Mikrobiologiczne wiązanie azotu atmosferycznego w koncepcji zrównoważonego rolnictwa
Obieg azotu jak również innych składników pokarmowych jest w warunkach naturalnych ściśle związany z aktywnością mikrobiologiczną różnych mikroorganizmów glebowych. Zdolność wielu rodzajów pożytecznych bakterii i grzybów dzięki ich zdolnościom do rozkładu materii organicznej ułatwia roślinom przyswajanie wielu niezbędnych do ich wzrostu składników pokarmowych. W przypadku najważniejszego składnika roślinnego jakim, jest azot, związki łatwo rozkładane, czyli przede wszystkim białka roślinne i zwierzęce, oraz pektyny ulegają rozpadowi do aminokwasów i peptydów (proteoliza) co w konsekwencji prowadzi po powstawania amoniaku i soli amonowych (amonifikacja). W dalszej kolejności są one przekształcane przez bakterie nitryfikacyjnie (nitryfikacja) przemianie do formy azotanowej, która jest najlepiej pobieraną formą azotu przez wiele roślin, w szczególności tych jednorocznych, do których zalicza się sporą część gatunków roślin uprawnych. Nieco inaczej wyglądają natomiast wymagania roślin wieloletnich, w tym przede wszystkim drzewiastych dla wielu, których to właśnie wolniej przyswajalna forma amonowa jest często tą preferowaną.
W przypadku związków trudniej rozkładalnych takich jak lignina, celuloza czy hemiceluloza mikroorganizmy glebowe w konsekwencji różnych przemian prowadzą do powstawania unikatowego połączenia organiczno-mineralnego jakim jest próchnica. Jej znaczenie w środowisku glebowym jest nie do przecenienia. Próchnica ułatwia przyswajanie składników pokarmowych, ogranicza ich wymywanie poza obręb systemu korzeniowego, redukuje stresy związane z występowaniem niekorzystnych dla roślin warunków pogodowych czy wreszcie posiada zdolność gromadzenia wody. Próchnica stanowi również długookresowe źródło składników pokarmowych dla roślin ponieważ sama również ulega procesowi mineralizacji. Tak więc to w dużej mierze dzięki aktywności wielu bakterii rośliny mogą być zaopatrywane w składniki pokarmowe. Może to mieć miejsce dość szybko dzięki procesowi mineralizacji jak również w dłuższym okresie czasu w wyniku procesów związanych z powstawaniem próchnicy.
Wśród licznych bakterii glebowych istnieje jednak dość szczególna ich grupa, która posiada unikatową zdolność wiązania azotu atmosferycznego z powietrza. Wśród wszystkich drobnoustrojów liczbę tych tzw. asymilatorów N2 szacuje się na około 10%. Jest to bardzo istotna grupa mikroorganizmów przy założeniu, że na każdym 1 ha gleby znajduje się ok. 80 000 ton niedostępnego azotu atmosferycznego. Bakterie te nie wydzielają azotu do środowiska w jakiś szczególny sposób. Proces jego wiązania ma miejsce w trakcie rozmnażania się bakterii. Wiadomo, że tak to jak każdy organizm na ziemi bakterie potrzebują syntezować białka. Do produkcji białek wykorzystują węgiel dostępny z rozkładających się szczątków organicznych. Tymczasem azot pozyskują w unikatowy sposób, dzięki enzymowi jakim jest nitrogenaza, z powietrza. W ten sposób bardzo szybko rozmnażające się bakterie, po ich obumarciu pozostawiają pokaźne ilości białek, które podlegają również przemianom mikrobiologicznym, prowadzącym do pozostawienia w środowisku glebowym, łatwo dostępnego azotu. Zdolność bakterii wiążących azot jest wysoka. Przyjmuje się, że są w stanie związać od 5 do 50 kg N/ha. Istnieją również pojedyncze doniesienia, kiedy to udało się określić poziom wiązania azotu nawet na 60 kg/ha. Natomiast średnio przyjmuje się, że bakterie te mogą wiązać rocznie ok. 15-25 kg N/ha. Przed wprowadzeniem do powszechnego stosowania nawozów mineralnych, co miało miejsce w latach 60-tych ubiegłego wieku naturalne właściwości bakterii wiążących azot stanowiły podstawowe źródło tego składnika dla roślin. Nie tylko zresztą tego ponieważ wiele gatunków bakterii wiążących azot posiada także zdolność przekształcania fosforu do form łatwo przyswajalnych. To również, przynajmniej po części, wiąże się z rozmnażaniem bakterii, które potrzebują fosforu do wytwarzania kwasów nukleinowych. Zdolność niektórych bakterii jak chociażby tych rodzaju Azotobacter do zwiększania dostępności fosforu wiąże się również, ze stymulacyjnym wpływem na system korzeniowy roślin. Nie od dziś wiadomo bowiem, że im lepiej rozwinięty system korzeniowy, tym większa zdolność korzeni do penetracji gleby, a tym samym lepsze pobieranie fosforu, który jest pierwiastkiem bardzo mało ruchliwym. Fosfor jest bowiem pobierany przez korzenie tylko wtedy, jeżeli znajduje się bezpośrednim ich sąsiedztwie.
