Bakterie v sluzbach agronomickej praxe 2

Baktérie v službách agronomickej praxe.

Doc. Ing. Ladislav Varga, PhD., Katedra agrochémie a výživy rastlín, FAPZ SPU Nitra
V posledných rokoch v dôsledku systémových zmien v poľnohospodárstve nastali výrazné rozdiely v hospodárení v porovnaní s predchádzajúcim obdobím. S prechodom na trhový mechanizmus sa pestovatelia orientujú hlavne na pestovanie tržných plodín, u ktorých bolo zaznamenané enormné zvýšenie plôch na úkor plodín (viacročné krmoviny, ďatelinoviny, strukoviny, bôbovité atď.), ktoré v osevnom postupe plnili významnú funkciu, následkom čoho nastalo zúženie osevného postupu a rotácie plodín. Uvedené skutočnosti zapríčiňujú určité dôsledky, predovšetkým nastáva jednostranné odčerpávanie živín, zhoršujú sa fyzikálne, chemické aj biologické vlastnosti pôd, v pôde sa vyskytujú a rozmnožujú len určité druhy mikroorganizmov, taktiež sa výrazne znížilo množstvo aplikovaných dávok vápenatých hmôt, kvôli zmene dotačnej politiky, skrátka nedodržiava sa cyklus vápnenia, následkom čoho sa  zvyšuje podiel pôd s kyslou pôdnou reakciou a donedávna zaužívaný trojročný cyklus hnojenia organickými hnojivami je tiež minulosťou. Uvedené fakty majú za následok znižovanie  pôdnej úrodnosti.
Z hľadiska udržiavania pôdnej úrodnosti zohrávajú bezpochyby organické hnojivá dôležitú úlohu. Majú vysokú hnojivovú hodnotu a sú nimi do pôdy dodávané rastlinné živiny – makroelementy a mikroelementy, ako aj organické látky, mikroorganizmy, stimulačné a hormonálne látky. Množstvo organickej hmoty ovplyvňuje biologické, fyzikálne ale aj chemické vlastnosti substrátu, výsledkom čoho je iná prístupnosť živín v minerálnych ako v organických pôdach. S výrazným poklesom stavu hospodárskych zvierat adekvátne poklesla aj produkcia hospodárskych hnojív (maštaľný hnoj, močovka, hnojovica atď.). Kým v roku 1993 sa na 1 hektár poľnohospodárskej pôdy na Slovensku aplikovalo 10 ton maštaľného hnoja v roku 2011 to bolo len 2,5 tony. Tento nízky prísun živín cez organické hnojivá sa poľnohospodári snažili  čiastočne eliminovať dávkami priemyselných hnojív, prednostne sa zameriavali len na jednostranné dodávanie hlavne dusíka, pričom výrazne zaostáva v bilancovaní fosfor, draslík, horčík, vápnik a ďalšie.
Intenzívna poľnohospodárska výroba je náročná na dostatok prístupných živín v pôde. Úrodami hlavných poľnohospodárskych plodín sa z pôdy odoberie značné množstvo živín, ktoré je potrebné hnojivami nahradiť, aby sa udržala dostatočná pôdna úrodnosť.
Podiel živín zapracovaných do pôd  hnojivami, ktorý pripadne v prospech samotných rastlín, závisí od mnohých činiteľov – pôdnych, agrotechnických, poveternostných podmienok, ako aj od odrodových zvláštností. Podľa agrotechniky a intenzity hnojenia v závislosti od pôdnych vlastností a ich pôsobenia, sa akumulujú v pôdach väčšie alebo menšie zásoby živín, formuje sa živinový režim pôd a ich úrodnosť.
Voľba optimálnych dávok hnojív, pri zachovaní vyhovujúceho pomeru živín, je ľahšia na pôdach so strednou zásobou fosforu a draslíka a s vyhovujúcou pôdnou reakciou, ako na pôdach s nízkym stupňom zásobenosti jednou, alebo viacerých živín, prípadne s nežiadúcim pH. Pri nízkych dávkach fosforu a draslíka nastáva na niektorých pôdach taká výrazná sorpcia živín z hnojív, že ich využiteľnosť je veľmi nízka.

