Dużo mówi się o rosnących kosztach nawożenia roślin. Z drugiej strony słyszymy o zapasach pierwiastków w glebie, w tym fosforu, które można wykorzystać i tym samym ograniczyć koszty nawożenia. Skąd producent ma mieć wiedzę, czy w glebie na jego plantacjach są zapasy fosforu?

Oskar Maziarka: Aby odpowiedzieć na to pytanie należy przeanalizować występowanie tego pierwiastka w glebie. Całkowita zawartość fosforu w glebach waha się od 50 do 3000 mg P/kg.  Największa jego ilość znajduje się w przypowierzchniowych warstwach gleby. Fosfor występuje zarówno w związkach organicznych, jak i mineralnych. Organiczne związki fosforu znajdują się w próchnicy, fitynie, fosfolipidach i kwasach nukleinowych, a ich ilość, w zależności od rodzaju gleby, wynosi od 15 do 80% fosforu całkowitego. Aby fosfor w związkach organicznych mógł zostać pobrany przez roślinę konieczne jest jego przekształcenie w formę mineralną przy udziale mikroorganizmów glebowych z wykorzystaniem enzymu – fosfatazy.

Oskar Maziarka z laboratorium Agro Smart Lab wyjaśnia, jak zwiększyć przydatność dla roślin niedostępnych form fosforu (fot. arch. ASL)

W przypadku mineralnych form fosforu, sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana. Ze względu na przydatność dla roślin, wśród mineralnych (nieorganicznych) związków fosforu w glebie, wyróżnić możemy dwie podstawowe formy w jakich występuje: dostępną (dzielącą się na aktywną i ruchomą) oraz zapasową, obejmującą mineralne związki fosforu trudnodostępne lub niedostępne dla roślin.

BiofeldBiofeld

Forma aktywna to jony fosforanowe występujące w roztworze glebowym, które pobierane są bezpośrednio przez korzenie roślin. Do formy ruchomej należą nieorganiczne związki fosforu rozpuszczalne w wodzie i słabych kwasach, takie jak bezpostaciowe fosforany glinu i żelaza czy wodorofosforany wapnia i magnezu. Zawartość formy aktywnej i ruchomej stanowi pulę dostępnego fosforu, która może być bez większych problemów wykorzystana przez roślinę. Formę dostępną oznacza się podczas standardowych analiz wykonywanych w laboratoriach chemicznych. Zazwyczaj, dla metody ogrodniczej (uniwersalnej), prawidłowy przedział zawartości powinien wynosić pomiędzy 40 a 70 mg/dm3. Ilość tej formy zależy w dużej mierze od odczynu gleby, największa biodostępność fosforu uwidacznia się w glebach o odczynie wahającym się od 6 do 7. Ponadto, dostępność fosforu zależy od występowania rozpuszczalnych form glinu, żelaza, manganu, magnezu i wapnia (ich wysoka zawartości obniżać będzie dostępność fosforu), a także od temperatury, wilgotności oraz działalności mikroorganizmów.

Rozumiem, że tą mineralną formę zapasową można „przekształcić”, aby była bardziej dostępna dla  roślin? To w tym przypadku plantator może wykonać pewne działania?

Oskar Maziarka: Tak, fosfor z mineralnych, zapasowych form można przekształcić i udostępnić roślinom. Aby lepiej zrozumieć zagadnienie wyjaśnię skąd biorą się te zapasy. Pomimo spadku użycia nawozów fosforowych w ostatnim dziesięcioleciu bilans fosforu w Polsce jest dodatni, a średnia roczna nadwyżka wynosi około 3 kg /ha. Oznacza to, że nadal wnosimy więcej fosforu niż roślina jest w stanie pobrać. W przeciwieństwie na przykład do azotu stosowanego w formie saletrzanej, wniesiony i niewykorzystany fosfor ulega bardzo ograniczonemu wymywaniu w głąb profilu glebowego. Straty tego pierwiastka w glebie są niewielkie. Tworzą się związki chemiczne, które unieruchamiają fosfor w wierzchniej warstwie gleby, powodując jego odkładanie się w mineralnych, trudnodostępnych lub nieprzyswajalnych przez rośliny formach. Taka sytuacja najczęściej pojawia się w glebach o nieodpowiednim odczynie i powoduje, że tylko część fosforu pochodząca z nawozów jest wykorzystywana przez roślinę. W kwaśnym środowisku powstają głównie trudnodostępne lub niedostępne dla roślin fosforany glinu i żelaza, a w środowisku zasadowym przeważają fosforany wapnia i magnezu. Zjawisko przemiany dostępnych dla roślin mineralnych form fosforu w nieprzyswajalne związki zwane jest procesem starzenia lub uwsteczniania i powoduje powstanie zapasów mineralnych tego pierwiastka. Zjawisko uwsteczniania związków fosforu powoduje, że wniesiony do gleby wraz z nawozami fosfor w formie przyswajalnej dla roślin może bardzo szybko przejść do formy, której roślina nie jest w stanie pobrać lub wymaga od niej dużego nakładu energii w celu pozyskania fosforu z takiego źródła. 

