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

Wiemy, że w środowisku naturalnym żyją nie tylko organizmy odpowiedzialne za rozwój chorób i szkodniki ale także te korzystnie oddziaływujące na rośliny uprawne, które są sprzeymierzeńcami rolnika. O niektórych wiemy coś więcej bo je widzimy (np. ptaki owadożerne) ale wielu nie dostrzegamy i nie wiemy czemu służą. W kolejnych audycjach zaprezentujemy, jakie organizmy stanowią ten oręż wspierający działanie rolnika i ogrodnika.

Kiedy w 1946 r. wynaleziono i zastosowano na szeroką skalę DDT oraz inne chemiczne środki ochrony roślin, wydawało się, że skończyły się problemy z chorobami i szkodnikami występującymi na uprawach. Szybko okazało się jednak, jak złudne były to nadzieje. Po erze optymizmu (1946-1962) przyszła era zwątpienia (1962-1976) kiedy zauważono wiele niekorzystnych następstw nadmiernego i nieracjonalnego stosowania pestycydów. Wycofano wówczas z użycia wiele śOR, ktore kumulowały się w środowisku. Później (1976 - ...) nastąpiła era integrowania metod biologicznych, fizycznych i chemicznych, których celem było ograniczenie do minimum niekorzystnych następst stosowania pestycydów (nabywania odporności patogenów na chemiczne środki ochrony roślin) i utrzymanie korzyści wynikajacych z ich stosowania. W ostatnich dziesięcioleciach do wspomnianych metod dołączyły techniki genetyczne. Pojawiły się też nowe trendy - wzrosło zapotrzebowanie rynku na produkty rolnicze wolne od chemii. Nowe oczekiwania konsumentów zwróciły uwagę na możliwość regulowania poziomu chorób i szkodników roślin przy udziale wrogów naturalnych, istniejących w przyrodzie. Tak dzieje sie np. dzisiaj w szklarniach, gdzie z powodzeniem stosuje sie do zwalczania mączlika lub przędziorków organizmy drapieżne, dzięki czemu można zrezygnować nieraz z kilkunastu oprysków w czasie wegetacji. Podobnie można działać w warunkach polowych, gdzie takich naturalnych drapieżców jest wielu, trzeba tylko je poznać i umieć wykorzystać, stwarzając dogodne warunki do życia.

Każdy żywy organizm ma swoich wrogów naturalnych. Walka biologiczna i korzystanie z zasobów jakie oferują inne organizmy, to w środowisku przyrodniczym najbardziej rozpowszechniona forma przejawiania się życia. Redukcja biologiczna sięga często 90% populacji. Mimo, iż z eliminacja naturalną organizmów mamy często do czynienia, jest ona prawie niezauważalna gdyż zwykle zachodzi bez naszego udziału.

Rolnicy i ogrodnicy, częściej niż inne osoby, są świadomi funkcjonowania mechanizmów regulacyjnych, jakie występują w warunkach naturalnych. Zwykle jednak patrzą na swoje uprawy przez pryzmat możliwych strat plonów, jakie niosą ze sobą szkodniki upraw i zamiast wspierać organizmy pożyteczne, bardzo często ulegają schematom kreowanym w podręcznikach i wnoszą do środowiska trucizny stwarzające nowe problemy.

Wnikliwy obserwator przyrody i rozsądnie działający producent zauważy, że w konkretnych warunkach środowiska w dużym nasileniu występują tylko pojedyncze szkodniki. Często progi ekonomicznej szkodliwości nie są przekraczane lub szkodniki wyłamują się spod kontroli tylko z jednej strony pola, na jego obrzeżu lub w środku. Zatem warto poznać te sposoby ochrony i metody regulacji, dzięki którym naturalni wrogowie szkodników będą miały korzystne warunki do swojego rozwoju i pełniej będą się włączać w naturalną redukcję agrofagów.

Dzisiaj nie ulega wątpliwości, że potrzebna jest pełniejsza wiedza na temat zespołu czynników umożliwiających produkcję żywności najwyższej jakości, niezaŹleżnie od przyjętego stopnia intensyfikacji produkcji. Zwykle, kiedy mówimy o owej intensyfikacji, myślimy wyłącznie o intensyfikacji technicznej lub chemicznej. Pomijamy natomiast jej formę biologiczną, która z racji dużego zróżŹnicowania organizmów w środowisku kryje w sobie ogromny potencjał. Dzisiaj nieco szerzej omówimy funkcję mikroorganizmów glebowych.

