Składnikiem mikrobiomu gleby mogą być również i organizmy szkodliwe, m.in. patogeny roślin. Wśród czynników determinujących populacje makro- i mikroorganizmów występujących w glebie na podkreślenie zasługują: zawartość próchnicy, pojemność wodna, odczyn, nawożenie, płodozmian i różnego rodzaju zanieczyszczenia pochodzenia antropologicznego, zwłaszcza z zakładów przemysłowych: z hut, cementowni czy kopalni. Glebę zalicza się do najważniejszych zasobów przyrody, dzięki której produkuje się żywność dla ludzi i paszę dla zwierząt.
Jakość użytków rolnych w Polsce jest niższa niż w większości krajów europejskich, co wynika z ich zakwaszenia oraz dużego udziału gleb lekkich, zawierających mało próchnicy. Intensywna uprawa roślin w wielu rejonach kraju powoduje spadek żyzności gleb związany ze zmniejszeniem bioróżnorodności, nagromadzeniem mikroorganizmów szkodliwych i pozostałości pestycydów oraz innych substancji szkodliwych.
W celu uzyskania wysokich plonów, zarówno pod względem ilościowym jak i jakościowym, gleba musi odznaczać się odpowiednią żyznością.
Wyróżnia się kilka rodzajów żyzności gleb, a najważniejsze to żyzność naturalna, agrotechniczna i nabyta. Żyzność naturalna jest efektem procesu glebotwórczego i zależy od zawartości w glebie m.in. koloidów glebowych, związków mineralnych, próchnicy, mikroorganizmów glebowych. Jest ona ściśle związana z typem gleby, a także z krajobrazem i naturalnymi zbiorowiskami roślinnymi. Żyzność agrotechniczna jest wynikiem działalności człowieka, może być zwiększana przez odpowiednie nawożenie, wapnowanie, uprawę, stosowanie płodozmianu i melioracji. Negatywny wpływ na żyzność gleby ma jej przesuszenie, niewłaściwa agrotechnika i brak płodozmianu. Żyzność nabyta to żyzność wytworzona przez człowieka na utworach, które jej nie posiadały Dotyczy to głównie rekultywacji hałd i wyrobisk pogórniczych oraz innych miejsc, gdzie człowiek „pomaga” skałom i zwietrzelinom stać się glebą.
Degradacja gleb najczęściej przejawia się w pogorszeniu, bądź utracie ich zdolności do pełnienia określonych funkcji. Najbardziej widocznymi objawami degradacji są: pogorszenie właściwości fizycznych, w tym zmiana stosunków wodnych przez niewłaściwe systemy melioracyjne, erozja wodna i wietrzna, pogorszenie właściwości biologicznych, w tym zmniejszenie bioróżnorodności, zmniejszenie zawartości i jakości próchnicy oraz niekorzystne dla roślin zmiany właściwości chemicznych polegające na zakwaszeniu, nadmiernej alkalizacji lub zanieczyszczeniu gleb substancjami chemicznymi. Skutki degradacji gleb objawiają się najczęściej spadkiem ich żyzności, co często jest przyczyną obniżenia plonowania roślin. W większości przypadków gleby całkowicie zdegradowane są mało przydatne dla produkcji roślin.
Wysoka zawartość próchnicy w glebach jest czynnikiem stabilizującym ich strukturę i zmniejszającym skutki degradacji w wyniku erozji oraz wpływającym dodatnio na fizyczną jakość gleb. Intensywne użytkowanie gleb w połączeniu z ograniczonym stosowaniem płodozmianu, a także częstą uprawą roślin zbożowych może prowadzić do spadku zawartości próchnicy. Średnia zawartość materii organicznej w glebach Polski wynosi 2,2%. Wg Komisji Europejskiej spadek SO< 3,5% w naszej części kontynentu oznacza już początki pustynnienia. Nagromadzeniu próchnicy i bioróżnorodności gleb sprzyja stosowanie obornika i nawozów organicznych, w tym bionawozów wzbogacanych pożytecznymi mikroorganizmami. Uwzględniając zasady „Dobrej Praktyki Rolniczej” oraz Wspólną Politykę Rolną Unii Europejskiej, należy rekomendować stosowanie zmianowania wzbogacającego glebę w materię organiczną, z zastosowaniem roślin bobowatych grubo- i drobnonasiennych, traw i wsiewek pamiętając o optymalnym odczynie gleb. Racjonalne wykorzystanie resztek pożniwnych może także wzbogacać glebę w próchnicę. Zabiegi uprawowe mają jednak niewielki wpływ na zwiększenie zawartości próchnicy w glebie, ale zmniejszają mineralizację materii organicznej, erozję wodną, a także polepszają fizyczne i biologiczne właściwości gleby, co skutkuje wzrostem efektywności produkcji roślinnej.