W jaki sposób można w praktyce udostępnić fosfor z zapasów?

Oskar Maziarka: Z pomocą przychodzą korzystne mikroorganizmy udostępniające ten pierwiastek z zapasowych, potencjalnie dostępnych form znajdujących się w glebie. Środowisko glebowe zasiedlone jest przez zróżnicowane gatunki mikroorganizmów, w przeliczeniu na 1 g może znajdować się tam nawet miliard bakterii. Drobnoustroje glebowe odgrywają główną rolę w mineralizacji materii organicznej, powstawaniu humusu glebowego, ograniczeniu rozwoju patogenów i udostępnianiu roślinom składników odżywczych. Z punktu widzenia odżywiania roślin fosforem największą przydatność wykazują mikroorganizmy z grupy PSM (ang. Phosphate Solubilizing Microorganisms – Mikroorganizmy Rozpuszczające Fosforany), wśród nich znajdują się bakterie, które najwydajniej uruchamiają fosfor z zapasów mineralnych. Określane są one skrótem PSB (ang. Phosphate Solubilizing Bacteria – Bakterie Rozpuszczające Fosforany). W glebach populacja tych bakterii jest bardzo zróżnicowana i zależy od czynników abiotycznych – środowiskowych (temperatura, wilgotność, nasłonecznienie, odczyn gleby, warunki redox, dostępność danej formy fosforu) i biotycznych – ekologicznych (m.in. zależności między mikroorganizmami, np. konkurencja lub symbioza). Bakterie z grupy PSB, podobnie jak rośliny, pobierają fosfor, gdyż bierze on udział we wszystkich ich procesach życiowych. W procesie mikrobiologicznych przemian fosfor uwalniany jest w ilościach przekraczających zapotrzebowanie na ten składnik przez bakterie, dlatego też znacząca jego część może być wykorzystana przez rośliny. Najczęściej izolowanymi bakteriami PSB są mikroorganizmy należące do rodzaju: Bacillus (najczęściej Bacillus megaterium), Pseudomonas, Enterobacter, Arthrobacter, Aerobacter.

Kiedy zastosować preparaty mikrobiologiczne uwalniające fosfor z zapasów?