Pôdna reakcia a jej význam vo výžive rastlín

Pôdna reakcia je jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich pôdnu úrodnosť. Pôdna reakcia má vplyv predovšetkým na pútanie a rozpustnosť živín, na zlepšenie štruktúrneho stavu pôdy, tvorbu humusu a postupne sa jej význam presúva do polohy indikátora ekologickej stability agrárnej krajiny. Pôdna reakcia výrazne ovplyvňuje rast a vývoj rastlín.
Pôdnu reakciu ovplyvňujú vnútorné (endogénne) činitele – najmä chemizmus a textúra horniny z ktorej pôda vznikla a vonkajšie (exogénne), medzi ktoré zaraďujeme atmosférické faktory (zrážky), biologické faktory (koreňové výlučky rastlín), činnosť človeka (agrotechnika, aplikácia hnojív) atď.
Využívanie živín z pôdnej zásoby i z hnojív je významne ovplyvňované aktivitou, či koncentráciou vodíkových iónov v pôde, najmä v pôdnom roztoku. Vodíkové ióny sú veľmi reaktívne, pôsobia na rozpustnosť chemických zlúčenín a chemizmus premien živín v pôde. Preto poznanie hodnoty pôdnej reakcie je jedno z najdôležitejších kritérií pôdnej úrodnosti.
Aktivitu vodíkových iónov v pôde znižuje pufrovacia schopnosť pôdy. Vodíkové ióny produkované pri rozličných procesoch v pôde sú pufrované pôdnymi koloidmi anorganického alebo organického pôvodu. Pufrovacie účinky majú aj soli slabých organických kyselín. Vysoká koncentrácia H+ iónov podporuje zvetrávanie minerálov, ktorého výsledkom je uvoľňovanie iónov ako K+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Cu2+ a  Al3+. Hodnota pH by sa mala pohybovať v oblasti 6,5 – 7,5. Hodnota pH pôsobí aj na aktivitu mikroorganizmov, pod 5,5 dominujú v pôdnej rhizosfére huby a pri vyšších hodnotách baktérie. Činnosť nitrifikačných baktérií Nitrosomonas a Nitrobacter je aktívnejšia v neutrálnej oblasti.

Pôdna reakcia a prijateľnosť živín

Prijateľnosť živín pre rastliny je v úzkom vzťahu s hodnotou pH, zvlášť pri fosfore a mikroelementoch. Prijateľnosť fosforu je pôdnou reakciou ovplyvnená nepriamo. Znižovaním pH sa síce podiel rozpustných aniónov H2PO4- zvyšuje, ale keďže sa súčasne zvyšuje aj rozpustnosť železitých a hlinitých katiónov, pri nízkych hodnotách pH a pri vysokom obsahu hliníka a železa v pôde, fosforečnanové anióny sú viazané katiónmi Al3+ a Fe2+ za vzniku nerozpustných fosforečnanov hlinitých, či železitých. Najintenzívnejšie prebiehajú tieto chemické reakcie v pôde s hodnotou pH pod 5,0. Úpravou pôdnej reakcie vápnením sa upravujú podmienky pre lepší príjem fosforu rastlinami. Z hľadiska primeranej rozpustnosti fosforečnanov by sa mala hodnota udržiavať medzi 6,0 – 7,0.
Obrázok 1 Vplyv Al a Fe v kyslom prostredí a Ca v alkalickom prostredí na prístupnosť fosforu (Kováčik, et al.,2001)
Bakterie v sluzbach agronomickej praxe 2
Významný je vplyv hodnoty pH na prijateľnosť mikroelementov. S výnimkou molybdénu, prístupnosť mikroelementov sa zvyšuje so znižovaním hodnoty pH. Úpravou pH vápnením sa toxické účinky znížením ich rozpustnosti eliminujú.
