Organizmy pożyteczne w gospodarstwie ekologicznym i ogrodzie przydomowym (pełnione funkcje i sposoby ochrony)

Wiemy, że glebę może zasiedlać wiele grup organizmów. Wiedza o tych najmniejszych - mikroorganizamch jest znikoma. Jeszcze mniej wiemy o tych pożytecznych, które w dużej części odpowiadają za udane plony i wysoką wartość biologiczną żywności. Dzisiaj zwrócę uwagę na różne grupy bakterii glebowych i możliwoścaich ich wykorzystania w rolnictwie ekologicznym.

Udział bakterii w odżywianiu gleby dokonuje się poprzez dostarczenie glebie i rosnącym w niej roślinom związków azotowych - wychwyconych z powietrza glebowego, związków fosforowych oraz innych makroelementów i szeregu mikroelementów uwalnianych z form trudno rozpuszczalnych. Szczególną rolę w odżywianiu roślin odgrywa azot. Wiemy, że w powietrzu atmosferycznym jest go 78%, czyli możemy powiedzie, że wszystkie istoty żywe są w nim zanurzone. Niemniej rośliny nie potrafią wykorzystywać azotu cząsteczkowego i musi on zostać udostępniony im przez mikroorganizmy glebowe. To one regulują obieg tego pierwiastka w naturze i przeprowadzają większość reakcji odpowiedzialnych za odżywienie roślin. Tak naprawdę mikroorganizmy zapewniają niewyczerpalność tego pierwiastka.

Za wiązanie azotu atmosferycznego odpowiedzialne są bakterie symbiotyczne - współżyjące z roślinami motylkowatymi m.in. Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium. Na korzeniach roślin tworzą one brodawki zawierające przekształcone bakterie - bakteroidy. Są one w stanie zaabsorbować 100-500 kg N/1ha/rok. Związany azot ma znaczenie plonotwórcze dla roślin motylkowych, ale także dla roślin następczych. Trzeba wiedzieć, że bakterie wiążą azot głównie dla rośliny rosnącej w glebie ubogiej w azot. W praktyce prowadzi się selekcję najaktywniejszych szczepów Rhizobium i Bradyrhizobium, z których produkuje się szczepionki dostępne na rynku, dostosowane do różnych roślin motylkowych.

Wiązanie azotu atmosferycznego dokonuje się także przez bakterie żyjące w glebie w sposób wolny - niesymbiotyczny, którym potrzeba do rozwoju jedynie materii organicznej. Jest wiele grup tych bakterii, jedne funkcjonują w warunkach tlenowych (Azomonas, Bacillus, Achromobacter), inne - beztlenowych (Clostridium), a jeszcze inne: względnie tlenowych (Arthrobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Flavobacterium) lub bezwzględnie tlenowych (Azotobacter, Azospirillum).

Zależnie od warunków panujących w środowisku i rodzaju bakterii wiążą one od 1-50 kg N/ha/rok. W rolnictwie ekologicznym dbamy o tą grupę bakterii m.in. przez prawidłowy płodozmian (uprawę poplonów i roślin pozostawiających po sobie dużo resztek pożniwnych) i cykliczne nawożenie organiczne. W handlu dostępne są szczepionki, które nadają się do stosowania w przypadku roślin niemotylkowych.

Udostępnianie roślinom fosforu dokonuje się dwoma drogami. W uruchomieniu tego pierwiastka z połączeń organicznych biorą udział bakterie: Pseudomonas sp., Bacillus subtilis, Burkholderia cenocepacia, Rhizobium, Serratia, Citrobacter, Proteus, zaś w uruchomieniu fosforu z połączeń nieorganicznych: Achromobacter, Arhrobacter, Bacillus, Pseudomonas, SerratiaEscherichia, Serratia, Nostoc, Aspergillus, Penicillium.

Jak wiadomo większość naszych gleb uprawnych jest uboga w potas mineralny, który może być w tej formie pobierany przez rośliny. Dlatego tak ważną rolę w jego przemianach mikrobiologicznych odgrywają te obecne w strefie przykorzeniowej, które mają zdolność rozpuszczania związków potasu i udostępniania go roślinom (m.in. z rodzaju Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus).

Siarka w warunkach glebowych ma postać związków organicznych i mineralnych. W glebach o dużej zawartości próchnicy siarka w związkach organicznych stanowi od 60-90% siarki ogółem. Mineralne związki siarki to: siarkowodór, siarka, tiosiarczan sodu, cyjanosiarczek amonu i in. Przemiany siarki w glebie dokonują się, podobnie jak przemiany forsforu, dwiema drogami. W udostępnianiu siarki ze zwiazków organicznych uczestniczą bakterie z rodzajów: Achromobacter, Pseudomonas, Serratia, Bacillus, Proteus oraz grzyby Aspergillus. W przemianach mineralnych związków siarki zaangażowane są: bakterie siarkowe (-tionowe - Thiobacillus), siarkowodorowe (z rodzajów: Beggiatoa, Thiothrix, Thioploca) i fotosyntetyzujące.

