A talaj mikroorganizmusai a talajban élő összes biota közül a legnagyobb számban fordulnak elő, és felelősek a tápanyagok és szerves anyagok körforgásának, a talaj termékenységének, a talaj helyreállításának, a növények egészségének és az ökoszisztéma elsődleges termelésének előmozdításáért. A hasznos mikroorganizmusok közé tartoznak azok, amelyek szimbiózisban élnek a növényi gyökerekkel (rizobiumok, mikorrhiza gombák, aktinomiciták, diazotróf baktériumok), elősegítik a tápanyagok mineralizációját és hozzáférhetőségét, növényi növekedési hormonokat termelnek, és a növényi kártevők, paraziták vagy betegségek antagonistái (biológiai védekező anyagok). Ezen organizmusok közül sok már természetes módon is jelen van a talajban, bár bizonyos helyzetekben előnyös lehet a populációjukat növelni akár beoltással, akár különböző mezőgazdasági gazdálkodási technikák alkalmazásával, amelyek növelik a mennyiségüket és aktivitásukat.
Vissza az esettanulmányokhoz
a) Mykorrhiza. A világ növényeinek több mint 90%-a mikorrhizás, különböző mértékű függőséggel és ebből a társulásból származó előnyökkel. A legismertebb és talán a leggyakoribb mikorrhiza szimbiózisok közé tartoznak az arbuszkuláris mikorrhizák (számos növényfaj) és az ektomikorrhizák (csak fás fajok; főként fa- és cserjefajok), bár számos más típus (pl. Ericaceous, Orchidaceous, Ectendo-mycorrhiza) is létezik (Allen et al., 1995). A mikorrhizák pozitív szerepe a növénytermesztésben jól dokumentált, számos esetben növekedést és terméshozamot javítottak, különösen a nagymértékben függő, érzékeny növényeknél. A növényi reakciónak különböző okai lehetnek, bár a legtöbb esetben a víz- és tápanyagkivonáshoz szükséges hatékony gyökérfelület növekedésének köszönhető, mivel a mikorrhiza-hifahálózat a növényi gyökérrendszer természetes kiterjesztéseként működik. A növény C-t adományoz a mikorrhizáknak, cserébe azért, hogy nagyobb mértékben tudja felhasználni az őshonos talajerőforrásokat. A mikorrhiza társulás egyéb előnyei közé tartozik a kórokozókkal szembeni fokozott védelem, a szennyező anyagokkal szembeni jobb tolerancia, valamint a vízstresszel, a magas talajhőmérséklettel, a talaj kedvezőtlen pH-értékével és az átültetési “sokkkal” szembeni nagyobb ellenálló képesség. A mikorrhizás oltóanyagok széles körű alkalmazását az agrárökoszisztémákban azonban akadályozza az arbuszkuláris mikorrhizák termesztésének és a megfelelő mennyiségű oltóanyag megfizethető áron történő előállításának nehézsége. Úgy tűnik, hogy a mikorrhizák jelenlegi legpraktikusabb felhasználása a földterületek helyreállítására és rekultivációjára irányuló erőfeszítésekre, valamint a fák és növények csemetéinek faiskolákban történő arbuszkuláris és ekto-mikorrhiza beoltására terjed ki. Mindazonáltal a mezőgazdasági területeken a természetben előforduló mikorrhiza-populációk (és a termesztett növényekre gyakorolt potenciális előnyeik) növelése megvalósítható, és jelentős előnyökkel járhat a mikorrhiza-populációkat és -aktivitást fokozó különböző gazdálkodási gyakorlatok, például a csökkentett talajművelés, a vetésforgó és az alacsonyabb N- és P-kijuttatások alkalmazása (Abbott és Robson, 1994).
B1-es esettanulmány. Az arbuszkuláris mikorrhiza inokulumok termesztési sorrendjének kezelése és “in situ” termesztése (Thompson, 1991, Montanez, 2000)
Az arbuszkuláris mikorrhiza gombapopuláció kezelésének minden gyakorlati módszerének célja a szimbiózis optimalizálása a jobb növénytermesztés érdekében. Az AMF-populációk kezelésére két fő koncepció áll rendelkezésre:
- A termény beoltása kiválasztott hatékony AMF-ekkel
- A terményfajok kiválasztása a meglévő AMF-populációhoz, annak hatékony kihasználása érdekében.