Vplyv hnojív na hodnotu pH pôdy
Hnojivá, najmä priemyselné, zasahujú do chemických procesov v pôde a ovplyvňujú koncentráciu vodíkových iónov. Väčšina hnojív sú neutrálne alebo vo vodnom roztoku slabo zásadité soli. Rastliny obyčajne prijímajú katiónovú alebo aniónovú zložku molekuly hnojiva, prípadne obidve. Neprijatý alebo pomalšie prijímaný ión vyvoláva tzv. fyziologickú kyslosť, keďže reaguje v pôdnom roztoku za vzniku kyseliny. Na výmenných reakciách sa podieľajú najmä draselné hnojivá, uvoľňovaním vápnika zo sorpčného komplexu podľa rovnice:
[SK]Ca2+ + 2 KCl ––––> [SK]K+ + CaCl2
                          K+
Chlorid vápenatý je rozpustný vo vode, čím sa odvápňuje ornica a zvyšuje koncentrácia vodíkových iónov. Pri mikrobiálnej oxidácií (nitrifikácií)NH4+ v pôde sa tvoria vodíkové ióny.
V niektorých krajinách sa aplikuje z dusíkatých hnojív bezvodý čpavok (fyziologicky kyslé hnojivo). Kvapalný amoniak zapravený pod tlakom do pôdy sa mení na plyn, ktorý reaguje s vodu nachádzajúcou sa v pôde a vytvára sa hydroxid amónny. Po aplikácii kvapalného čpavku sa behom 10-15 dní zvýši hodnota pH pôdy o 2 až 3 jednotky (NH4+ ióny sú pútané a OH- ióny dočasne zvyšujú hodnotu pH). Postupne je však amónny dusík v procese nitrifikácie premenený, pričom sa hodnota pH zníži ešte viac ako bol pôvodný stav pred aplikáciou bezvodého čpavku.

Vápnenie pôd

Vápnenie pôd malo u nás bohatú tradíciu. Napriek tomu sa pozoruje zhoršovanie pôdnej reakcie v pôdach s nižšou prírodnou zásobou vápnika ako dôsledok najmä vyššej spotreby N hnojív, kyslých dažďov ale aj spotreby Ca rastlinami. Vápenaté hnojivá sú alkalicky pôsobiace látky. Oxidové formy na rozdiel od uhličitanových sú chemicky reaktívnejšie, pri kontakte s vodou sa menia na hydroxidy, ktoré neutralizujú organické i anorganické kyseliny a vápnik po disociácii Ca(OH)2 sa vymieňa za H+ ióny sorpčného komplexu. Úprava pôdnej reakcie sa realizuje vápnením. V priemere v osevnom postupe sa podľa rôznych autorov  za rok úrodami odoberá 40-80 kg.ha-1 CaO (pri zeleninách je odber vyšší napr. hlávková kapusta úrodou 80 t.ha-1 odčerpá do 400 kg.ha-1 Ca), organickými hnojivami sa uhradí 10-15 kg.ha-1CaO a straty sa pohybujú v rozsahu 80-350 kg.ha-1. Ročné straty CaO sa pohybujú na úrovni 140-400 kg.ha-1 (priemerne 280kg.ha-1). Z toho vyplýva nevyhnutnosť opakovaného, pravidelného vápnenia, najmä keď je obsah uhličitanov v pôde nižší ako 0,3%.
Použitím vápenatých hnojív na kyslých pôdach dochádza k nárastu počtu baktérií a aktinomycét a k redukcii počtu mikroskopických húb, čo sa odrazí aj na intenzívnejšej respirácii pôdnych mikroorganizmov. Vápnenie s prídavkom ľahko rozložiteľných organických látok pozitívne ovplyvňuje početné zastúpenie nitrogénnej baktérie Azotobacter chroococcum.