Jak powiedzieliśmy w poprzedniej audycji organizmy glebowe biorą udział w przemianach materii organicznej. W proces ten zaangażowane są zarówno mikroorganizmy glebowe (bakterie, promieniowce, grzyby, pierwotniaki ale też wyżej uorganizowane (makrofauna): nicienie, dżdżownice, krocionogi, mrówki i larwy owadów.

Szczególna rola glebotwórcza mikroorganizmów sprowadza się do tego, że:

• rozkładając i mineralizując substancje organiczne umożliwiają obieg pierwiastków (C, N, S, Fe, i in.), budujących organizmy żywe,
• biorą udział w wietrzeniu minerałów poprzez wytwarzanie kwasów organicznych i nieorganicznych (powodują rozkład związków mineralnych - potasowych, wapniowych, magnezowych, krzemowych, żelazowych),
• przeprowadzając wiele reakcji biochemicznych, uwalniają do podłoża proste związki pobierane przez rośliny,
• uczestniczą w tworzeniu związków humusowych, decydujących o żyzności gleby.

Mikrorganizmy czynnie uczestniczą w rozkładzie celulozy, hemicelulozy, skrobi i ligniny, czyli związków bardzo trudno rozkładalnych. Cała celuloza, wprowadzona do gleby z resztkami roślinnymi, ulega rozkładowi mikrobiologicznemu w ciągu kilku miesięcy. Jest to zjawisko bardzo pożyteczne gdyż ulegają zmineralizowaniu duże ilości substancji organicznej w glebie. Przy rozkładzie celulozy powstają: CO2, H2O, glukoza, śluzy koloidalne, substancje galaretowe zawierające kwasy uronowe i barwniki uczestniczące w tworzeniu próchnicy i kształtowaniu struktury gleby. Zawartość hemicelulozy w tkankach roślinnych sięga 30%. Część hemicelulozy przekształca się w glebie w kwasy huminowe. Tylko nieliczne mikroorganizmy glebowe mają zdolność rozkładania ligniny (10-25% suchej masy roślin). Czynią to m.in. wolnożyjace bakterie Azotobacter wychwytujące azot z powietrza glebowego i antagonistyczne grzyby z rodzaju Trichoderma sp.

Mikroorganizmy uczestniczą w tworzeniu właściwej struktury gleby poprzez:

• wytwarzanie przez bakterie i grzyby mikoryzowe śluzowych, "lepkich" metabolitów,
• spajanie małych cząstek gleby (gruzełek) w większe agregaty przez strzępki grzybów i promieniowców,
• tworzenie warunków do rozwoju mikroorganizmów tlenowych i korzeni roślin zwiększając przewietrzanie gleby.

Mikroorganizmy glebowe biorą czynny udział w obiegu pierwiastków w środowisku. Zaangażowane są w przemiany i rozkład substancji organicznej, w tym:

• Obieg węgla (w procesie tym uczestniczy Makrofauna glebowa, głównie dżdżownice, nicienie krocionogi, mrówki i larwy owadów oraz Mikroorganizmy: bakterie, archeony, grzyby, pierwotniaki;
• Obieg składników pokarmowych (makropierwiastki, mikroelementy i pierwiastki śladowe).

Przemiany azotu

Azot jest pierwiastkiem, który wpływa na tempo procesów zachodzących w ekosystemach: produkcję i rozkład biomasy. Jego obieg oraz dostępność dla organizmów są w dużej mierze uzależnione od mikroorganizmów. To one przeprowadzają większość reakcji, składających się na przemiany azotu i zapewniają niewyczerpalność tego pierwiastka. Odpowiedzialne są za to bakterie symbiotyczne współżyjące z roślinami motylkowatymi m.in. Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium (wiążą one łącznie 200-500 kg N/1ha/rok) i nie wchodzące w symbiozę - tzw. bakterie wolnożyjące (beztlenowe - Clostridium, bezwzględnie tlenowe - Azotobacter, Azospirillum tlenowe - Azomonas, Bacillus, Achromobacter, względnie tlenowe - Arthrobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Flavobacterium) wiążą 1-50 kg N/ha/rok. Związany przez mikroorganizmy azot ma znaczenie plonotwórcze dla roślin motylkowych, a także dla roślin następczych. 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.