Mivel a növényi gazda szelektív lehet bizonyos AMF-fajok szaporodásában, a termesztési sorrend befolyásolhatja az AMF-közösségek fajösszetételét. Kritikus fontosságú annak mérlegelése, hogy az adott termesztési rendszerben elszaporodó AMF-ek hogyan befolyásolhatják a növénytermesztést. A talaj fertőzőképességének növelésére alkalmas gazdanövény használata a főnövény vetése előtt olyan lehetséges gazdálkodási gyakorlat, amely az oltás alternatívája lehet.
1. ábra. A lenmag száraz tömege az előző kultúrától függően változott, és az AMF spórák talajsűrűségével függött össze (Thompson, 1991 alapján módosítva).
A Readingi Egyetemen végzett mikrokozmosz kísérletben (Montanez, 2000) az AMF talajinokulációs potenciálja a szója beültetése után közel kétszeresére nőtt, a repce beültetése után pedig nullára csökkent. Bár a lenmaggal végzett szántóföldi kísérletekben (Thompson, 1991) a hüvelyesekkel vagy napraforgóval történő előveteményezés hozta létre a legnagyobb sűrűségű maradék AMF-spórákat, és a lenmag legnagyobb száraz tömegét eredményezte (1. ábra).
vissza az esettanulmányokhoz
b) Rhizobia. A Rhizobiaceae baktériumcsalád hat nemzetségének a mezőgazdasági termelésben betöltött szerepe szintén jól dokumentált, számos esetben tapasztaltak termésnövekedést a beoltással (táblázat).
A rhizobiumok megfertőzik a növények gyökereit, csomókat hoznak létre, amelyekben N2-t kötnek meg, így biztosítva a növény számára a fejlődéséhez szükséges N nagy részét. A jól gócos növények hatékony szimbiózissal akár több száz ha-1 N-t is megköthetnek évente-1 . Ennek a N-nek egy része a növény növekedése során a “szivárgó” gyökerek által a talajba kerül, bár a legtöbb a növényi szövetekben marad, és a bomlás során felszabadul, ami a következő növények vagy a köztes kultúrák javát szolgálja.
A hüvelyesek gyökereinek korábbi mikorrhiza kolonizációja nagymértékben fokozhatja a rhizobiumok általi nodulációt, ami végső soron növeli a potenciális növekedési előnyöket. A rizobiumos beoltás vagy kezelés nyilvánvaló előnyei ellenére azonban számos tényező továbbra is korlátozza e technika széles körű alkalmazását a hüvelyesek terméshozamának növelése érdekében: N-trágyák használata, a hüvelyesek termesztésére való ösztönzés hiánya, környezeti korlátok (különösen edafikus; pl, alacsony P-állapot), az inokulumok előállításának nehézsége és ebből következően alacsony elérhetősége, a gazdabogyó és a baktériumok alacsony genetikai kompatibilitása (alacsony hatékonyság), valamint a megfelelő politikai és gazdasági ösztönzők és infrastruktúra hiánya (Giller et al., 1994; Hungria et al., 1999).
B2-es esettanulmány. Áttekintés és esettanulmányok a biológiai nitrogénmegkötésről: perspektívák és korlátok. (Montañez A, 2000)
A nitrogénmegkötés fokozására számos módszer áll rendelkezésre:
- gazda növény kiválasztása (hüvelyesek nemesítése a fokozott nitrogénmegkötés érdekében)
- hatékony, több nitrogént megkötni képes törzsek kiválasztása
- különböző agronómiai módszerek alkalmazása, amelyek javítják a növény és a mikrobiális szimbionta talajfeltételeit
- inokulációs módszerek
Egyik megközelítés sem jobb, mint a többi, a különböző tudományágak tapasztalatainak kombinálását kell folytatni interdiszciplináris kutatási programokban.
Ez az esettanulmány számos példával illusztrálja, hogyan lehetnek sikeresek a különböző stratégiák a környezeti, társadalmi és gazdasági feltételektől függően.