Zakwaszenie gleb powoduje szereg ujemnych skutków, wyrażających się zmniejszeniem ich żyzności, a co za tym idzie produktywności, ograniczeniem dostępności mineralnych składników pokarmowych dla roślin oraz obniżeniem zdolności buforowych i odporności na procesy prowadzące do degradacji. Szkodliwe są także nawozy azotowe stosowane w nadmiarze oraz emisje kwasotwórczych zanieczyszczeń powietrza związkami siarki, które wraz z deszczem opadają na ziemię. W celu eliminacji zakwaszenia gleby należy ją wapnować.
Gleba należy do skomplikowanych środowisk naturalnych, w których rozwijają się drobnoustroje. Uważa się, że stanowią one około 0,2% ciężaru gleby i zajmują 1,33% jej objętości. W wierzchniej warstwie gleby, na powierzchni jednego hektara, znajduje się od 1,5 tony do 7 ton biomasy, w tym bakterii, grzybów, glonów i pierwotniaków. Mikroorganizmy kumulują się głównie w górnej warstwie gleby oraz wokół korzeni roślin. Większość z nich pełni pozytywną rolę w środowisku glebowym, biorąc udział w tworzeniu struktury gleby, rozkładzie materii organicznej, uruchamianiu nieprzyswajalnych form składników pokarmowych, wiązaniu toksycznych substancji (metali ciężkich, rtęci, arsenu, kobaltu, cynku), w procesie detoksykacji gleb, a także ochronie systemu korzeniowego przed patogenami i stymulacji wzrostu roślin poprzez produkcję i wydzielanie enzymów i hormonów roślinnych.
Najwięcej mikroorganizmów znajduje się w ryzosferze, w tym grzyby z rodzaju: Penicillum, Aspergillus, Trichoderma, Candida oraz bakterie: Bacillus, Azotobacter, Pseudomonas, Agrobacterium i promieniowce: Streptomyces, Actinomyces i Nocardia. Warto wspomnieć, że nie tylko w glebie, ale w organizmie każdego człowieka żyje 2 kg bakterii. Dlatego są one tak ważne, ponieważ bez nich niemożliwe byłoby życie na ziemi.
Istotną funkcją mikroorganizmów glebowych jest ich udział w tworzeniu próchnicy. Zapewnienie ciągłości przemian próchnicy jest możliwe przy wysokiej ich aktywności pod warunkiem stałego dostarczania do niej świeżej materii organicznej.
Jak przedstawiono powyżej gleba składa się z części mineralnych, organicznych i mikroorganizmów ją zasiedlających. Zachodzi w niej wiele reakcji chemicznych i biochemicznych, określanych jako katabolizm gleby. Szacuje się, że mikroorganizmy odpowiadają w 90% za przebieg procesów katabolicznych w glebie. Mikroorganizmy występujące w glebie można podzielić na dwie grupy: autochtoniczne – typowe dla środowiska glebowego, występujące zawsze nawet w glebach nieuprawianych i allotechniczne, które bytują w glebie okresowo i rozwijają się po wprowadzeniu do gleby substancji organicznej. Źródłem jej mogą być odchody zwierząt i ludzi, ścieki bytowo-gospodarcze, obornik, komposty roślinne i inne. Do autochtonów należą m.in. bakterie z rodzajów: Bacillus, Micrococcus, Bacteroides, Azotobacter, Pseudomonas, Clostridium i inne. Do bakterii allotechnicznych należą bakterie z rodzajów: Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Escherichia .
