ypač gerai fosforu žemės ūkio augalus aprūpina su jais simbiozę sudarantys arbuskulinėsmikorizės (grybšaknės) grybai.

Arbuskulinė grybšaknė, sudaranti simbiozę su dauguma žemės ūkio augalų, ypač svarbi mažo fosforingumo dirvožemiuose. Grybų hifams įsiskverbus į augalo šaknis ir jas kolonizavus, augalo šaknų mitybos plotas, prisidėjus šaknų išorėje augantiems grybų hifams, padidėja nuo kelių iki keliasdešimt kartų. Mikrobiologiniuose inokuliantuose šiuo metu dažniausios Pseudomonas ir Bacillusgenčių bakterijos ir arbuskulinės grybšaknės Glomus genties grybų sporos. Azospirillum, Pseudomonas, Bacillus genties bakterijos ir arbuskulinės grybšaknės grybai taip pat pagerina vario, cinko, mangano, kalcio, magnio įsisavinimą. Bakterijos ir grybai, išskirdami tokius hormonus kaip auksinai, citokininai, giberelinai, abscizinė rūgštis ir slopindami su stresu susijusio etileno sintezę, geba tiesiogiai skatinti augalų augimą.

Mikorizės inokuliantai

Mikorizės inokuliantai – atskiroms kultūroms tinkami mikorizės grybai, kurie įterpiami į dirvožemį dažniausiai su augalų sėklomis arba jais apveliamos augalų šaknys. Inokuliantų įterpimo technologija ekonominiu atžvilgiu dar neapsimoka dideliuose kviečių, kukurūzų, saulėgrąžų ar ankštinių augalų pasėlių laukuose, tačiau tikrai pasiteisina vaismedžių ir vaiskrūmių daigynuose, daržovių ir gėlių augynuose. Inokuliavimas ir mikorize papildyti dirvožemiai naudojami golfo ir futbolo aikštelėms įrengti, kur tankus ir sveikas žolynas ypač aktualu.

Mikorizės inokuliantai plačiai naudojami kavos plantacijose, nes mikorize papildytame dirvožemyje augantys kavamedžių sodinukai kur kas geriau prigyja, būna sveikesni, vėliau geriau auga ir dera. Granuliuoti inokuliantai gaminami dideliais kiekiais turtingoms arabų šalims – Kuveitui ir Dubajui, Saudo Arabijai. Čia auginamų datulių palmių sodinukai kainuoja apie 20 dolerių ir papildomi 1–2 doleriai už mikorizės inokuliantą vienam sodinukui, kad jis gerai augtų, nėra didelė suma. Pirmaisiais metais paprastai žūva iki 50–70 proc. datulių sodinukų, o panaudojus inokuliantą – tik apie 10 procentų.

Turtingos arabų šalys atsiveža daug mikorizinių grybų turinčio dirvožemio iš subtropikų, kad pagerintų vietinį. Tokiose turtingose nafta, tačiau ne dirvožemiu, šalyse didžioji dalis daržovių auginamos durpių mišiniuose, kurios eksportuojamos ir iš Lietuvos bei Estijos durpynų, o durpės inokuliuojamos mikorize. Lietuviškas durpes perka ir Lenkijos verslininkai – jie jas papildo dirvožemio mikroorganizmais ir parduoda kaip naują produktą.

Inokuliantai gali būti išauginti ir padauginti laboratorijų lėkštelėse ant meristemiškai auginamų šaknų, o po pusmečio, jiems pasidauginus ir išauginus sporas, perkelti į gelines substancijas, malto molio dulkių miltelius ar degto molio granules. Vienas iš paprasčiausių metodų mikorizės grybams padauginti – tiesiog dirvožemyje. Viršutinis dirvožemio sluoksnis (apie 10 cm) sterilizuojamas, tada mikorizės grybai įterpiami į dirvožemį ir kartu pasėjami augalai – tinkami šeimininkai. Po 6–9 mėn., kai grybai išaugina sporas, viršutinis dirvožemio sluoksnis tiesiog nukasamas ir naudojamas kitų laukų dirvožemiui pagerinti. Ši mikorizės grybų padauginimo technologija plačiai naudojama ir valstybės subsidijuojama šiltesnio klimato šalyse – Brazilijoje, Meksikoje, Andoroje, Kolumbijoje, Venesueloje. Tai vienas pigiausių mikorizės inokuliantų gavybos būdų.

Renkantis mikrobiologinius inokuliantus, mikorizinių grybų nereikėtų maišyti su saprofitiniais grybais. Ypač dažni saprofitai mikrobiologinių inokuliantų sudėtyje yra Trichoderma ir Gliocladium genties grybeliai. Šie grybeliai ne tik gerai skaido ligniną ir celiuliozę, tačiau veikia ir kaip biopesticidai – priklausomai nuo rūšies parazituoja Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Armillaria ir kitus patogeninius grybus, tačiau neturi nieko bendra su mikorize.

Nijolė Maršalkienė

ASU Aplinkos ir ekologijos institutas