Oskar Maziarka: Podstawową kwestią jest sprawdzenie zasobności gleby w dostępny dla roślin fosfor. Jeżeli wynik analizy wskazuje na prawidłową lub wysoką zawartość dostępnych form tego składnika, to wnoszenie nawozów lub mikroorganizmów udostępniających fosfor z zapasów mineralnych nie ma uzasadnienia. Kolejnym ważnym czynnikiem weryfikacyjnym jest określenie ilości fosforu, która może być uwolniona przez odpowiednie mikroorganizmy. Zastosowanie mikrobiologii w sytuacji, gdy zapasy mineralne fosforu w glebie są niewielkie, nie ma uzasadnienia. Niestety, obecnie producenci rolni nie mają możliwości zweryfikowania zasobności gleb w zapasowe, potencjalnie dostępne formy fosforu. Z tego względu firma Agro Smart Lab wprowadziła badania umożliwiające określenie puli zapasowych, potencjalnie dostępnych form fosforu, które znajdują się w mineralnych związkach chemicznych niedostępnych dla roślin, lecz stosunkowo łatwo rozpuszczanych przez odpowiednie szczepy bakterii PSB. Metoda ma za zadanie wspomóc producentów podczas podejmowania decyzji o ograniczeniu nawożenia mineralnego na rzecz zastosowania dostępnych na rynku produktów mikrobiologicznych, przeznaczonych do uruchamiania zapasów fosforu z gleby. W trakcie stosowania preparatów należy zwrócić uwagę na temperaturę. Udostępnianie tego pierwiastka przez mikroorganizmy wymaga czasu, zwłaszcza gdy wprowadzimy je do gleby w miesiącach z niską średnią dobową temperaturą, ponieważ bakterie te zaczynają aktywnie rozkładać mineralne formy fosforu gdy temperatura przekroczy 5oC, a ich skuteczność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Warto również pamiętać, że bakterie do życia potrzebują węgla organicznego, który mogą pozyskać z próchnicy lub/oraz z wydzielin korzeniowych produkowanych przez rośliny. Zatem efektywność uwalniania fosforu z zapasów mineralnych będzie związana z dostępnością węgla organicznego. Na glebach o niskiej zawartości próchnicy, skuteczność uwalniania fosforu będzie niższa niż na glebach o wysokim udziale próchnicy. Podobnie sytuacja ma się w przypadku braku roślinności – efektywność uwalniania fosforu może być niższa niż na stanowiskach gdzie prowadzona będzie uprawa. Należy zwrócić uwagę na fakt, że jeżeli zastosujemy preparaty pod korzenie roślin, to uwalnianie fosforu nastąpi w obrębie ryzosfery, a nie w każdym miejscu na stanowisku. Może minąć kilka sezonów zanim w odpowiedni sposób zasiedlimy glebę mikroorganizmami, które będą w stanie podnieść zasobność dostępnych form fosforu.

Kiedy producent już wie, że stosowanie bakterii PSB jest zasadne, jak ma dokonać wyboru co do konkretnego szczepu? Jakie produkty może użyć?

Oskar Maziarka: Konsorcjum drobnoustrojów powinno być dobierane w ten sposób, aby mikroorganizmy były ze sobą kompatybilne i posiadały zdolność do rozpuszczania właściwych związków fosforu w glebie. Na podstawie analizy gleby jesteśmy w stanie stwierdzić z jakim typem zapasowej, potencjalnie dostępnej formy fosforu mamy do czynienia. Przykładowo, gdy analiza wykazała wysoki odczyn pH oraz wysoką zawartość wapnia założyć można, że mineralne zapasy fosforu w przeważającej części związane będą z tym pierwiastkiem. Powinniśmy wówczas zdecydować się na szczep, który „specjalizuje” się w rozpuszczaniu fosforanów wapnia.

Bakterie PSB to aeroby – organizmy wymagające tlenu do życia. Jego niedobór powoduje, że ich aktywność maleje, a długotrwały brak tlenu może prowadzić do ich wymierania. Na ten problem należy zwrócić uwagę szczególnie na glebach ciężkich, gdzie panować mogą niekorzystne stosunki wodno-powietrzne.  Kolejnym istotnym czynnikiem środowiska jest woda. Jej brak powoduje obniżenie aktywności mikroorganizmów. Natomiast obfite nawodnienie lub silne deszcze mogą spowodować, że część mikroorganizm ulegnie wymyciu poza obręb systemu korzeniowego i stanie się nieprzydatna. Problem może pojawiać się szczególnie na lekkich, przepuszczalnych glebach, które ubogie są w minerały ograniczające przepuszczalność. Niektórzy producenci stosują nośniki mineralne, które dzięki swoim właściwościom korzystnie wpływają na aktywność mikroorganizmów. Ciekawym rozwiązaniem wydaje się zaszczepienie drobnoustrojów na nośniku klinoptylolitowym przed ich aplikacją do gleby. Klinoptylololit to minerał z grupy zeolitów, charakteryzuje się bardzo dużą porowatością oraz ogromną powierzchnię właściwą, dlatego jest świetnym nośnikiem mikroorganizmów. Minerał posiada sieć kanałów i porów, w których bakterie odnajdują preferowane siedlisko i są częściowo chronione przed czynnikami środowiskowymi. W porach może gromadzić się woda, z której bakteria skorzysta w trakcie niedoborów. W przypadku nadmiernej ilości wody i deficytu tlenu bakterie mogą korzystać z pęcherzyków powietrza znajdujących się wewnątrz tego minerału.

Rozmawiała Dorota Łabanowska-Bury