W produkcji rolniczej sukcesywny wzrost mineralnego nawożenia roślin, w szczególności azotem, w dłuższej perspektywie okazał się dość zwodniczy. Zwiększone nawożenie azotowe, konsekwentnie wpłynęło również na dużo większe zapotrzebowanie na trudno przyswajalny fosfor oraz inne makro i mikroelementy. Paradoksalnie okazało się więc, że dzięki nawożeniu “sztucznemu” wzrost plonów odbywał się pomimo sukcesywnego osłabiania “zdrowia gleby”. Zjawisko to, które przez wiele lat nie było właściwie postrzegane doprowadziło do spadku opłacalności produkcji, jak również do tak oczywistych konsekwencji jak chociażby powierzchniowy spływ nawozów prowadzący do zjawiska eutrofizacji wód. W tej sytuacji coraz częściej zwraca się obecnie uwagę na naturalne procesy glebowe umożliwiające efektywne gospodarowanie azotem, w tym na szczególna rolę mikroorganizmów glebowych z uwzględnieniem naturalnie występujących w środowisku bakterii zdolnych do wiązania azotu atmosferycznego.
Do najważniejszych rodzajów bakterii glebowych, które znajdują zastosowanie w praktyce należą gatunki rodzajów Azotobacter, Clostridium i Arthrobacter. Przez długi czas to głównie bakterie tlenowe rodzaju Azotobacter oraz beztlenowe rodzaju Clostridium były uważane za organizmy decydujące o przyrostach azotu w glebie. Obecnie coraz częściej dominuje przekonanie, że większe znaczenie mają bakterie Arthrobacter i Aerobacter. Są to tzw oligonitrofile, czyli organizmy mało wymagające pod względem żywienia azotowego, przypuszczalnie właśnie dlatego, że mogą ten składnik przyswajać z atmosfery. Bakterie rodzaju Arthrobacter występują w glebach o różnym położeniu geograficznym i wykazują wręcz ekstremalną odporność na wysychanie i niedobór źródeł pożywienia. Mają szczególne znaczenie we wspomaganiu wzrostu i rozwoju roślin rosnących w niekorzystnych warunkach. Posiadają zdolność produkcji sideroforów jak również chelatują wiele mikroelementów i pierwiastków śladowych występujących w formach dwu,- i trójwartościowych w stabilne kompleksy. Z uwagi na wszechstronność żywieniowa jako źródło węgla mogą wybierać nawet herbicydy i inne pestycydy co może znaleźć zastosowanie w szybszym rozkładzie niektórych rodzaju organicznych środków ochrony roślin.