Predmetom výskumu a overovania v súčasnosti vo výžive rastlín nie je len určovanie dávok makroelementov a niekoľkých mikroelementov resp. utramikroelementov, resp. určovanie termínov a foriem ich aplikácie a ich kombinácií, ale aj sledovanie vplyvu humínových a fulvo preparátov, aminokyselín chelátotvorných látok, rôznych pôdnych pomocných látok, rastových stimulátorov a rozmanitých mikrobiálnych látok ovplyvňujúcich biologickú fixáciu vzdušného dusíka a podobne.
Biologické pútanie molekulového dusíka má v poľnohospodárstve veľký význam. Výskumu a praktickej aplikácii bakteriálnych prípravkov na zvýšenie viazania N2 sa venuje veľká pozornosť v ázijských krajinách, na Strednom východe, v Japonsku ale aj v Európe. Pozornosť sa venuje  overovaniu vplyvu pôdnych prípravkov na jednotlivé tržné plodiny. V podmienkach SR sa v poľnohospodárskej praxi už niekoľko rokov tieto prípravky využívajú a zároveň sa hľadajú ich nové možnosti uplatnenia.  S overovaním agronomickej účinnosti bakteriálnych prípravkov sa začalo intenzívnejšie koncom 90-tych rokov na Katedre agrochémie a výživy rastlín. Fecenko a Pollák testovali účinnosť hnojiva AZOTER na 4 modelových plodinách (kukurica siata, slnečnica, repka ozimná a jarný jačmeň).
Dlhoročnými pokusmi a sledovaniami s aplikáciou AZOTERu pri úprave nevhodnej pôdnej reakcii a nevhodných biologických vlastnostiach pôdy sa potvrdilo, že vápnenie spolu s aplikáciou prípravku AZOTER má priaznivý vplyv na zlepšenie nielen fyzikálnych a chemických vlastností, ale pozitívne ovplyvňuje aj obnovenie biologickej aktivity pôdy, čo v konečnom dôsledku prispieva ku zvyšovaniu pôdnej úrodnosti.
AZOTER svojim pôsobením v pôde, za predpokladu vhodných vlhkostných a teplotných podmienok nasyntetizuje dostatočné množstvo dusíka a sprístupní potrebné množstvo fosforu, ktoré postačuje pokryť potreby pestovaných plodín nielen v počiatočných štádiách rastu, ale aj v neskoršom štádiu vegetácie pestovaných plodín, čo môže viesť k výraznej úspore klasických dusíkatých a fosforečných priemyselných hnojív.
Keďže baktérie nachádzajúce sa v prípravku AZOTER pôsobia  neutrálne, prostredie v ktorom sa udomácnia postupne upravujú na hodnotu neutrálnej pôdnej reakcie.
AZOTER obsahuje tri druhy kmeňov baktérií, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu pri udržiavaní a obnove biologických vlastností a produktivity pôdy. Podieľajú sa na asymbiotickej fixácii vzdušného dusíka, podporujú rozkladné procesy organickej hmoty v pôde, napomáhajú sprístupňovaniu dôležitých makrobiógenných prvkov v pôde z nerozpustných foriem na formy prístupné. AZOTER je z  toxikologického hľadiska látka neškodná a svojim zložením neohrozuje životné prostredie.
Azotobacter chroococcum (prísný aerobný heterotrof) baktéria podieľajúca sa na asymbiotickej fixácii vzdušného dusíka. Vyžaduje prevzdušnené a  primerane vlhké pôdy s drobnohrudkovitou štruktúrou, s neutrálnou až slabo alkalickou pôdnou reakciou. Veľmi intenzívne sa rozmnožuje po aplikácii ľahko rozložiteľných organických látok (slama  obilnín, pozberové zvyšky, slamnatý maštaľný hnoj, materiály s vyšším obsahom celulózy). Azotobacter chroococcum produkuje vitamíny skupiny B, kyselinu nikotínovú a pantoténovú, biotín, heteroauxín a giberelín a ak sa nachádza pri semenách pestovaných plodín, uvedené látky stimulujú ich klíčenie a rast. Významný je i antagonistický vzťah Azotobactera k niektorým patogénom, najmä zástupcov rodov Fusarium, Alternaria a Penicillium spôsobujúcich vážne hubové ochorenia. Tým napomáha v raste a vývoji mladým rastlinám.
