írta, szerkesztette és tördelte: Lőrincz Gergely; illusztrálta: Sirály Dóri

B A K T É R I U M T R Á G YÁ Z Á S

Baktériumtrágyázás írta, szerkesztette és tördelte: Lőrincz Gergely; illusztrálta: Sirály Dóri

Ökológiai ugrás

„fogalmuk sem volt a rothadás folyamatáról”

Herbert George Wells

Mindig erőt próbáló feladat az apró dolgok jelentőségét, vagy éppen a hatalmas rendszerek összetettségét – és abban való helyünket – megérteni. Márpedig ahhoz, hogy a baktériumokon alapuló trágyázáshoz közelebb kerüljünk, egyrészt el kell fogadnunk egy olyan láthatatlan világ létezését és teljesítményét, mint amilyen a mikroorganizmusoké, másrészt ezzel párhuzamosan ökológiai szinten kell gondolkodnunk a mezőgazdaságról, és felelősségteljes módon megállapítanunk benne saját szerepünket. Egészen addig, amíg az ember csak egy faj volt a sok közül a Földön, minden „a természet rendje” szerint zajlott. Attól a ponttól kezdve viszont, hogy populációnk megnőtt, ökológiai lábnyomunk egyre nagyobb lett, és tetteink globális léptékű hatásokat indítottak el, a helyzet megváltozott, és számos gondunk adódott. Az egyik legégetőbb ezek közül az, hogy rohamos szaporodásunkkal miként tarthat lépést a mezőgazdaság teljesítménye? Miként tud a Föld hamarosan 7 milliárd embert táplálni? E helyzet reménytelenségéből az mutathat kiutat, ha olyan újfajta és hatékony trágyázási technológiákat alkalmazunk, melyekkel úgy növeljük a teljesítményt, hogy közben a globális rendszerre is odafigyelünk. E kevés lehetőségek egyike a baktériumtrágyázás. A szervestrágyázás és a műtrágyázás, amelyek segítségével a talajba onnan hiányzó elemeket juttathatunk, mélyen benne vannak a köztudatban, így nem szorulnak magyarázatra. De vajon mit takar a baktériumtrágyázás fogalma és hogyan működik? A baktériumtrágya egy szerves, élő baktériumokból álló trágya, mellyel nem közvetlenül a növényt, hanem a talajt tápláljuk. Nem nitrogént, foszfort vagy káliumot és más tápanyagokat juttatunk a talajba, hanem olyan baktériumokat, amelyek a talajban lévő tápelemeket valamilyen módon aktiválják, és a növények számára felvehetővé alakítják. Ezen

72

módszer kialakulását egy szemléletváltás tette lehetővé. Egészen a 20. század második feléig a mezőgazdasági művelés középpontjában maga a növény állt. Ezt követően azonban a figyelem egy átfogó egységre: a növény és a talaj kapcsolatára, és ezen keresztül a talajjal való foglalkozásra terelődött. Sőt, úgy tűnik, hogy a 21. században az éghajlatváltozással párhuzamosan újabb szemléletváltás következik, és a művelés egyre inkább klímaszemléletűvé alakul át. Ez a nézőpontváltás magával hozta a talajművelési eljárások változását is. Sok más országhoz hasonlóan Magyarországon sem lehet az utóbbi évtizedben a talajművelési munkákat a korábbi tapasztalatokra alapozni és azokhoz időzíteni, hanem fel kell készülni a nem várt környezeti hatásokra. Ebben a helyzetben olyan (művelési, talajtáplálási) módszereket kell alkalmazni, amelyek eltérő viszonyok között is megállják a helyüket, csökkentik a klímakárt, a kockázatokat, és megfelelő hozamot biztosítanak. Mivel a természet emberi beavatkozás nélkül számtalanszor átvészelt szélsőséges időjárási körülményeket, magától értetődik a következetés: ezen módszereknek minél „természetesebbnek” kell lenniük, minél jobban kell harmonizálniuk a környezettel. Így alakult ki a talajvédő művelés, mely az egyre kiszámíthatatlanabb éghajlati viszonyok között még nagyobb jelentőséget kapott. A módszer egyik sarokpontja a tarló és annak kezelése. A tarló egyrészt természetes trágya, másrészt a talaj(felszín) védelmének egyik legjobb eszköze. A szerves (állati eredetű) trágyázás visszaszorulásával úgy lehet a szükséges mennyiségű szerves anyagot a földbe juttatni, ha a tarló helyben marad és megfelelő módon bedolgozásra kerül. Ráadásul a tarló beforgatási művelete során javítható a talaj szerkezete, így levegőzöttsége, és nem utolsó sorban vízkezelési képessége is. A tarló azonban önmagában nem elegen-