Powszechnie znane i gruntownie przebadane gatunki rodzaju Azotobacter występują co prawda naturalnie w glebach, choć w Polsce spotyka się je zaledwie w 50% gleb. W dużej mierze jest to spowodowane kwaśnym ich odczynem. Ponadto bakterie te są wrażliwe na obecność dużych dawek azotu jak również nadmiar tlenu spowodowanego nadmiernym wzruszaniem gleb. Dobrze rozwijają się w glebach zasobnych w materie organiczną. W badaniach prowadzonych na całym świecie wykazano, że ich dodatek w postaci preparatów komercyjnych korzystnie wpływa na plonowanie także w tych glebach, które w naturalny sposób stanowią mniej korzystne dla ich rozwoju środowisko. Możliwe, że długoterminowe oddziaływanie niekorzystnych warunków środowiska ma dla naturalnych populacji tych bakterii większe znaczenie niż ich sezonowy efekt związany z dostarczaniem bakterii w postaci komercyjnych produktów nawet do mniej korzystnego dla ich rozwoju środowiska. Wykazano na przykład bardzo korzystny wpływ, kiedy były zastosowane do zaprawiania nasion zbóż przeznaczonych do wysiewu na glebach lekkich przy silnym niedostatku azotu. Zaprawianie nasion przez Azotobacter stymuluje pobieranie azotu i fosforu oraz niektórych mikroelementów gł. cynku (Zn) i żelaza (Fe). W badaniach jednoczesne stosowanie bakterii rodzaju Azotobacter i obornika bardzo istotnie wpływało na wzrost biomasy kukurydzy. W rzepaku zastosowanie Azotobacter może zwiększyć indeks powierzchni liści średnio o 3,5% w fazie rozety. Bardzo duże wzrosty po jego zastosowaniu obserwuje się w produkcji ziemniaka (33 – 38%) a zastosowanie Azotobacter razem z nawożeniem organicznym przy rozsianiu 50% dawki nawozów mineralnych bardzo istotnie wpływało na zwyżkę plonu słonecznika. Bardzo dobre efekty uzyskiwano także w ochronie warzyw. W szczególności wykazano ich wpływ na zwiększenie plonu wczesnych zbiorów kapusty, kalafiorów, pomidorów i sałaty.
Zastosowanie bakterii wiążących azot atmosferyczny powinno stanowić istotny element nowoczesnej produkcji ogrodniczej w znaczącej mierze łączącej się z założeniami wpisanymi w koncepcję Zielonego Ładu. To tu, a w szczególności w polityce zrównoważonego rolnictwa, będącej częścią tej koncepcji, podkreśla się wymóg zbilansowanego nawożenia roślin poprzez wykorzystanie naturalnych zasobów żywieniowych środowisko, które to pozwoli ograniczyć stosowanie nawożenia mineralnego do niezbędnego minimum, ale w takim stopniu aby nie następował spadek produktywności upraw. Aktywne wiązanie azotu atmosferycznego przez bakterie wiążące N2, jak również ich stymulujące właściwości na rozwój systemu korzeniowego mogą zapewnić efektywne gospodarowanie przez rośliny obniżonymi dawkami nawozów mineralnych.
Firma Bio-Lider posiada w swoim portfolio preparat, w którym wykorzystuje się właściwości bakterii wiążących azot atmosferyczny. Jest to środek stworzony w oparciu o unikatowy proces namnażania bakterii, w skład którego wchodzą wolnożyjące izolaty bakterii z rodzajów Azotobacter i Arthrobacter o wysokiej koncentracji nie mniejszej niż 1×109 jtk/g. AzotoPower w dawce 100 g/ha przy użyciu 200-400 l wody można stosować w formie oprysku doglebowego przedsiewnie w uprawach rolniczych oraz przed siewem lub sadzeniem roślin w produkcji warzyw. Możliwe jest również jego zastosowanie w formie oprysku nalistnego po ruszeniu wegetacji w uprawach polowych, (np. po siewie, po wschodach, w fazie krzewienia) jak również w uprawie warzyw w dowolnej fazie aktywnego wzrostu. Z kolei w uprawach sadowniczych preparat może znaleźć zastosowanie w formie oprysku w pasie herbicydowym. AzotoPower stosuje się także na resztki pożniwne razem z dobrze znanym od wielu lat na rynku środkiem RewitalPRO