Bakterie biorą aktywny udział w przemianach węgla i azotu. Do tej grupy należą m.in. Bacillus subtilis, Clostridium sp., Proteus sp., Nitrobacter, Rhizobium. Natomiast w uruchamianiu fosforu uczestniczą bakterie z rodzajów: Pseudomonas, Bacillus, Phyllobacterium oraz grzyby glebowe z rodzajów: Penicillum, Aspergillus, Streptomyces i inne. Mikroorganizmy są wykorzystywane także w oczyszczaniu środowiska w tzw. procesie bioremediacji. Rozkładają one substancje szkodliwe do mniej szkodliwych, nietoksycznych dla roślin i środowiska, względnie całkowicie je eliminując. Bioremediacja znalazła największe zastosowanie w przypadku likwidacji skażeń gruntów i wód podziemnych. W przypadku trwałych toksycznych zanieczyszczeń dużą aktywność wykazują także grzyby mikoryzowe. Unieczynniają one zanieczyszczenia pochodzące z rolnictwa, m.in. ze środków ochrony roślin. Podobną do nich rolę spełniają niektóre bakterie z rodzaju Pseudomonas spp, które rozkładają w glebie toksyczne związki ropopochodne.
Pozytywną rolę bakterii i grzybów mikoryzowych wykazano w 3-letnich doświadczeniach na roślinach truskawki odmiany Marmolada prowadzonych przez Zakład Mikrobiologii i Ryzosfery Instytutu Ogrodnictwa-PIB w Skierniewicach, w ramach projektu: „Opracowanie technologii innowacyjnych nawozów mineralnych wzbogaconych mikrobiologicznie” Akronim: BIO-FERTIL. Innowacyjne bionawozy wzbogacone mikrobiologicznie opracowano poprzez połączenie Mocznika, Polifoski 6 i Super Fos Daru 40 z nośnikami organicznymi oraz pożytecznymi mikroorganizmami o działaniu stymulującym wzrost i plonowanie roślin oraz ochronnym. Wysokiej jakości nośniki organiczne umożliwiły utrzymanie wysokiej liczebności i przeżywalności pożytecznych mikroorganizmów w bionawozach. Natomiast pożyteczne mikroorganizmy zgromadzone w SYMBIO BANK-u Instytutu Ogrodnictwa – PIB w Skierniewicach oraz nowe gatunki wyizolowane z ryzosfery roślin truskawki posłużyły do mikrobiologicznego wzbogacenia nawozów mineralnych.
Doświadczenia na roślinach truskawki odmiany Marmolada prowadzono w Sadzie Doświadczalnym Instytutu Ogrodnictwa – PIB w Dąbrowicach oraz na Polu Doświadczalnym SGGW w Skierniewicach, gdzie rośliny rosły w cylindrach wzrostowych (ceramicznych kontenerach), przy zastosowaniu optymalnej dawki nawadniania kropelkowego (100% dawki wody) i w warunkach stresu suszy (50% dawki wody). W doświadczeniu stosowano nawozy mineralne wzbogacone mikrobiologicznie w dawkach 100% i 60%. Kontrole stanowiło standardowe nawożenie NPK oraz nawożenie NPK zastosowane łącznie z bakteriami i aplikacja NPK z grzybami strzępkowymi. W doświadczeniu aplikowano także same pożyteczne mikroorganizmy (bakterie i grzyby), bez nawożenia mineralnego. Kombinację kontrolną stanowiły rośliny bez nawożenia. Mocznik wzbogacono mikrobiologicznie szczepami grzybów strzępkowych (Aspergillus niger, Purpureocillium lilacinum), a nawozy fosforowe Polifoska 6 i Super Fos Dar 40 bakteriami z rodzaju Bacillus (Bacillus sp., Bacillus amyloliquefaciens, Paenibacillus polymyxa).
