Microorganismele din sol sunt cele mai abundente dintre toate biotele din sol și sunt responsabile pentru ciclul nutrienților și al materiei organice, fertilitatea solului, restaurarea solului, sănătatea plantelor și producția primară a ecosistemului. Microorganismele benefice le includ pe cele care creează asociații simbiotice cu rădăcinile plantelor (rizobia, ciuperci micorizice, actinomicete, bacterii diazotrofe), promovează mineralizarea și disponibilitatea nutrienților, produc hormoni de creștere a plantelor și sunt antagoniști ai dăunătorilor, paraziților sau bolilor plantelor (agenți de biocontrol). Multe dintre aceste organisme sunt deja prezente în mod natural în sol, deși, în anumite situații, poate fi benefică creșterea populațiilor acestora fie prin inoculare, fie prin aplicarea diferitelor tehnici de gestionare agricolă care le sporesc abundența și activitatea.
Înapoi la studii de caz
a) Micorizele. Mai mult de 90% din plantele din lume sunt micorizice, cu diferite grade de dependență și beneficii derivate din această asociere. Cele mai cunoscute și, probabil, cele mai comune simbioze micorrizice implică micorizele arbusculare (multe specii de culturi) și ectomicorizele (numai speciile lemnoase; mai ales specii de arbori și arbuști), deși există și alte câteva tipuri (de exemplu, micorizele ericice, orhidee, ectendo-micorizice) (Allen et al., 1995). Rolul pozitiv al micorizilor în producția vegetală este bine documentat, existând numeroase cazuri de creștere și de sporire a randamentului, în special în cazul plantelor foarte dependente și sensibile. Răspunsul plantelor se poate datora mai multor motive, deși, în cele mai multe cazuri, se datorează creșterii suprafeței efective a rădăcinilor pentru extragerea apei și a substanțelor nutritive, deoarece rețeaua de hifle micorrizice funcționează ca o extensie naturală a sistemului radicular al plantelor. Planta donează C către micoriză în schimbul unei capacități mai mari de a utiliza resursele native ale solului. Alte beneficii ale asociației micorizice sunt o protecție sporită împotriva agenților patogeni, o toleranță îmbunătățită la poluanți și o rezistență mai mare la stresul hidric, la temperatura ridicată a solului, la pH-ul nefavorabil al solului și la „șocul” transplantului. Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a inoculanților micorizici în agroecosisteme a fost împiedicată de dificultatea de a cultiva micorize arbusculare și de a produce suficiente inocule la prețuri accesibile. Se pare că cele mai practice utilizări actuale ale micorizei implică eforturile de restaurare și recuperare a terenurilor, precum și inocularea cu micoriză arbusculară și ecto-micorizică a răsadurilor de arbori și culturi în pepiniere. Cu toate acestea, este posibil să se îmbunătățească populațiile de micorize care apar în mod natural în câmpurile agricole (și beneficiile potențiale ale acestora pentru culturile în creștere) și pot apărea beneficii importante prin adoptarea diferitelor practici de gestionare care sporesc populațiile de micorize și activitatea acestora, cum ar fi cultivarea redusă a solului, rotația culturilor și aplicații mai reduse de N și P (Abbott și Robson, 1994).
Studiu de caz B1. Gestionarea secvenței de cultură și producția „in situ” de inoculo de micoriză arbusculară (Thompson, 1991, Montanez, 2000)
Obiectivul tuturor metodelor practice de gestionare a populației de ciuperci de micoriză arbusculară este de a optimiza simbioza pentru o mai bună producție vegetală. Două concepte principale sunt disponibile pentru gestionarea populațiilor de FMA:
- Inocularea culturilor cu FMA eficienți selectați
- Sunt selectate specii de culturi pentru populația de FMA existentă, făcând o utilizare eficientă a acesteia.
Pentru că gazda plantelor poate fi selectivă în reproducerea anumitor specii de FMA, secvența de cultivare poate influența compoziția speciilor din comunitățile de FMA. Este esențial să se ia în considerare modul în care AMF care proliferează într-un anumit sistem de cultivare, ar putea afecta producția vegetală. Utilizarea unei gazde adecvate pentru a crește infectivitatea solului, înainte de însămânțarea culturii principale, este o potențială practică de gestionare, care ar putea fi o alternativă la inoculare.
