Tajomstvo živé pôdy

Účinné spôsoby príjmu živín v regeneratívnom poľnohospodárstve

Život v pôde zohráva zásadnú úlohu pri kolobehu živín a ich príjme rastlinami. Ak je pôdna biota poškodená alebo oslabená, rastliny nedostávajú všetky živiny, ktoré potrebujú, a to ani vtedy, keď sa do pôdy pridáva veľké množstvo hnojív. Používanie hnojív v skutočnosti zohráva významnú úlohu pri znižovaní biomasy a rozmanitosti pôdnych mikroorganizmov. Tradične sa učilo, že rastliny prijímajú živiny z pôdneho roztoku vo forme anorganických iónov prostredníctvom jednoduchých fyzikálno-chemických procesov, ako je osmóza alebo aktívny transport. Úloha pôdnych mikroorganizmov sa degradovala na rozklad organickej hmoty. Tento prístup však považuje rastliny za relatívne pasívnych aktérov a ignoruje komplexné účinky pôdneho mikrobiómu a mnohostranný dialóg medzi rastlinami a mikroorganizmami.

Mikrobióm ako transportný systém živín

Výskum v posledných desaťročiach ukázal, že mikróby zohrávajú oveľa dôležitejšiu úlohu pri príjme živín, než sa doteraz predpokladalo. Rastliny a pôdne mikroorganizmy spolupracujú v úzkom symbiotickom vzťahu. Niektoré druhy baktérií a húb prenášajú živiny do rastliny. Napríklad endofytické baktérie a mykorízne huby pomáhajú prijímať fosfor, dusík a mikroživiny, zatiaľ čo baktérie viažuce dusík poskytujú atmosférický dusík a iné baktérie mobilizujú živiny viazané v pôde. Rastliny aktívne modulujú tieto vzťahy, vyživujú prospešné mikróby koreňovými exudátmi a regulujú procesy pomocou hormonálnych signálov.

Príjem živín: živý, dynamický proces

V zdravej pôde nie je príjem živín len difúziou iónov, ale je výsledkom živého, dynamického ekosystému. Rastlina, mikróby a fyzikálno-chemické vlastnosti pôdy spoločne určujú, koľko živín sa dostane ku koreňom. Čím je pôda živšia a rozmanitejšia, tým viac ciest pre príjem živín a tým sú rastliny odolnejšie voči stresom. Preto je moderné udržateľné poľnohospodárstvo založené na udržiavaní a podpore biologickej aktivity pôdy, nielen na chemickom dopĺňaní živín.

Pozrime sa bližšie na vzťahy medzi pôdou, mikroorganizmami a rastlinami, ktoré sú oveľa zložitejšie, ako sa uvádza v učebniciach.

Cyklus rizofágov: živiny z vnútra koreňa

Rizofágny cyklus je relatívne nový prístup, pri ktorom rastliny nielen prijímajú živiny vo forme iónov rozpustených v pôdnej vlhkosti, ale aj aktívne „využívajú” mikroorganizmy vo svojom okolí. V tomto procese sa baktérie a huby pohybujú v nepretržitom cykle medzi pôdou a vnútrom koreňa. James White, výskumník z Rutgersovej univerzity v USA, opísal tento proces (10.3390/microorganisms6030095), čo úplne mení naše predstavy o príjme živín rastlinami.

Mikróby žijú v pôde a zhromažďujú živiny: dusík, fosfor a rôzne mikroprvky (železo, zinok, mangán atď.). V okolí koreňovej špičky rastlina uvoľňuje cukry a iné látky (koreňové exsudáty), ktoré priťahujú tieto mikróby. Niektoré z týchto mikróbov sa dostávajú aj do najmladších buniek koreňa, do priestoru medzi bunkovou stenou a bunkovou membránou.

V tomto prípade rastlina produkuje reaktívne formy kyslíka - v podstate mierny „oxidačný stres” - ktoré čiastočne zneškodňujú mikróby. Tým sa uvoľňujú živiny, ktoré môže rastlina využiť. Nie všetky mikróby sú úplne zničené: tie, ktoré prežili, trikrát strácajú bunkové steny a potom, keď koreňové vlásky rastú, sa cez končeky vláskov vracajú do pôdy, kde si môžu doplniť živiny.