• 2011. február - 2011. március •

dő tápanyagforrás, ráadásul a fokozott mezőgazdasági igényekhez viszonyítva lassan bomlik el. A tápanyagpótlás és a bomlási folyamatok serkentésének összetett feladatához nyújt segítséget a baktériumtrágya. Ahhoz, hogy a baktériumtrágyázás gyakorlata miként – milyen folyamatok során és rendszerszerű ös�szefüggések keretében – fejti ki igen hasznos hatását, az alább következő tematikus blokk szolgál támpontként. Az összeállítás a baktériumok működése, a baktériumtrágyázás (gyártás, kijuttatás, működés) bemutatása mellett, azokhoz szorosan kapcsolódva három esszenciális – az élethez elengedhetetlenül szükséges – makroelem: a nitrogén, a foszfor és a kálium körforgalmát mutatja be részletesen, illusztrációkkal kísérve, miközben a mikroorganizmusok körfolyamatokban betöltött szerepére összpontosít. Köztudott, hogy ez a három elem mennyire alapvető hatással bír a mezőgazdaság mindennapjaira. Termelőként naponta kerülünk kapcsolatba a nitrogén, a foszfor és a kálium elemekkel, ezért nem árt, ha újra és újra átgondoljuk, felfrissítjük tudásunkat. Az alábbiakban részletezett körfolyamatok áttekintése ahhoz is hozzájárul, hogy megértsük, miért van elengedhetetlenül szükség a baktériumtrágyázásra – és ez a felismerés szükséges ahhoz, hogy felelősen dönthessünk a mezőgazdaság általunk képviselt jövőjéről. Ezzel összefüggésben emeljünk itt ki az SH Atlasz Ökológia című kötetének előszavában Dieter Heinrich és Manfred Hergt szerzők által feltett öt provokatív kérdés közül kettőt: „Nyitott kérdés, hogy amennyiben az egyéni felelősségérzetet sikerül fokozni, eredményez-e ez ökológiailag értelmes kollektív magatartást?” „Képesek vagyunk-e számos résztudomány sajátos eredményeit ellentmondásmentes egészként látni?” Wells sci-fi íróként ösztönszerűen érdeklődött a tudományos felfedezések iránt. A bakteriológiáért érzett rajongását tükrözi, hogy


Mi a baktériumtrágya? A baktériumtrágya egy szerves, méghozzá élő organizmusokból álló, folyékony készítmény, amely több baktériumfaj segítségével aktivizálja a talajéletet és növeli a terméshozamot. Legalábbis esetünkben ezt fedi a jelentése. Talajoltásnak is hívják, ami alapján megkülönböztetnek talaj- és magoltást. Az oltás megnevezés egy másik irányból közelíti meg a kérdést, és a magoltás esetében ez helytálló elnevezésnek tűnik. A talaj esetében ma már célszerűbb trágyázásról beszélni. A baktériumtrágya feltalálása és alkalmazása időben a szerves- és a műtrágyázás után következik. Több mint száz éve kezdtek el vele kísérletezni, keleten a 20. század közepe táján próbálkoztak vele kitartóbban, majd használata visszaszorult. Ezzel párhuzamosan hazánkban egyre nagyobb sikereket értek el vele, és az utóbbi évtizedekben fokozatosan nő a baktériumtrágyával kezelt területek nagysága. A baktériumtrágya a trágyák új típusát hozta létre, átvéve a megelőző típusok tulajdonságaiból kettőt: ezek a szerves jelleg, illetve a mesterséges előállítási mód. A jó baktériumtrágya nem attól lesz komplex készítmény, hogy egynél több baktériumfajt tartalmaz, hanem azok megfelelő kiválasztása, aránya és működése révén. Nem elegendő például egy cellulózbontó baktériumfajt baktériumtrágyaként alkalmazni, mivel az a saját anyagcsere-folyamataihoz szükséges nitrogént a növény elől fogja elvenni.

ezekről a parányi lényekről azt mondta, „az isteni bölcsesség” helyezte őket a földre. Számos munkájában ír róluk, sőt a Világok harca című regényében tulajdonképpen a baktériumok játsszák a főszerepet. A regény a baktériumok győzelmével záródik, a Földet és az emberiséget fenyegető Marslakókkal maguk a baktériumok végeznek, ők mentik meg ezt a világot. A marslakók ugyanis hiába voltak hallatlan technológiai fölényben, tudatlanságukért, mondhatni nagyképűségükért nagy árat kellett fizetniük. Róluk írja Wells, hogy „fogalmuk sem volt a rothadás folyamatáról”. Nyilván nem hallottak a tarló beforgatásáról, és a cellulózbontó baktériumokról sem, pláne a baktériumtrágyázásról. Nem is élték túl…