Figura 1. Greutatea uscată a semințelor de in a variat în funcție de cultura anterioară și a fost corelată cu densitatea sporilor de AMF din sol (modificat după Thompson, 1991).
Potențialul de inoculum al AMF din sol a crescut de aproape două ori după plantarea de soia și a fost redus la zero după plantarea de rapiță într-un experiment în microcosmos realizat la Universitatea Reading (Montanez, 2000). Cu toate că, în testele de câmp cu semințe de in (Thompson, 1991), cultivarea prealabilă cu leguminoase sau floarea-soarelui a generat cele mai mari densități de spori reziduali de AMF și a dus la cele mai mari greutăți uscate ale semințelor de in (figura 1).
Înapoi la studii de caz
b) Rhizobia. Rolul celor șase genuri ale familiei de bacterii Rhizobiaceae în producția agricolă a fost, de asemenea, bine documentat, existând numeroase cazuri de creștere a randamentului prin inoculare (tabel).
Rizobia infectează rădăcinile plantelor, creând noduli în care se fixează N2, asigurând plantei cea mai mare parte a N de care are nevoie pentru dezvoltarea sa. Plantele bine nodulate, cu o simbioză eficientă, pot fixa până la câteva sute ha-1 de N pe an-1. O parte din acest N este adăugat în sol în timpul creșterii plantei de către rădăcinile „scăpate”, deși cea mai mare parte rămâne în țesuturile plantei și este eliberată în timpul descompunerii, în beneficiul culturilor următoare sau al culturii intercalate.
Colonizarea anterioară a rădăcinilor leguminoaselor de către micorize poate spori considerabil nodularea de către rizobi, sporind în cele din urmă beneficiile potențiale de creștere. Cu toate acestea, în ciuda beneficiilor evidente ale inoculării sau gestionării rizobiilor, există mai mulți factori care continuă să limiteze utilizarea pe scară largă a acestei tehnici pentru a spori randamentul leguminoaselor: utilizarea îngrășămintelor cu N, lipsa stimulentelor pentru cultivarea leguminoaselor, constrângerile de mediu (în special edafice; de ex, P-status scăzut de P), dificultatea producerii inoculului și disponibilitatea scăzută a acestuia, compatibilitatea genetică scăzută a leguminoaselor gazdă cu bacteriile (eficacitate scăzută), precum și lipsa unor stimulente politice și economice și a unei infrastructuri adecvate (Giller et al., 1994; Hungria et al., 1999).
Studiu de caz B2. Prezentare generală și studii de caz privind fixarea biologică a azotului: perspective și limitări. (Montañez A., 2000)
Există mai multe metode disponibile pentru a spori fixarea azotului:
- selecția plantelor-gazdă (cultivarea leguminoaselor pentru o mai bună fixare a azotului)
- selecția de tulpini eficiente capabile să fixeze mai mult azot
- utilizarea diferitelor metode agronomice care îmbunătățesc condițiile de sol pentru plante și simbiotul microbian
- metode de inoculare
Nici o abordare nu este mai bună decât celelalte, ar trebui să se urmărească combinarea experienței din diferite discipline în programe de cercetare interdisciplinare.
În acest studiu de caz sunt ilustrate mai multe exemple care arată cum diferite strategii pot avea succes, în funcție de condițiile de mediu, sociale și economice.