Tento cyklus môže vysvetľovať, prečo sú mnohé rastliny schopné dobre rásť aj vtedy, keď je v pôde málo rozpustených živín. Tento proces môže byť špecifický nielen pre baktérie, ale aj pre niektoré huby a kvasinky. Zatiaľ presne nevieme, akým podielom prispievajú rastliny k tvorbe živín, ale John Kempf, odborník na regeneratívne poľnohospodárstvo, hovorí, že rizofágny cyklus je najdôležitejším procesom príjmu živín v zdravej pôde s dobre fungujúcim mikrobiómom. To poskytuje úplne nový pohľad na vzťah medzi životom v pôde a zásobovaním rastlín živinami, najmä v kontexte biologického a regeneratívneho poľnohospodárstva.

Mikorhiza: viac živín výmenou za uhlík

Mykorízne huby zohrávajú mimoriadne dôležitú úlohu pri prijímaní živín rastlinami, pretože hubové vlákna vytvárajú symbiotický vzťah s koreňmi a mnohonásobne zväčšujú kontaktnú plochu s pôdou. Tieto huby prenikajú do medzibunkového priestoru medzi rastlinnými bunkami alebo priamo do koreňových buniek. To uľahčuje rastlinám prístup ku kľúčovým makroelementom, ako sú fosfor a dusík, ktoré sú nevyhnutné pre rast koreňov a výhonkov a vyššie výnosy. Mykorízy tiež podporujú príjem dôležitých mikroživín, ako sú zinok, meď a mangán, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v metabolizme rastlín a tolerancii stresu. Na oplátku rastlina poskytuje hubám cukry a iné organické látky, ktoré vznikajú pri fotosyntéze. Baktérie spojené s hubami tento účinok ďalej posilňujú tým, že mineralizujú organické živiny, rozpúšťajú fosfáty a prostredníctvom hubových vlákien ich posielajú do rastliny.

A mikorrhiza huby okrem hospodárenia s živinami pomáhajú prijímať vodu, takže rastliny môžu lepšie prežiť obdobia sucha. Zohrávajú tiež úlohu v rovnováhe uhlíka v pôde, pretože huby viažu a stabilizujú organickú hmotu, čím zlepšujú úrodnosť pôdy a jej dlhodobý zdravotný stav. Mykorízy produkujútiež prispievajú k budovaniu pôdnej štruktúry: hubové vlákna a korene spolu vytvárajú pevné a stabilné agregáty, ktoré zlepšujú pohyb vody a vzduchu v pôde a znižujú riziko povrchovej erózie.

Odhaduje sa, že približne 80-90% suchozemských rastlín môže vytvoriť takúto symbiózu. Na trhu je množstvo mykoríznych produktov, ktoré možno použiť na inokuláciu našej pôdy, ale tieto huby možno pestovať aj prirodzene, podobne ako môžeme z múky a vody vyrobiť kvások. Mykorízne huby sú obzvlášť citlivé na narušenie pôdy. Môžeme pre ne vytvoriť trvalé prostredie, ak obmedzíme narušenie pôdy na minimum a zabezpečíme stály, rozmanitý koreňový systém rastlín. Mykorízne huby vytvárajú z koreňov rastlín rozsiahle hyfové siete, ktoré sa pri bežnom obrábaní pôdy fyzicky narúšajú, čím sa hyfy rozpadajú a znižuje sa dostupná populácia húb v pôde. Na druhej strane, systémy bez obrábania pôdy zachovávajú existujúce siete hýf, čo umožňuje rýchlejšiu a intenzívnejšiu kolonizáciu koreňov hlavnej plodiny. Viaceré štúdie ukázali, že systémy bez obrábania pôdy majú vyššiu kolonizáciu arbuskulárnymi mykoríznymi hubami (AMF), čo zlepšuje príjem živín a vody.

Krycie plodiny udržiavajú populácie mykoríznych húb aj bez prítomnosti hlavnej plodiny, pretože slúžia ako nepretržitá živá hostiteľská rastlina. Rôzne krycie plodiny podporujú mykorízne huby rôzne: obilniny a strukoviny sú vo všeobecnosti dobrými hostiteľmi, zatiaľ čo niektoré kapusty môžu svojimi bioaktívnymi látkami inhibovať rast húb. Prítomnosť súvislého koreňového systému zvyšuje pôdne inokulum húb, takže ďalšia hlavná plodina sa môže kolonizovať rýchlejšie a intenzívnejšie.

