Jak wzbogacają glebę w azot

Źródło: wiescirolnicze.pl

Rośliny bobowate (np. groch, fasola, lucerna, koniczyna, soja) współżyją z bakteriami brodawkowymi z rodzaju Rhizobium, które mają zdolność biologicznego wiązania azotu, wyróżniając się tym spośród innych gatunków uprawnych.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Na czym polega symbioza roślin bobowatych z bakteriami?

Rośliny strączkowe tworzą wyspecjalizowane brodawki korzeniowe, w których bakterie Rhizobium przekształcają azot atmosferyczny N₂ w amoniak, formę przyswajalną przez rośliny. Bakterie Rhizobium wnikają do korzeni roślin bobowatych przez włośniki korzeniowe. W miejscu infekcji powstają brodawki korzeniowe, w których bytują bakterie. Symbioza organizmów żywych polega na tym, że organizmy czerpią korzyści od siebie nawzajem. W tym przypadku roślina dostarcza bakteriom produktów fotosyntezy (cukrów) jako źródła energii, natomiast bakterie w zamian przekształcają azot atmosferyczny (N₂) w amoniak (NH₃), który następnie jest przekształcany w związki azotowe (np. aminokwasy) wykorzystywane przez roślinę. Jest to jeden z najważniejszych procesów biologicznych w przyrodzie, umożliwiający przekształcanie azotu atmosferycznego w formy przyswajalne dla roślin.

Specyficzne szczepy dla różnych gatunków roślin

Każda roślina bobowata wchodzi w symbiozę ze specyficznym szczepem bakterii Rhizobium. Obecność tego konkretnego szczepu w glebie jest niezbędna dla prawidłowego przebiegu wiązania azotu atmosferycznego. Rośliny bobowate, które są najbardziej popularne w uprawie (groch, fasola, łubiny) mają większą skuteczność w zawiązywaniu brodawek korzeniowych, ponieważ polskie gleby są zasiedlone przez liczne bakterie specyficzne dla tych gatunków roślin bobowatych. Jeśli natomiast rozpoczynamy na danym polu uprawę, a w jego historii od lat nie były uprawiane rośliny z rodziny bobowatych, to warto zastosować zaprawę/szczepionkę bakteryjną, zawierającą specyficzne dla danej rośliny szczepy bakteryjne, która wspomoże proces symbiozy. Najczęściej dodatkowego zaprawiania nasion wymaga soja, która jest stosunkowo nową rośliną na polskich polach, a specyficzny dla niej szczep nie występuje naturalnie w polskich glebach. Warto przy wyborze szczepionki bakteryjnej sprawdzić, czy zawiera ona szczep bakterii specyficzny dla rośliny, którą chcemy uprawiać. Poniższa tabela przedstawia przykładowe szczepy bakterii dla poszczególnych roślin bobowatych:

Czynniki wpływające na skuteczność wiązania azotu

Proces wiązania azotu w warunkach polowych jest zależny od wielu czynników. Większość z nich możemy regulować przy pomocy praktyk agrotechnicznych. Po zastosowaniu szczepionki bakteryjnej zawierającej specyficzny szczep bakteryjny, należy zadbać o odpowiedni odczyn gleby. Bakterie brodawkowe są bardzo wrażliwe na kwaśny odczyn gleby, co objawia się pogorszeniem zawiązywania brodawek. Dla prawidłowego przebiegu symbiozy odczyn gleby powinien być obojętny lub lekko kwaśny (pH 6,0-7,0). Kolejnym ważnym czynnikiem jest dostępność składników mineralnych, szczególnie fosforu, który jest niezbędny do przemian energetycznych, a także molibdenu, żelaza, biorących udział w procesie przekształcania azotu. Dla poprawy skuteczności wiązania azotu ważne jest też zachowanie odpowiedniej struktury gleby. Gleba powinna być przewiewna i niezbyt zbita, tak aby umożliwić  prawidłowe oddychanie korzeni i bakterii. Niekorzystnym czynnikiem, hamującym proces wiązania azotu jest susza. Umiarkowana, stała wilgotność gleby sprzyja rozwojowi brodawek korzeniowych. Jeśli chodzi o temperaturę gleby, to optymalna temperatura to około 20-25oC. Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura również ogranicza aktywność bakterii. Często mówimy o możliwości ograniczenia syntetycznego nawożenia azotowego w uprawie roślin bobowatych, ale warto podkreślić, że nadmiar azotu może wręcz hamować tworzenie brodawek korzeniowych, ponieważ roślina, której dostarczamy azot ze źródeł zewnętrznych nie potrzebuje symbiozy. Najlepsze brodawkowanie odnotowuje się przy niskiej zawartości azotu mineralnego w glebie.

Znaczenie ekologiczne i rolnicze

Proces wiązania azotu stanowi podstawę zrównoważonego rolnictwa, oferując naturalną alternatywę dla syntetycznych nawozów azotowych, których produkcja jest energochłonna i niekorzystna dla środowiska. Rośliny strączkowe mają fundamentalne znaczenie dla zrównoważonego zarządzania azotem w rolnictwie, stanowiąc naturalne, odnawialne źródło azotu dzięki precyzyjnie regulowanym mechanizmom symbiotycznym. Dodatkowo, odgrywają istotną rolę w płodozmianie, poprawie żyzności gleby i funkcjonowaniu ekosystemów, co sprawia, że mają one kluczowe znaczenie dla agroekologicznych i klimatycznie inteligentnych systemów rolniczych. Po obumarciu roślin lub ich części azot pozostaje w glebie i może być wykorzystany przez inne rośliny. Dlatego najkorzystniej po roślinie bobowatej w płodozmianie planować rośliny najbardziej wymagające np. pszenica ozima. Rośliny bobowate w zależności od gatunku mogą związać od ok. 50 do nawet 300 kg azotu (N) na 1 ha w ciągu sezonu. Taka ilość azotu może zastąpić znaczną część nawożenia mineralnego.

Włączenie roślin bobowatych do systemów upraw przynosi korzyści agronomiczne, środowiskowe i ekonomiczne, a postępy w biologii molekularnej i biotechnologii zapowiadają dalszy wzrost wydajności.