Studiul de caz complet (PDF, 77KB)
Înapoi la studii de caz
c) Alte biote simbiotice fixatoare de N2. Relațiile simbiotice suplimentare de fixare a N2 ale plantelor cu microbii includ relații de actinomicete (Frankia) cu majoritatea arborilor și arbuștilor (și, de asemenea, unele culturi, cum ar fi sorgul) și simbioza dintre bacteriile diazotrofe endofite (de exemplu, Azotobacter, Azospirillum, Acetobacter, Azoarcus, Burkholderia, Herbaspirillum) și graminee (Baldani et al., 1999). Simbioza Frankia este, în general, exploatată în eforturile de recuperare și restaurare a terenurilor, folosind în principal arbori Casuarinales pentru a menține solul (de exemplu, dune de nisip) la locul lui, dar potențialul său este încă subutilizat și sunt necesare eforturi suplimentare privind dezvoltarea și aplicațiile sale. Pe de altă parte, cercetarea și utilizarea bacteriilor endofite au fost bine dezvoltate în regiunile tropicale, în special în Brazilia și Mexic. Aceste bacterii nu numai că fixează N2, ci și modifică forma și măresc numărul firelor de păr ale rădăcinilor, ajutând plantele să obțină mai mulți nutrienți. Aplicarea acestor organisme în inoculanți continuă să fie realizată pe scară largă (mai ales la porumb, o parte la orez, grâu, trestie de zahăr și orez) și au rezultat creșteri ale randamentului de la neglijabile până la aproape 100%, în funcție de cultură și de bacteriile utilizate (Baldani et al., 1999).
Înapoi la studii de caz
d) Alte bacterii care favorizează creșterea plantelor. Au fost utilizate diverse alte organisme benefice din rizosferă intitulate bacterii care favorizează creșterea plantelor (PGPB), în principal ca inoculanți de semințe. PGPB afectează creșterea plantelor prin promovarea directă a creșterii (efecte hormonale), rezistența sistemică indusă, mineralizarea, concurența cu substratul, excluderea nișei, detoxifierea solului înconjurător și producerea de antibiotice, chitinaze, cianuri și siderofori (Mahaffee și Kloepper, 1994). Mai multe specii și genuri de bacterii au fost utilizate ca promotori de creștere a plantelor, inclusiv pseudomonade (de exemplu, Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. gladioli), bacili (de exemplu, Bacilus subtilis, B. cereus, B. circulans) și altele (de exemplu, Serratia marcescens, Flavobacterium spp., Alcaligenes sp., Agrobacterium radiobacter) (Mahaffee și Kloepper, 1994). Dintre acestea, probabil că cele mai de succes au fost Agrobacterium radiobacter, utilizat pentru a controla balele coroanei pe mai multe familii de plante, Bacilus subtilus pentru a suprima infecția cu Rhizoctonia solani (putregaiurile rădăcinilor de cereale) și diverse inoculante (majoritatea pe bază de Bacilus) denumite YIB (bacterii de îmbunătățire a randamentului), utilizate pe scară largă în toată China pentru culturile de legume (Chen et al., 1993). Probabil că principala limitare a utilizării pe scară mai largă a acestor tehnici este slaba înțelegere a interacțiunilor dintre PGPB și planta gazdă și microflora indigenă a solului. O mai bună înțelegere a acestor fenomene va permite o predicție mai precisă a efectelor inoculării și a beneficiilor potențiale ale acesteia.
Înapoi la studii de caz
e) Ciuperci de biocontrol. Agenții fungici au fost utilizați pe scară largă pentru biocontrolul atât al bolilor fungice ale plantelor, cât și al insectelor dăunătoare. Diferite tulpini nepatogene (saprofite) de Rhizoctonia, Fusarium, Trichoderma spp. au fost utilizate pentru a reduce daunele (putregaiuri radiculare, ofilire, umezire și pete goale) cauzate de „verii” lor patogeni și de alte ciuperci patogene (de exemplu, Pythium, Sclerotium, Verticillium) (Cook, 1994; Miller, 1990). Ciuperca Metarrhizium anisopliae, a fost utilizată cu succes pentru a distruge larvele de larve de larve de iarbă (scarabeu) în pășuni (Rath, 1992), iar mai multe genuri de ciuperci care captează nematode sau nematofage (de ex, Arthrobotrys, Nematophthora, Dactylella, Verticillium) și-au arătat potențialul pentru controlul nematozilor paraziți ai plantelor, deși nivelul de control este mult mai scăzut decât cel care se obține prin utilizarea nematicidelor (Kerry, 1980; Mankau, 1980; Zunke și Perry, 1997).
