Sekret żywej gleby

Efektywne ścieżki pobierania składników odżywczych w rolnictwie regeneracyjnym

Życie w glebie odgrywa fundamentalną rolę w obiegu składników odżywczych i ich pobieraniu przez rośliny. Jeśli fauna i flora gleby jest uszkodzona lub słaba, rośliny nie otrzymują wszystkich składników odżywczych, których potrzebują, nawet jeśli do gleby dodawane są duże ilości nawozów. W rzeczywistości stosowanie nawozów odgrywa główną rolę w zmniejszaniu biomasy i różnorodności drobnoustrojów glebowych. Tradycyjnie naucza się, że rośliny pobierają składniki odżywcze z roztworu glebowego w postaci jonów nieorganicznych poprzez proste procesy fizykochemiczne, takie jak osmoza lub transport aktywny. Rola mikroorganizmów glebowych została zdegradowana do rozkładu materii organicznej. Takie podejście traktuje jednak rośliny jako względnie bierne podmioty i ignoruje złożone efekty mikrobiomu glebowego oraz wieloaspektowy dialog między roślinami i mikroorganizmami.

Mikrobiom jako system transportu składników odżywczych

Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich dziesięcioleci wykazały, że mikroorganizmy odgrywają znacznie ważniejszą rolę w pobieraniu składników odżywczych niż wcześniej sądzono. Mikroorganizmy roślinne i glebowe współpracują ze sobą w ścisłej, symbiotycznej relacji. Niektóre gatunki bakterii i grzybów transportują składniki odżywcze do rośliny. Na przykład bakterie endofityczne i grzyby mikoryzowe pomagają pobierać fosfor, azot i mikroelementy, podczas gdy bakterie wiążące azot dostarczają azot atmosferyczny, a inne bakterie mobilizują składniki odżywcze związane z glebą. Rośliny aktywnie modulują te relacje, karmiąc pożyteczne mikroby wydzielinami korzeniowymi i regulując procesy za pomocą sygnałów hormonalnych.

Pobieranie składników odżywczych: żywy, dynamiczny proces

W zdrowej glebie pobieranie składników odżywczych to nie tylko dyfuzja jonów, ale wynik działania żywego, dynamicznego ekosystemu. Właściwości fizyko-chemiczne rośliny, drobnoustrojów i gleby łączą się, aby określić, ile składników odżywczych dociera do korzeni. Im bardziej żywa i zróżnicowana gleba, tym więcej ścieżek pobierania składników odżywczych i tym większa odporność roślin na stres. Dlatego nowoczesne, zrównoważone rolnictwo opiera się na utrzymywaniu i wspieraniu aktywności biologicznej gleby, a nie tylko na chemicznym uzupełnianiu składników odżywczych.

Przyjrzyjmy się bliżej relacjom między glebą, mikroorganizmami i roślinami, które są znacznie bardziej złożone niż sugerują podręczniki.

Cykl ryzofagów: składniki odżywcze z wnętrza korzenia

Cykl ryzofagiczny to stosunkowo nowe podejście, w którym rośliny nie tylko pobierają składniki odżywcze w postaci jonów rozpuszczonych w wilgoci gleby, ale także aktywnie „wykorzystują” otaczające je mikroby. W tym procesie bakterie i grzyby poruszają się w ciągłym cyklu między glebą a wnętrzem korzenia. James White, Badacz z Rutgers University w Stanach Zjednoczonych opisał ten proces (10.3390/microorganisms6030095), co całkowicie zmienia sposób, w jaki myślimy o pobieraniu składników odżywczych przez rośliny.

Drobnoustroje żyją w glebie i zbierają składniki odżywcze: azot, fosfor i różne mikroelementy (żelazo, cynk, mangan itp.). Wokół wierzchołka korzenia roślina uwalnia cukry i inne substancje (wysięk korzeniowy), które przyciągają te drobnoustroje. Niektóre z tych drobnoustrojów dostają się również do najmłodszych komórek korzenia, do przestrzeni między ścianą komórkową a błoną komórkową.

W tym przypadku roślina wytwarza reaktywne formy tlenu - zasadniczo łagodny „stres oksydacyjny” - który częściowo degraduje mikroby. Uwalnia to składniki odżywcze, które roślina może wykorzystać. Nie wszystkie mikroorganizmy są całkowicie niszczone: te, które przeżyły, tracą swoje ściany komórkowe trzykrotnie, a następnie, w miarę wzrostu włośników, wracają do gleby przez końcówki włośników, gdzie mogą uzupełniać składniki odżywcze.