Także przemiany żelaza w glebie - utlenianie i redukcja dokonuja się na drodze mikrobiologicznej. Proces utleniania mineralnych związków żelaza z Fe2+ do Fe3+ - przeprowadzają bakterie żelazowe (zarówno nitkowate: Leptotrix, Crenothrix, Cladotrix, jak i nienitkowate: Thiobacillus ferrooxidans, Gallionella ferriginea), zaś redukcję mineralnych związków żelaza - bakterie z rodzaju: Geobacter, Geospirillum, Geovibrio. Odgrywają one dużą rolę w odżywianiu roślin tym pierwiastkiem gdyż forma zredukowana żelaza jest bardziej przyswajalna dla roślin niż utleniona.

Jednym z ważniejszych pierwiastków dla roślin jest mangan. Występuje on w glebie w formie: rozpuszczalnego w wodzie manganu dwuwartościowego (Mn2+), wymiennego manganu dwuwartościowego (Mn2+), oraz łatwo ulegającego redukcji dwutlenku manganu (MnO2) - jest to forma łatwo przyswajalna dla roślin, oraz w postaci utlenionej (nieczynnej). Zdolność utleniania i redukcji manganu ma wiele bakterii żelazistych, np. z rodzaju Thiobacillus oraz niektóre grzyby. Redukcję manganu przeprowadzają m.in. takie drobnoustroje, jak: Geobacter matallireducens, Shewanella putrefaciens i Desulfovibrio acetoxidans. Utlenianie z Mn2+ do Mn4+ prowadzi do unieruchomienia tego pierwiastka w glebie. Zdolność taką posiadają bakterie manganowe: Leptotrix echinata, L. discophora, Metallogenium persona tum. Niski potencjał oksydoredukcyjny gleby sprzyja redukcji, a wysoki - utlenieniu manganu.

Oprócz odżywiania gleby i roślin, bakterie uczestniczą także we wspomaganiu wzrostu roślin. Proces ten dokonuje się przez produkcję substancji stymulujących wzrost: auksyn, giberelin, cytokinin, czyli fitohormonów wspomagających kiełkowanie, poprawiających ukorzenianie (m.in. przez zwiększenie rozwoju korzeni bocznych i włośników), polepszanie struktury gleby dzięki produkcji dużej ilości polimerów i stymulację wzrostu grzybów mikoryzowych (powodujących lepszy wzrost roślin).

Wspomaganie roślin we wzroście odbywa się także przez zwiększenie ich odporności na patogeny i szkodniki. Mechanizmy tego działania bakterii są bardzo różne, od konkurencji o niszę ekologiczną i składniki pokarmowe, produkcji naturalnych antybiotyków, po wytwarzanie enzymów rozkładających (lizujących) ściany komórkowe patogenów.

W tym kontekście należy wspomnieć o bardzo pożytecznej roli bakterii efektywnie zasiedlających glebę z rodzaju Pseudomonas (np. P. fluorescens, P. syringa, P. cepacia) ) i Agrobacterium (A. radiobacter), oraz takich gatunków, jak: Bacillus subtilis. Wymienione grupy bakterii wykazują także antagonistyczną aktywność w stosunku do nicieni pasożytniczych, u których stwierdzono bezpośredni wpływ na: wykluwanie się jaj i ruchliwość nicieni oraz zmiany w wydzielinach korzeniowych zmniejszających atrakcyjność dla nicieni. Na rynku dostępnych jest kilka preparatów mikrobiologicznych z wymienionymi grupami bakterii, które warto co kilka lat stosować w gospodarstwie ekologicznym.

Znamy kilkadziesiąt gatunków bakterii, które są sprawcami chorób owadów i odgrywają ważną rolę w ograniczaniu liczebności szkodników upraw. Jednakże praktyczne zastosowanie w biologicznych metodach ochrony roślin znalazło dotychczas jedynie kilka gatunków: laseczka turyngska Bacillus thuringiensis, Bacillus popilliae, B. t. lentimorbus, B. cereus, B. paratyphi i Photorhabdus luminiscens. Bakteryjne patogeny stosowane do zwalczania owadów to głównie bakterie glebowe.