Cu toate acestea, chiar dacă unii dintre acești antagoniști prezintă un potențial excelent pentru o utilizare mai largă (în special Trichoderma), ei continuă să fie mult subutilizați, în primul rând din cauza reglementărilor stricte privind utilizarea lor și a dificultăților tehnice asociate cu introducerea și menținerea unei tulpini specifice de ciuperci în sol. Unele dintre problemele tehnice care trebuie depășite sunt: identificarea factorilor care afectează ratele de supraviețuire a acestora în sol, cea mai bună tulpină pentru fiecare cultură și condiții de teren, cele mai bune metode de aplicare pe teren, cea mai bună formulare pentru livrare, cele mai adecvate practici de gestionare a fermei pentru a spori biocontrolul și educarea agricultorilor cu privire la utilizarea tehnologiei (Cook, 1994). Pe lângă metoda directă de inoculare, metodele indirecte de combatere a bolilor și dăunătorilor care utilizează diverse practici agricole preventive sau antagoniste față de organisme (de ex, solarizarea solului, rotația culturilor, utilizarea de soiuri rezistente genetic, aplicații de materie organică și îngrășăminte, lucrări reduse sau fără lucrare a solului, pesticide naturale și controlul profilactic sau prevenirea introducerii bolilor) sunt, de asemenea, de succes și pot fi mai ușor de implementat pentru a promova un management integrat al sănătății solului (Rovira et al., 1990; Cook, 1989; Neate, 1994).
Înapoi la studii de caz
f) Nematozi de biocontrol. Nematozii entomopatogeni din genurile Deladenus, Neoaplectana, Tetradonema, Steinernema și Heterorhabditis au fost utilizați cu succes pentru a controla o gamă largă de insecte dăunătoare care provoacă pagube în horticultură, culturile alimentare, pădurile naturale și plantațiile forestiere: viermi albi (larve de scarabeu), gărgărițe (gândaci curculionide), termite, furnici, greieri cârtiță, viermi militari, muște de fructe, muște sciaride, gândaci ai cartofului, ai castraveților și ai puricilor, lăcuste, molii de napi, viespi de lemn și viermi de rădăcină (Webster, 1980; Klein, 1990). Succesul acestor nematozi constă în faptul că majoritatea (până la >90%) insectelor dăunătoare își petrec cel puțin o parte a ciclului lor de viață în contact cu solul, unde vor întâlni și nematozii de biocontrol, care nu numai că sunt prezenți în mod natural, dar au și o gamă largă de gazde și capacitatea de a-și căuta gazda și de a o ucide rapid. În plus, acestea pot fi produse cu ușurință în masă și sunt sigure pentru mediu. În ceea ce privește rolul nematozilor care se hrănesc cu ciuperci în controlul ciupercilor patogene pentru plante, știm foarte puține lucruri, dar putem deduce că acestea ar putea fi potențial importante. Doar câteva teste de introducere în masă au fost efectuate în seră, dar rezultatele par promițătoare, cu un control eficient al mai multor ciuperci care infectează rădăcinile, cum ar fi Rhizoctonia, Pythium, Armillaria și Fusarium (Curl și Harper, 1990). Sunt necesare lucrări suplimentare, în special în câmp, pentru a confirma aceste rezultate și acest potențial mijloc de biocontrol al bolilor.
Înapoi la studii de caz
g) Soluri supresoare. Solurile sau zonele din câmp și agroecosistem care prezintă o rezistență relativă mai mare la exprimarea bolii în plante (în ciuda prezenței agentului patogen, a plantei gazdă sensibile și a condițiilor climatice favorabile) au fost denumite „soluri supresive” (Alabouvette, 1999). Fiecare sol are un potențial de suprimare a bolilor și, în plus, practicile de gestionare agricolă pot fi îmbunătățite pentru a promova activitățile de suprimare a bolilor care apar în mod natural. Cele mai multe soluri de suprimare par să aibă valori neutre sau alcaline ale pH-ului (pH>7), iar calcarul solurilor acide, predispuse la boli, poate reduce în mod eficient severitatea unor agenți patogeni fungici, cum ar fi ofilirea (Alabouvette, 1999). Cealaltă strategie de creștere a supresivității solului implică procesul de izolare și selectare a microorganismelor antagoniste eficiente pentru inoculare în câmp.
Înapoi la studii de caz
.