Mikroorganizmy glebowe uczestniczą także w przemianach fosforu, potasu, siarki, żelaza, manganu i wielu innych mikroelementów oraz pierwiastków śladowych. Wszystkie są potrzebne roślinom do budowania ich masy a także wytwarzania substancji regulacyjnych: enzymów i hormonów. Możemy więc powiedzieć, że uczestniczą w "odżywianiu gleby". Wiele z tych pierwiastków tworzy formy bardzo trudno lub wcale nierozpuszczalne w wodzie (a więc niedostępne dla roślin). Mikroorganizmy mają zdolność uwalnianiu tych składników pokarmowych, przez co wspomagają wzrost roślin.

Proces ten dokonuje się przez udostępnianie składników pokarmowych o czym mówiliśmy wcześniej (Azot, Fosfor, Potas, Żelazo, Siarka i in.) oraz produkcję substancji wspomagających kiełkowanie, poprawiających ukorzenianie i stymulujących wzrost roślin (Fitohormony: Auksyny Gibereliny Cytokininy).

Detoksykacja gleb odbywa się poprzez:

• Kumulowanie w biologicznych strukturach metali ciężkich i pierwiastków promieniotwórczych;
• Transformacje metali ciężkich (transformacja ta dokonuje się na drodze: 1 - utleniania lub redukcji form nieorganicznych; 2 - konwersji metali do form organicznych lub odwrotnej przemiany form organicznych w nieorganiczne.

Jak wiadomo duże znaczenie w tempie i kierunku mikrobiologicznych przemian pestycydów odgrywa: typ gleby, temperatura, odczyn, natlenienie, wilgotność, toksyczność i struktura chemiczna pestycydu oraz ilość i jakość mikroorganizmów obecnych w glebie. Mikrobiologiczny rozkład pestycydów może zachodzić w wyniku:

• Reakcji enzymatycznych - mikroorganizmy wykorzystują pestycydy jako źródło węgla, azotu i energii (szybki rozkład) lub oddziaływują na nie w sposób przypadkowych transformacji przy udziale enzymów pozakomórkowych (rozkład powolny);
• Reakcji nieenzymatycznych - w wyniku zmiany pH środowiska przez metabolity drobnoustrojów lub poprzez produkowanie związków, które wchodzą w interakcje z pestycydami.

Większość mikroorganizmów środowiska glebowego uważana jest za mikroorganizmy pożyteczne dla roślin ze względu na:

1. współżycie z korzeniami roślin (np. grzyby mykoryzowe, bakterie symbiotyczne),
2. rozkład glebowej materii organicznej i zwiększenie dostępności podstawowych składników pokarmowych dla roślin,
3. uodparnianie roślin uprawnych poprzez udostępnianie im naturalnych antybiotyków, substancji hormonalnych i wzrostowych produkowanych przez grzyby i inne mikroorganizmy,
4. pasożytowanie na mikroorganizmach chorobotwórczych lub ograniczanie ich wzrostu poprzez inne rodzaje interakcji, takie jak konkurencja o niszę ekologiczną i składniki odżywcze czy produkcja toksycznych metabolitów,
5. wykazywanie antagonistycznej aktywności w stosunku do nicieni pasożytniczych (taką aktywność ma około 8 % bakterii ryzosferowych, m.in. Agrobacterium radiobacter, Bacillus subtilis i Pseudomonas spp); stwierdzono bezpośredni wpływ bakterii na: wykluwanie się jaj i ruchliwość nicieni oraz zmiany w wydzielinach korzeniowych zmniejszających atrakcyjność dla nicieni.