Cykl ten może wyjaśniać, dlaczego wiele roślin jest w stanie dobrze rosnąć, nawet gdy w glebie jest mało rozpuszczonych składników odżywczych. Proces ten może być specyficzny nie tylko dla bakterii, ale także dla niektórych grzybów i drożdży. Nie wiemy jeszcze dokładnie, jaka część składników odżywczych rośliny jest dostarczana, ale John Kempf, ekspert w dziedzinie rolnictwa regeneracyjnego, twierdzi, że cykl ryzofagiczny jest najważniejszym procesem pobierania składników odżywczych w zdrowej glebie z dobrze funkcjonującym mikrobiomem. Daje to zupełnie nowe spojrzenie na związek między życiem w glebie a dostarczaniem składników odżywczych roślinom, szczególnie w kontekście rolnictwa biologicznego i regeneracyjnego.

Mikoryza: więcej składników odżywczych w zamian za węgiel

Grzyby mikoryzowe odgrywają niezwykle ważną rolę w pobieraniu składników odżywczych przez rośliny, ponieważ włókna grzybów tworzą symbiotyczną relację z korzeniami i wielokrotnie zwiększają powierzchnię kontaktu z glebą. Grzyby te penetrują przestrzeń międzykomórkową między komórkami roślinnymi lub bezpośrednio do komórek korzeni. Ułatwia to roślinom dostęp do kluczowych makroelementów, takich jak fosfor i azot, które są niezbędne do wzrostu korzeni i pędów oraz wyższych plonów. Mikoryzy wspomagają również pobieranie ważnych mikroelementów, takich jak cynk, miedź i mangan, które odgrywają kluczową rolę w metabolizmie roślin i tolerancji na stres. W zamian roślina dostarcza grzybom cukry i inne substancje organiczne wytwarzane podczas fotosyntezy. Bakterie związane z grzybami dodatkowo wzmacniają ten efekt poprzez mineralizację organicznych składników odżywczych, rozpuszczanie fosforanów i kierowanie ich do rośliny za pośrednictwem włókien grzybowych.

A mikoryza Grzyby, oprócz zarządzania składnikami odżywczymi, pomagają w pobieraniu wody, dzięki czemu rośliny mogą lepiej przetrwać okresy suszy. Odgrywają również rolę w bilansie węgla w glebie, ponieważ grzyby wiążą i stabilizują materię organiczną, poprawiając żyzność gleby i jej długoterminowe zdrowie. Mikoryzy wytwarzająrównież przyczyniają się do budowy struktury glebyWłókna grzybów i korzenie tworzą silne, stabilne agregaty, które poprawiają ruch wody i powietrza w glebie oraz zmniejszają ryzyko erozji powierzchniowej.

Szacuje się, że około 80-90% roślin lądowych może tworzyć taką symbiozę. Na rynku dostępnych jest wiele produktów mikoryzowych, którymi można zaszczepić nasze gleby, ale grzyby te można również hodować naturalnie, tak jak możemy zrobić zaczyn z mąki i wody. Grzyby mikoryzowe są szczególnie wrażliwe na zakłócenia gleby. Możemy stworzyć dla nich ciągłe siedlisko, jeśli ograniczymy zakłócenia gleby do minimum i zapewnimy stały, zróżnicowany system korzeniowy roślin. Grzyby mikoryzowe budują rozległe sieci strzępek z korzeni roślin, które są fizycznie zakłócane przez konwencjonalną uprawę, rozbijając strzępki i zmniejszając dostępną populację grzybów w glebie. Z drugiej strony systemy bezorkowe zachowują istniejące sieci strzępek, umożliwiając korzeniom głównej uprawy szybszą i intensywniejszą kolonizację. Kilka badań wykazało, że systemy uprawy zerowej charakteryzują się wyższą kolonizacją arbuskularnych grzybów mikoryzowych (AMF), co poprawia pobieranie składników odżywczych i wody.

Rośliny okrywowe utrzymują populacje grzybów mikoryzowych nawet w przypadku braku uprawy głównej, ponieważ służą jako stale żywa roślina żywicielska. Różne rośliny okrywowe w różny sposób wspierają grzyby mikoryzowe: zboża i rośliny strączkowe są ogólnie dobrymi żywicielami, podczas gdy niektóre rośliny kapustne mogą hamować wzrost grzybów poprzez swoje substancje bioaktywne. Obecność ciągłego systemu korzeniowego zwiększa inokulum grzyba w glebie, umożliwiając szybszą i intensywniejszą kolonizację następnej uprawy głównej.