Teljes esettanulmány (PDF, 77KB)
Vissza az esettanulmányokhoz
c) Egyéb N2-fixáló szimbiózis biota. A növények és mikrobák további szimbionta N2 -kötő kapcsolatai közé tartoznak a főként fákkal és cserjékkel (és néhány haszonnövénnyel, például cirokkal) fennálló aktinomicita (Frankia) kapcsolatok, valamint az endofita diazotróf baktériumok (pl. Azotobacter, Azospirillum, Acetobacter, Azoarcus, Burkholderia, Herbaspirillum) és a fűfélék közötti szimbiózis (Baldani et al., 1999). A Frankia szimbiózist általában a talajjavítási és helyreállítási erőfeszítések során használják ki, elsősorban Casuarinales fákat használva a talaj (pl. homokdűnék) megtartására, de a benne rejlő lehetőségeket még mindig nem használják ki, és további erőfeszítésekre van szükség a fejlesztésével és alkalmazásával kapcsolatban. Másrészt az endofita baktériumok kutatása és felhasználása jól fejlett a trópusi régiókban, különösen Brazíliában és Mexikóban. Ezek a baktériumok nemcsak N2-t kötnek meg, hanem módosítják a gyökérszőrök alakját és növelik a gyökérszőrök számát, segítve a növényeket abban, hogy több tápanyaghoz jussanak. Ezeknek az organizmusoknak az oltóanyagokban történő alkalmazását továbbra is széles körben végzik (főleg kukoricában, néhány esetben rizsben, búzában, cukornádban és rizsben), és a termésnövekedés az elhanyagolhatótól a közel 100%-ig terjedő mértékű növekedést eredményezett, a terménytől és az alkalmazott baktériumoktól függően (Baldani et al., 1999).
vissza az esettanulmányokhoz
d) Egyéb növénynövekedést elősegítő baktériumok. A növénynövekedést elősegítő baktériumok (PGPB) elnevezésű különböző egyéb hasznos rizoszférikus organizmusokat használtak, többnyire vetőmag beoltóanyagként. A PGPB a növények növekedését közvetlen növekedéstámogatással (hormonális hatások), indukált szisztémás rezisztenciával, mineralizációval, szubsztrátversennyel, niche-kizárással, a környező talaj méregtelenítésével és antibiotikumok, kitinázok, cianidok és sziderofórok termelésével befolyásolják (Mahaffee és Kloepper, 1994). Számos baktériumfajt és nemzetséget használtak növénynövekedést elősegítőként, köztük pseudomonádokat (pl. Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. gladioli), bacilusokat (pl. Bacilus subtilis, B. cereus, B. circulans) és másokat (pl. Serratia marcescens, Flavobacterium spp., Alcaligenes sp., Agrobacterium radiobacter) (Mahaffee és Kloepper, 1994). Ezek közül valószínűleg a legsikeresebbek az Agrobacterium radiobacter, amelyet számos növénycsaládnál a koronagomba elleni védekezésre használnak, a Bacilus subtilus a Rhizoctonia solani fertőzés (gabonafélék gyökérrothadása) elnyomására, valamint a különböző (főként Bacilus alapú), YIB (termésnövelő baktériumok) elnevezésű oltóanyagok, amelyeket Kína-szerte széles körben alkalmaznak zöldségnövényeknél (Chen et al., 1993). Valószínűleg e technikák szélesebb körű alkalmazásának legfőbb korlátja a PGPB és a gazdanövény, valamint az őshonos talajmikroflóra közötti kölcsönhatások gyenge megértése. E jelenségek jobb megértése lehetővé teszi az oltás hatásainak és lehetséges előnyeinek pontosabb előrejelzését.
Vissza az esettanulmányokhoz
e) Biokontrollgombák. A gombás szereket széles körben használták mind a növényi gombabetegségek, mind a rovarkártevők biológiai védekezésére. A Rhizoctonia, Fusarium, Trichoderma spp. különböző nem patogén (szaprofita) törzseit használták a patogén “rokonaik” és más patogén gombák (pl. Pythium, Sclerotium, Verticillium) által okozott károk (gyökérrothadás, hervadás, nedvkeringés és csupasz foltok) csökkentésére (Cook, 1994; Miller, 1990). A Metarrhizium anisopliae nevű gombát sikeresen alkalmazták a legelőkön a fűbogár (szkarabeusz bogár) lárváinak elpusztítására (Rath, 1992), és a fonálférgeket csapdázó vagy fonálfág gombák számos nemzetségét (pl., Arthrobotrys, Nematophthora, Dactylella, Verticillium) potenciálisnak bizonyultak a növényi parazita fonálférgek elleni védekezésben, bár a védekezés szintje sokkal alacsonyabb, mint amit a nematicidek alkalmazásával érnek el (Kerry, 1980; Mankau, 1980; Zunke és Perry, 1997).