Mikroorganizmy mogą wpływać na zdrowotność roślin poprzez:

• Stymulację wzrostu roślin - udostępnianie niektórych związków odżywczych (np. poprzez bakterie fosforowe, wolno żyjące asymilatory azotu), wydzielanie regulatorów wzrostu (etylenu, giberelin, auksyn i cytokinin, co powoduje m.in. zwiększony rozwój korzeni bocznych i włośników), stymulację wzrostu grzybów mikoryzowych, zmniejszanie wrażliwości roślin na metale ciężkie, polepszanie struktury gleby dzięki produkcji dużej ilości polimerów;
• Antybiozę (antybiotyki wydzielane do gleby przez mikroorganizmy mogą hamować rozwój niektórych patogenów roślin lub mikroorganizmów szkodliwych);
• Konkurencję o pokarm w tym np. konkurencję o węgiel (np. między patogenicznymi i nie patogenicznymi szczepami Fusarium oxysporum), i konkurencję o jony żelaza ("dobre" bakterie konkurują z patogenami, np. w warunkach niedoboru żelaza - niektóre mikroorganizmy wytwarzają w tym celu siderofory, chelatory o wysokim powinowactwie do jonów żelaza, które są dostępne dla mikroorganizmów i roślin posiadających receptory dla tych związków);
• Indukcję odporności systemicznej typu ISR w roślinach. ISR jest fizjologicznym stanem organizmu roślinnego charakteryzującym się zwiększoną opornością na patogeny. Mikroorganizmy odpowiedzialne za ten typ oddziaływania wywołują zmiany strukturalne w tkankach roślin (doprowadzają do wzrostu zawartości kallozy, lignin i związków fenolowych w ścianach komórkowych epidermy oraz w przestrzeniach międzykomórkowych), przyczyniają się do wzrostu ekspresji genów "stresowych" i wzrostu zawartości enzymów ważnych w obronie roślin przed patogenami (chitynazy, peroksydazy, oksydazy polifenolowej; zwiększona produkcja fito aleksyn);
• Aktywność lityczną - wiele rodzajów bakterii rosnących w glebie wydziela enzymy lityczne, np. degradujące chitynę i rozkładające ściany komórkowe grzybowych patogenów roślin. Posiada zdolność pasożytowania strzępek i form przetrwalnych (np. sklerocjów) i hamowania wzrostu grzybów. Podobnie działają grzyby antagonistyczne z rodzaju Trichoderma sp. i Giocladium sp. (ich działanie prowadzi do całkowitej lub częściowej degradacji komórek Rhizoctonia).

Z tego co powiedziałem wcześniej wynika, że wysoka bioróżnorodność organizmów glebowych zwiększa rolniczą produkcyjność gleb. Najbardziej zróżnicowany zespół mikroorganizmów posiada gleba bogata w humus (próchnicę). Wzrost i rozwój roślin w dużej mierze zależy od aktywności tych mikroorganizmów. Skoro są one tak ważne, to powinniśmy o nie zabiegać i stwarzać im korzystne warunki do życia.

Jak dbać o bioróżnorodność i żyzność gleby

Duże znaczenie w utrzymaniu życia glebowego na wysokim poziomie ma:

• ograniczenie w uprawie gleb orki, szczególnie na glebach lekkich,
• zwiększenie różnorodność gatunków uprawianych roślin poprzez uprawę poplonów i międzyplonów (płodozmian powinien uwzględniać kwestie ochrony roślin przed szkodnikami i pozostawianie dużej ilości resztek pożniwnych),
• ważna jest także stała obecność roślin okrywowych oraz ściółkowanie (zapobiega erozji i przyczynia się do zatrzymywania ciepła, zabezpieczenia wilgotności) i przykrycie gleby resztkami organicznymi o odpowiednim stopniu rozkładu (źródło składników odżywczych, czynnik poprawiający strukturę gleby),
• ważne jest cykliczne nawożenie nawozami organicznymi i stosowanie nawozów mineralnych wieloskładnikowych),
• preferowanie w ochronie roślin środków biologicznych,
• dbałość o zagospodarowanie obrzeży i granic pól (żywopłoty, pasy trawy w otulinie),
• utrzymanie mozaiki wielu ekosystemów i siedlisk różnych gatunków roślin i zwierząt.

Co szkodzi mikroorganizmom glebowym?

• Długoletnia, intensywna uprawa w monokulturze;
• Niewłaściwa agrotechnika - częsta uprawa, głęboka orka, nadmierne zagęszczenie gleby przez ciężkie maszyny rolnicze;
• Zbyt intensywne nawożenie i chemizacja rolnictwa;
• Zbyt intensywne nawożenie i chemizacja rolnictwa;
• Niewłaściwe zmianowanie;
• Brak nawożenia organicznego (obornik, komposty, nawozy zielone).