Połączenie uprawy zerowej i odpowiednich roślin okrywowych tworzy idealne środowisko dla grzybów mikoryzowych: sieć glebowa pozostaje nienaruszona i zawsze istnieje żywa roślina żywicielska, która karmi grzyby. W rezultacie korzenie głównej uprawy będą kolonizować się bardziej energicznie, pobór fosforu i innych mikroelementów poprawi się, tolerancja na suszę wzrośnie, a struktura gleby będzie bardziej stabilna ze względu na efekt agregacji strzępek grzybów.

Wiązanie azotu u motyli: naturalne źródło N

Zdolność roślin motylkowych do wiązania azotu jest znana od połowy XIX wieku. W 1886 r. Hellriegel oraz Wilfarth W Niemczech wykazał, że rośliny strączkowe, takie jak groch i koniczyna, mogą wykorzystywać azot atmosferyczny bez źródła azotu w glebie, a proces ten jest wspierany przez azot żyjący w guzkach, które tworzą się na korzeniach roślin. Rhizobium jest związany z bakteriami. Bakterie kolonizujące guzki korzeniowe przekształcają azot z atmosfery w amoniak, który może być bezpośrednio wykorzystany przez roślinę. Dzięki temu procesowi motyle mogą znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na nawozy, jednocześnie poprawiając zawartość azotu w glebie, co przynosi korzyści kolejnym uprawom.

Tworzenie brodawek korzeniowych i intensywność wiązania azotu zależą od gatunku rośliny, warunków klimatycznych i jakości mikrobiomu glebowego. Zdrowy, aktywny Rhizobium Populacja motyli może samodzielnie wyprodukować do 50-80% całkowitego zapotrzebowania na azot. Zwiększa to również żyzność gleby, ponieważ azot wiązany przez motyle w materii organicznej gleby pozostają przystępne cenowo w dłuższej perspektywie. Dla rolników oznacza to, że wprowadzenie roślin motylkowych do płodozmianu nie tylko zapewnia dostawy azotu, ale także zmniejsza koszty w perspektywie długoterminowej i przyczynia się do rozwoju zdrowych, odpornych upraw.

Na przykład LoginECO w Serbii dostarcza cały azot do swojego gospodarstwa o powierzchni 3250 hektarów, uprawiając motyle w płodozmianie. Jednak gospodarstwo z certyfikatem ekologicznym nie jest w stanie osiągnąć znaczącej poprawy struktury gleby ze względu na jej spulchnienie poprzez regularną uprawę gleby.

Co to oznacza w praktyce w rolnictwie regeneracyjnym?

A Stowarzyszenie rolników zajmujących się rekultywacją gleby członkowie tworzą swoje mieszanki roślinne tak, aby zawsze zawierały rośliny motylkowe. Najpopularniejsze z nich to turzyca, wyka purpurowa, bobik, fasola piaskowa, wyka aleksandryjska, groch pastewny, które mogą być zawarte w mieszance w proporcjach od 30 do ponad 60%, w zależności od potencjału wiązania azotu.

Zaawansowaną metodą integracji motyli jest stosowanie upraw współrzędnych. W tym przypadku np. życica jest wysiewana w jednym przejeździe z jedną lub kilkoma roślinami motylkowymi (np. pszenicą ozimą i grochem). Pod koniec sezonu wegetacyjnego, w okresie dojrzałości, część azotu związanego przez rośliny motylkowe jest uwalniana i staje się dostępna do pobrania przez życicę. Pozwala to nie tylko zaoszczędzić na kosztach składników odżywczych, ale także umożliwia zbieranie dwóch różnych upraw z tego samego obszaru.

Życie w glebie jest podstawą dostarczania roślinom składników odżywczych. W cyklu ryzofagicznym bakterie i grzyby uwalniają składniki odżywcze wewnątrz korzenia, grzyby mikoryzowe wykorzystują swoją rozległą sieć strzępek, aby zwiększyć pobór wody oraz makro- i mikroelementów, jednocześnie stabilizując strukturę gleby, a rośliny motylkowe wiążą azot atmosferyczny, wzbogacając glebę i zmniejszając zapotrzebowanie na nawozy.

Ten złożony, żywy system glebowy pozwala roślinom skutecznie wchłaniać składniki odżywcze, tolerować suszę i produkować wyższe plony. Kluczem do rolnictwa regeneracyjnego jest wspieranie aktywności biologicznej gleby: ograniczenie zakłóceń, utrzymanie upraw okrywowych i stworzenie zdrowej gleby z aktywnym mikrobiomem, który będzie służył gospodarstwu w dłuższej perspektywie.

AUTOR: VÍG VITÁLIA • EKOLOG GLEBY, ODPOWIEDZIALNA ZA PROGRAMY EDUKACYJNE STOWARZYSZENIA ROLNIKÓW ODNOWIAJĄCYCH GLEBĘ, ZAŁOŻYCIELKA TERRAVITKA