Azospirillum braziliense – aerobná, mikroaerofilná, pohyblivá  baktéria podieľajúca sa na asymbiotickej fixácii vzdušného dusíka, ktorá znáša teploty nad 30 °C (optimálna rastová teplota sa pohybuje v intervale 34 °C – 37 °C),čo je pozitívne z hľadiska viazania vzdušného dusíka v letnom období.
Bacterium megatherium –  aerobná baktéria, zučastňuje na sa rozkladných procesoch zložitejších organických látok v pôde na jednoduchšie zložky a podieľa sa na syntéze polysacharidov, napomáha k sprístupňovaniu dôležitých makrobiógenných prvkov v pôde (napr. P) z nerozpustných foriem na prístupné formy pre koreňový systém rastliny.
V porovnaní s ostatnými mikrobiálnymi hnojivami na báze baktérií obsahuje AZOTER najvyššiu hustotu zárodkov, 109 – 149 zárodkov v 1 ml. Aplikačná dávka AZOTERu na hektár činí 10 litrov, vzhľadom na vysokú koncentráciu baktérií obsiahnutých v hnojive sa po aplikácii AZOTERu výrazne zvýši množstvo bakteriálnej mikroflóry v pôde.
   Obsah celkového fosforu v pôdach Slovenska je v porovnaní s obsahmi N, K, Ca i Mg najnižší (0,03 – 0,2%). Podstatná časť fosforu (92 – 99%) nachádzajúceho sa pôde je pre rastliny neprijateľná. Len 1 -8% z celkovej zásoby P dokážu rastliny využiť pre tvorbu úrod. Sprístupňovanie fosforu do vodorozpustnej formy sa v pôde uskutočňuje aj biologickou cestou. Dobrá biochemická aktivita mikroflóry  pozitívne   ovplyvňuje uvoľňovanie fosforu z ťažko rozpustných zlúčenín.
AZOTER v jednom mililitri obsahuje stámilióny baktérií rodu Bacterium megatherium, ktoré sa aktívne podieľajú na rozklade organickej hmoty v pôde, podporujú predovšetkým rozklad organických zlúčenín fosforu nachádzajúcich sa v pôdnom profile, čo v konečnom dôsledku spôsobuje tvorbu zlúčenín fosforu prijateľných pre rastliny.
Prípravok AZOTER obsahuje okrem uvedených baktérií aj vo vode rozpustnú celulózu. Azotobacter chroococcum a Azospirillum braziliense sa podieľajú na asymbiotickej fixácii vzdušného dusíka, sprístupňujú ho pre rastliny, Bacterium megatherium na druhej strane sa podieľa na sprístupňovaní fosforu. Pomocou týchto procesov v kombinácií s prítomnou celulózou rýchlo narastá počet baktérií prítomných v pôde rozkladajúcich celulózu. Tieto baktérie urýchlia proces rozkladu pôdnej organickej hmoty a pozberových zvyškov. Aktuálnym  sa teda stáva využitie stimulačného efektu AZOTERu pri urýchlení rozkladných procesov pri pozberových zvyškoch (slama obilnín, repky, kukurice), pretože niektoré plodiny po zbere hlavného produktu zanechávajú na poli veľké množstvo pozberových zvyškov lignocelulózového charakteru, so širokým pomerom C:N.
Racionálne hnojenie poľnohospodárskych plodín predpokladá komplexný prístup, vyváženosť a proporcionalitu všetkých výživárskych vstupov. Akékoľvek hnojenie, ktoré neprispeje k harmonizácii živinového stavu pôdy a rastlín  s úrovňou ostatných produkčných faktorov stanovišťa je nežiadúcim ekonomickým plytvaním s možným negatívnym dopadom na úrodu, zdravotný stav porastov a rovnako aj na životné prostredie.
Zoznam použitej literatúry je k dispozícii u autora.