Mindamellett, hogy néhány ilyen antagonista kiváló lehetőséget mutat a szélesebb körű felhasználásra (különösen a Trichoderma), továbbra is nagymértékben kihasználatlanok, elsősorban a felhasználásukra vonatkozó szigorú előírások és a specifikus gombatörzsek talajba juttatásával és fenntartásával kapcsolatos technikai nehézségek miatt. Néhány leküzdendő technikai probléma: a talajban való túlélési arányukat befolyásoló tényezők azonosítása, a legjobb törzs kiválasztása az egyes kultúrákhoz és szántóföldi körülményekhez, a legjobb szántóföldi alkalmazási módszerek, a legjobb kiszerelési formulák, a legmegfelelőbb gazdaságirányítási gyakorlatok a biológiai védekezés fokozására, valamint a gazdálkodók oktatása a technológia használatára vonatkozóan (Cook, 1994). A beoltás közvetlen módszere mellett a betegségek és kártevők elleni védekezés közvetett módszerei a különböző mezőgazdasági gyakorlatok alkalmazásával, amelyek megelőző vagy antagonista hatással vannak a szervezetekre (pl, talajszolarizáció, vetésforgó, genetikailag ellenálló fajták használata, szerves anyag és műtrágya kijuttatása, csökkentett vagy talajművelés nélküli talajművelés, természetes növényvédő szerek és profilaktikus védekezés vagy a betegségek behurcolásának megelőzése) szintén sikeresek, és könnyebben megvalósíthatók az integrált talajegészségügy előmozdítása érdekében (Rovira et al., 1990; Cook, 1989; Neate, 1994).
vissza az esettanulmányokhoz
f) Biokontroll fonálférgek. A Deladenus, Neoaplectana, Tetradonema, Steinernema és Heterorhabditis nemzetségekhez tartozó entomopatogén fonálférgeket sikeresen alkalmazták a kertészeti, élelmiszer-termesztési, természetes és ültetvényes erdőkben kárt okozó rovarkártevők széles körének ellenőrzésére: (szkarabeuszbogár lárvák), lárvák (curculionid bogarak), termeszek, hangyák, vakondtücskök, karvalyférgek, gyümölcslegyek, sciarid legyek, burgonya-, uborka- és bolhabogarak, sáskák, répamolyok, fadarazsak és gyökérférgek (Webster, 1980; Klein, 1990). E fonálférgek sikere abban rejlik, hogy a rovarkártevők többsége (akár >90%-a) életciklusának legalább egy részét a talajjal érintkezve tölti, ahol találkozik a biokontroll fonálférgekkel is, amelyek nemcsak természetes módon vannak jelen, hanem széles gazdanövénykörrel is rendelkeznek, és képesek felkeresni a gazdatestet, és gyorsan elpusztítani azt. Ráadásul könnyen tömegesen előállíthatóak és környezetkímélőek. A gombaevő fonálférgek szerepéről a növénypatogén gombák elleni védekezésben nagyon keveset tudunk, de arra következtethetünk, hogy potenciálisan fontosak lehetnek. A tömeges betelepítéssel csak néhány kísérletet végeztek üvegházban, de az eredmények ígéretesnek tűnnek, és számos gyökérfertőző gomba, például a Rhizoctonia, Pythium, Armillaria és Fusarium elleni hatékony védekezést eredményeztek (Curl és Harper, 1990). További, különösen szabadföldi munkára van szükség ezen eredmények és a betegségek elleni biológiai védekezés e potenciális eszközének megerősítéséhez.
vissza az esettanulmányokhoz
g) Elnyomó talajok. Azokat a talajokat vagy területeket a szántóföldön és az agroökoszisztémában, amelyek nagyobb relatív ellenállást mutatnak a betegség növényekben való kifejeződésével szemben (a kórokozó, a fogékony gazdanövény és a kedvező éghajlati feltételek jelenléte ellenére), “szuppresszív talajoknak” nevezik (Alabouvette, 1999). Minden talajban megvan a betegségelnyomó potenciál, és ezen túlmenően a mezőgazdasági gazdálkodási gyakorlatok javíthatók a természetben előforduló betegségelnyomó tevékenységek elősegítése érdekében. Úgy tűnik, hogy a legtöbb szuppresszív talaj semleges vagy lúgos pH-értékkel rendelkezik (pH>7), és a savanyú, betegségre hajlamos talajok meszezése hatékonyan csökkentheti egyes gombakórokozók, például a hervadás súlyosságát (Alabouvette, 1999). A talaj szuppresszivitásának növelésére irányuló másik stratégia a hatékony antagonista mikroorganizmusok izolálásának és kiválasztásának folyamatát foglalja magában a szántóföldi beoltáshoz.
Back to case studies