Kombinácia bezorbového obrábania pôdy a vhodných krycích plodín vytvára ideálne prostredie pre mykorízne huby: pôdna sieť zostáva neporušená a vždy je k dispozícii živá hostiteľská rastlina, ktorá huby živí. V dôsledku toho sa korene hlavnej plodiny intenzívnejšie kolonizujú, zlepší sa príjem fosforu a ďalších mikroživín, zvýši sa odolnosť voči suchu a štruktúra pôdy bude stabilnejšia vďaka agregačnému účinku hubových hýf.

Fixácia dusíka u motýľov: prirodzený zdroj N

Schopnosť motýľov viazať dusík je známa od polovice 19. storočia. V roku 1886 Hellriegel a Wilfarth V Nemecku dokázal, že strukoviny, ako je hrach a ďatelina, môžu využívať atmosférický dusík bez pôdneho zdroja dusíka a že tento proces je podporovaný dusíkom, ktorý sa nachádza v uzlinách, ktoré sa tvoria na koreňoch rastlín. Rhizobium súvisí s baktériami. Baktérie, ktoré kolonizujú koreňové uzliny, premieňajú dusík z atmosféry na amoniak, ktorý môže rastlina priamo využiť. Týmto procesom môžu motýle výrazne znížiť potrebu hnojív a zároveň zlepšiť obsah dusíka v pôde, čo prospieva ďalšej plodine.

Tvorba koreňových uzlín a intenzita fixácie dusíka závisí od druhu rastliny, klimatických podmienok a kvality pôdneho mikrobiómu. Zdravé, aktívne Rhizobium populácie, motýle si môžu samy vyprodukovať až 50-80% celkovej potreby dusíka. Tým sa zvyšuje aj úrodnosť pôdy, pretože dusík fixovaný motýľmi v pôdnej organickej hmote zostať cenovo dostupné aj v dlhodobejšom horizonte. Pre poľnohospodárov to znamená, že zavedenie motýľokvetých plodín do striedania plodín nielenže zabezpečuje prísun dusíka, ale aj dlhodobo znižuje náklady a prispieva k rozvoju zdravých a odolných plodín.

Napríklad spoločnosť LoginECO v Srbsku zabezpečuje všetok dusík pre svoju 3250-hektárovú farmu striedavým pestovaním motýľov. Ekologicky certifikovaná farma však nie je schopná dosiahnuť výrazné zlepšenie pôdnej štruktúry v dôsledku prekyprenia pôdy pravidelným kyprením.

Čo to znamená v praxi v regeneratívnom poľnohospodárstve?

A Asociácia poľnohospodárov za obnovu pôdy členovia vytvárajú svoje zmesi rastlín na prikrývku tak, aby vždy obsahovali motýlie rastliny. Najbežnejšie z nich sú ostrica, vičenec purpurový, bôb, piesok, alexandrijský vičenec, hrach kŕmny, ktoré môžu byť v zmesi zahrnuté v pomere od 30 do viac ako 60% v závislosti od potenciálu viazania dusíka.

Pokročilou metódou integrácie motýľov je používanie medziplodín. V tomto prípade sa napr. žitovec vysije v jednom prejazde s jednou alebo viacerými motýľovitými rastlinami (napr. ozimnou pšenicou a hrachom). Ku koncu vegetačného obdobia, v čase zrelosti, sa časť dusíka viazaného motýľovitými rastlinami uvoľní a stane sa dostupným pre príjem žitovcom. Tým sa nielen šetria náklady na živiny, ale umožňuje sa aj zber dvoch rôznych plodín z tej istej plochy.

Život v pôde je základom zásobovania rastlín živinami. V rámci rizofágového cyklu baktérie a huby uvoľňujú živiny v koreňoch, mykorízne huby využívajú svoju rozsiahlu sieť hýf na zvýšenie príjmu vody a makro- a mikroživín a zároveň stabilizujú štruktúru pôdy a motýľovité rastliny viažu atmosférický dusík, čím obohacujú pôdu a znižujú potrebu hnojív.

Tento komplexný živý pôdny systém umožňuje rastlinám účinne prijímať živiny, znášať sucho a produkovať vyššie úrody. Kľúčom k regeneračnému poľnohospodárstvu je podpora biologickej aktivity pôdy: obmedzenie narúšania, udržiavanie krycích plodín a vytvorenie zdravej pôdy s aktívnym mikrobiómom, ktorý bude slúžiť farme dlhodobo.

AUTOR: VÍG VITÁLIA • PÔDNY EKOLOG, MANAŽÉR VZDELÁVACIEHO PROGRAMU PRE ASOCIÁCIU POĽNOHOSPODÁROV ZA REGENERÁCIU PÔDY, ZAKLADATEĽ TERRAVITKA