Najszersze zastosowanie znalazły w ochronie roślin preparaty oparte na laseczce turyngskiej Bacillus thuringiensis, które można stosować do zwalczania gąsienic około 150 gatunków motyli. Laseczka turyngska Bacillus thuringiensis należy do bakterii przetrwalnikowych, a wytworzone przez nią zarodniki wykazują dużą żywotność, dzięki czemu oparte na niej biopreparaty zachowują swą aktywność ochronną przez kilka lat od daty produkcji. Wiele z niszczonych przez nią organizmów jest szkodnikami warzyw, roślin polowych, drzew i krzewów owocowych, a także drzew iglastych i liściastych rosnących w parkach i lasach.

Biopreparaty typu Bacillus thuringiensis zalecane są w warzywnictwie przeciw gąsienicom: blielinków (bielinka kapustnika i rzepnika), tantnisia krzyżowiaczka. W sadownictwie zaleca się je m.in. przeciw gąsienicom: wznosika doparka, namiotnika jabłoniowego, piędzika przedzimka, znamionówki tarniówki, niestrzępa głogowca, kuprówki rudnicy, prządki pierścienicy i plamca agreściaka. W uprawach polowych wykorzystuje się je do zwalczania omacnicy prosowianki.

Z kolei biopreparaty oparte na laseczce popilii japońskiej lub B. t. lentimorbus są skuteczne tylko przeciw pędrakom żukowatym i w naszych warunkach klimatycznych nie są stosowane lub mają ograniczone znaczenie. Hodowane na sztucznych pożyywkach nie zarodnikują i wobec tego są produkowane przez larwy hodowane w laboratorium. Powodują "upłynnianie" ciała owada w wyniku czego, powstaje mlecznobiała zawiesina. Trwa to jednak 3-4 tygodni. Wytworzone w ciele owada bakterie mogą pozostawać żywe w glebie nawet 20 lat.

Sposób działania

Należy mieć na uwadze, że biopreparaty bakteryjne działaja żołądkowo, a więc konieczne jest bardzo dokładne opryskiwanie chronionych roślin, aby nastapiło zatrucie szkodników podczas pobierania pokarmu. Ponieważ aktywność i żerowanie gąsienic zależy od temperatury otoczenia dlatego konieczne jest wykonywanie zabiegów w temparaturach przekraczajacych 15 °C. W temperaturze niższej gąsienice nie żerują i w wskutek tego nie spożywają odpowiedniej ilości kryształków toksyny i przetrwalników. W okresach chłodnych należy opryskiwać rośliny w południe.

O owadobójczych właściwościach preparatów bakteryjnych decyduje zawartość w nich toksycznych kryształków wytwarzanych przez laseczki bakterii. Kryształ taki ma postać rąbu i w rzeczywistości jest skoncentrowanym toksycznym białkiem. Połknięte przez gasienice kryształy ulegają rozpuszczeniu, po czym powodują najpierw paraliż jelita, następnie rozpad jego ścianek, paraliż całego ciała gąsienicy i w końcu jej śmierć.

W zależności od ilości spożytej toksyny objawy te i śmierć gąsienicy następują w kilka godzin lub kilka dni od chwili zatrucia. To tłumaczy fakt, że na roślinach opryskiwanych można jeszcze na drugi dzień po zabiegu zaobserwować żywe gąsienice, które jednak nie żerują, gdyż mają sparaliżowany przewód pokarmowy. Nie powinno to nas niepokoić gdyż śmierć ich nastąpi wkrótce i wcale nie świadczy o nieskuteczności preparatu. Dodatkowo w odchodach chorych gąsienic znajdują się żywe bakterie, które stanowią dodatkowe źródło zakażenia dla porażanych owadów.

Preparaty biologiczne stosowane do niszczenia szkodliwych gąsienic motyli nie działają na jaja motyli i na motyle dorosłe, co może chronić gatunki zalatujące sporadycznie na uprawy. Są natomiast bardzo skuteczne na młode gąsienice. Wykonanie jednego zabiegu tuż po wygryzieniu się ich z jaj pozwala na długi kontakt gąsienic z preparatem, co znacznie podnosi jego skuteczność.

Okres aktywności

Okres wysoce toksycznego działania preparatów opartych na Bacillus thuringiensis wynosi 21-25 dni. Dzięki tak długiej aktywności bakterii w większości przypadków wystarcza tylko jeden zabieg w sezonie wegetacyjnym aby zabezpieczyć rośliny przed uszkodzeniami (żeby osiągnąć ten sam skutek za pomocą chemicznych środków ochrony roślin trzeba wykonać 2 lub 3 zabiegi; insektycydy zachowują wymaganą skuteczność zwykle przez 7 dni, najwyżej - 10 dni). Co jest ważne preparaty te łatwo ulegają rozkładowi pod wpływem promieni ultrafioletowych i przy suchym powietrzu. Z tego względu biopreparaty należy koniecznie mieszać ze środkami zwilżajacymi, które wzmacniają ich przyczepność i wydłużają trwałość oraz starać się dokładnie opryskiwać dolną stronę blaszki liściowej. Jest to szczególnie ważne przy stosowaniu biopreparatów na rośliny silnie pokryte nalotem woskowym, takie jak np rośliny kapustowate.