W pierwszym roku po posadzeniu roślin (2018) nie oceniano ich plonowania ponieważ, dla lepszego ich wzrostu, usunięto wszystkie kwiatostany. Wiosną każdego roku, na przełomie kwietnia i maja, stosowano doglebowo same pożyteczne bakterie z rodzaju Bacillus stanowiące konsorcjum szczepów bakterii, w tym Bacillus amyloliquefaciens i Paenibacillus polymixa oraz konsorcjum grzybów strzępkowych: Aspergillus niger i Purpureocillium lilacinum. Trzyletnie doświadczenia polowe wykazały, iż pod wpływem samych bakterii, plon roślin truskawki zwiększył się o 40 %, a pod wpływem grzybów strzępkowych o 60%. W porównaniu do kontroli nawożonej standardowymi dawkami NPK, Mocznik, Polifoska 6 i Super Fos Dar 40 wzbogacone mikrobiologicznie, w dawkach 60%, również istotnie zwiększały plonowanie roślin truskawki.
W porównaniu do kontroli, aplikacja szczepów bakterii i grzybów strzępkowych wpłynęła na zwiększenie owocowania roślin truskawki. Po zastosowaniu nawozów mineralnych wzbogaconych mikrobiologicznie w dawce 60%, odnotowano wyższe plony, w porównaniu do roślin kontrolnych. Uzyskano również korzystny wpływ szczepów bakterii i grzybów na masę i jakość owoców roślin truskawki. Aplikacja pożytecznych mikroorganizmów wpłynęła także na przyrost masy jednego owocu, szczególnie przy zmniejszonych dawkach nawozów.
Badania prowadzone w kontenerach wykazały, że mikroorganizmy, a szczególnie grzyby strzępkowe ograniczały negatywny wpływ niedoboru wody na wielkość i jakość uzyskanego plonu, zwłaszcza w porównaniu do standardowego nawożenia mineralnego NPK. Nawozy NPK wzbogacone grzybami strzępkowymi zwiększały istotnie wielkość plonu roślin rosnących w warunkach niedoboru wody. Podobną zależność zaobserwowano po zastosowaniu nawozów: mocznika w dawce 100% z dodatkiem grzybów strzępkowych oraz nawozu Super Fos Dar 40 w dawce 60%, wzbogaconego pożytecznymi bakteriami. Lepszy wpływ stosowania bionawozów uzyskano u roślin rosnących w kontenerach o niższym poziomie nawadniania niż u roślin rosnących w kontenerach z nawodnieniem optymalnym.
Dzięki zastosowaniu pożytecznych mikroorganizmów i bionawozów wzbogaconych mikrobiologicznie uzyskano większe i lepszej jakości plony roślin truskawki, o walorach prozdrowotnych, a także poprawę bio-fizyko-chemicznych właściwości gleby. Zaś nadmierne stosowanie nawozów mineralnych może powodować, szkodliwe dla roślin, dodatkowe zasolenie gleby.
Z przeprowadzonej analizy wyników doświadczenia polowego i kontenerowego na roślinach truskawki wynika, iż warto stosować nawozy mineralne wzbogacone mikrobiologicznie, zarówno z punku widzenia producenta tych owoców jak i konsumenta, któremu dzięki bionawozom wzbogaconym mikrobiologicznie możemy zagwarantować owoce wysokiej jakości. Wyniki doświadczeń wskazują, że nawozy mineralne wzbogacone mikrobiologicznie są całkowicie bezpieczne, wysoce skuteczne i ekonomicznie opłacalne w uprawie roślin truskawki.
Zwiększenie efektywności pobierania i przyswajania składników odżywczych z bionawozów poprzez zastosowanie pożytecznych mikroorganizmów przyczyni się do poprawy wielkości i jakości plonów oraz ograniczenia stosowania nawozów mineralnych i innych chemicznych środków produkcji roślin. W związku z tym, warto stosować na większą skalę, niż dotychczas, nawozy mineralne wzbogacone mikrobiologicznie stymulujące wzrost i plonowanie roślin ogrodniczych.
Prof. dr hab. Lidia Sas-Paszt – Instytut Ogrodnictwa – PIB w Skierniewicach