Bezpieczeństwo stosowania

Bakteria Bacillus thuringiensis i wytwarzana przez nią endotoksyna jest całkowicie bezpieczna dla człowieka i innych ssaków, nie jest też toksyczna dla owadów pożytecznych występujacych w naturze, w tym dla owadów drapieżnych i pasożytniczych, takich jak: biedronki, złotooki, mszyczniki i kruszynki. Zachowanie przy życiu tych wrogów szkodników roślin, zmniejsza stopień porażenia roślin i tym samym ogranicza liczbę zabiegów przeciwko organizmom szkodliwym. Nie szkodzi pszczołom i nie wykazuje negatywnego działania na rośliny nawet wtedy, gdy zastosowana dawka jest trzykrotnie większa od zalecanej. Z tego względu preparaty które ją zawierają mogą być stosowane nawet w okresie kwitnienia roślin. Jest to szczególnie korzystne w przypadku drzew owocowych, gdyż intensywne żerowanie gąsienic niestrzępa głogowca, kuprówki rudnicy, niektórych gatunków zwójek i piędzika przedzimka przypada właśnie w okresie kwitnienia drzew owocowych. Co ważne preparaty te nie dają pozostałości na roślinach i w glebie. Nie zmieniają zapachu, wyglądu i smaku opryskiwanych roślin. Między innymi dlatego są one zwolnione z okresów karencji, a więc mogą być stosowane na roślinach nawet w dniu zbioru. Jak dotąd żaden ze zwalczanych szkodników nie wykształcił odporności na te biopreparaty.

Biopreparaty o specyficznym działaniu

W tej chwili bakteria Bacillus thuringiensis (Bt) jest na świecie najszerzej wykorzystywana do zwalczania gąsienic. Prace prowadzone w wielu laboratoriach doprowadziły do wyizolowania wielu szczepów, które są bardziej efektywne w swoim działaniu (szczepy kurstaki, berliner i aizawai dla gąsienic) lub rozszerzają zakres stosowania tej bakterii (wyselekcjonowano szczepy Bt do zwalczania komarów i meszek - B. t. israelensis i B. sphaericus oraz Bacillus thuringiensis tenebrionis oraz san diego do zwalczania stonki ziemniaczanej.

Ze wzgledu na to, że preparaty z bakterią Bacillus thuringiensis działają głównie na gąsienice motyli są przypadki gdy istnieje konieczność równoczesnego zwalczania innych szkodników upraw. W tym celu niektóre firmy biotechnologiczne umieszczają w swoich produktach oprócz laseczki turyngskiej także naturalne pyretryny (obecne w nektórych gatunkach złocieni) lub liofilizat czosnku. Dzięki obecnosci pyretryn preparaty te zwalczają jednocześnie oprócz gąsienic motyli także mszyce, miodówki, wciornastki, a także rośliniarki i inne szkodniki roślin. Z kolei dodanie do bakterii liofilizatu czosnku chroni ponadto uprawy przed pchełkami ziemnymi, kwieciakiem jabłoniowym, owocnicą jabłoniową i pasynkowi.

W rolnictwie konwencjonalnym preparaty mikrobiologiczne oparte na bakteriach można mieszać z większością pestycydów - należy jednak dodać, że z wyjątkiem tych, kóre mają odczyn zasadowy. Przy mieszaniu preparatów należy wówczas pamietać, że zabiegi takie podlegaja rygorom przepisów o karencjach.

Działania protekcyjne odnoszące się do pożytecznych bakterii glebowych

• Unikanie stosowania preparatów przeciwbakteryjnych o szerokim spektrum działania
• Utrzymanie gleby w dobrej kulturze rolnej - zachowanie właściwych stosunków powietrzno-wodnych
• Stałe podnoszenie zasobów próchnicy glebowej, m.in. przez bogate nawożenie organiczne
• Duże zróżnicowanie uprawianych gatunków roślin (bogaty płodozmian)
• Uprawa roślin, które sprzyjają namnażaniu się bakterii pożytecznych działających fitosanitarnie (gorczyca, facelia, łubin, owies)
• Szczepienie gleby zarodnikami przetrwalnikowymi lub żywymy kulturami pożytecznych bakterii glebowych (najlepszy sposób wzbogacania gleb polega na stosowaniu szczepionek w postaci zapraw mikrobiologicznych, którymi traktuje się nasiona przed wysiewem)