Ennek elkerüléséért tanácsos a cellulózbontó mellett egy nitrogénkötő baktériumfajt is kijuttatni a talajba. Ha ezeken felül az adott trágya egy másik fontos makroelem, a foszfor felvételét elősegítő baktériumfajt is tartalmaz, akkor a készítmény valóban megérdemli a komplex elnevezést. A baktériumtrágya nem csak közvetlen működése – a nitrogén-, a foszfor- vagy éppen a káliumellátás biztosítása – révén érdemli ki a komplex és a hatékony jelzőket, hanem számos közvetett hatásai miatt is. Nem egyszerűen arról van szó ugyanis, hogy a baktériumtrágya makroelemek felvételét biztosítja a növény számára, hanem arról is, hogy a talajba juttatott sok milliárd baktérium a növény helyett dolgozik! A növénynek spórol meg energiát, máskülönben annak kellene saját savkiválasztása segítségével a számára szükséges tápanyagokat a talajból előteremtenie. A jó baktériumtrágya cellulózbontó baktérium-komponensével segít elbontani a tarlót. A tarlóban benne van mindaz a tápanyag, amit a növény a talajból felvett, és amit a terméssel nem szállítottak el. Hiba volna ezt az ingyenes tápanyagforrást költségberuházással elhordani, és ezzel a földek elemkészletét jelentősen csökkenteni. Ezt a tényt természetesen korábban sem vitatták, az viszont problémát jelentett, hogy a baktériumtrágya feltalálásáig nem volt megfelelő módszer a tarló elég gyors lebontására az új vetemény előkészítéséig, illetve tévesen a nitrogén műtrágyá-

tól vártak el ennek a feladatnak a teljesítését. A baktériumtrágya környezetbarát: nem terheli a szántóföldeket, hiszen semmi mást nem csinál, mint a talajban eleve ott élő baktériumok számát növeli meg, és ezáltal hozzájárul a talaj természetes védekezőképességéhez is. Természetes körülmények között ugyanis egy területet, például egy mezőt, nem sújtanak olyan fertőzések, mint amilyeneknek a megbontott ökológiai életű termőföldön a kultúrnövények rendszerint ki vannak téve. A baktériumtrágya idő-, munka- és költségkímélő trágyázási módszer. Nem kell elhordani a tarlót, mert azt a baktériumok elbontják, és a trágyázás a tarló beforgatásával egy menetben megoldható. A nitrogént ingyen adja a talajhoz, hiszen az általa talajba került, és ott szabadon élő nitrogénkötő baktérium a légköri forrásokat felhasználva közvetít nitrogént a növények számára. A baktériumtrágya számos egyéb művelettel is – magágyelőkészítés, vetés, felülkezelés, sorközművelés – egy menetben, egyszerűen kijuttatható. Sőt, még növényvédő szerekkel együtt is alkalmazható. A baktériumtrágyák használatával a műtrágyázás mértékét csökkenteni, hatékonyságát pedig növelni lehet. A baktériumtrágyák sikerét az utóbbi években számos hazai és nemzetközi kísérletben egyértelműen bizonyították. A baktériumtrágya igazoltan aktivizálja a talajéletet, így csökkenti a kezelési költségeket és jobb terméshozamot biztosít.

Elméletben adjunk hozzá még egy dimenziót ehhez a kis pöttyhöz, gömbbé téve így, és képzeljük el, hogy ez kb. egy gramm termőtalajnak felel meg. Egy gramm átlagos termőtalajban van: – 100 millió baktérium – 16 millió sugárgomba – 100 ezer gomba – 50-100 ezer alga – 10 ezer protozoa (egysejtű állat) [Forrás: Helmeczi, 1994.]

Ha ennyi baktérium fér el 1 g talajban, mekkora lehet egy baktérium mérete? [ Válasz a szaggatott vonal mentén.]

73


A nitrogén körforgása Az ábra megtekintéséhez egyet lapozni kell.

A nitrogén jelentősége Ez a gáz halmazállapotú, légkörünk 78 %-át kitevő elem az élet elengedhetetlen összetevője. A nitrogén a fehérjéket felépítő valamennyi aminosav, továbbá a nukleinsavakat (pl. DNS, dezoxiribonukleinsav) létrehozó nukleotidok mindegyikének alkotóeleme. A nukleotidok közé tartozik az ATP (adenozintrifoszfát), mely származékaival az élő szervezetek energiatároló vegyülete. A nitrogén ezen felül a zöld növényekben található klorofill alkotója, és így a fotoszintézis első lépésének főszerepelője: a fényt nyeli el. A fény pedig a földi életet működtető, a fotoszintézis révén megkötött energia. A nitrogén tehát alapelem, amelynek hiánya a Liebing-féle minimumtörvény értelmében az elsők között korlátozhatja a növény fejlődését, ezért a tápanyag-utánpótlásban kiemelt helyen szerepel. Nem mellékes, hogy a nitrogén körforgása mikrobiológiai aspektusból is kiemelkedik a többi elem ciklusa közül, olyannyira, hogy a körfolyamat baktériumok nélkül nem is működhetne.

Nitrogén a talajban Globális szinten a talajban szerves kötésben lévő N mennyisége 100 x 109 t, míg a fixált állapotban lévőé 20 x 109 t, a mikrobák szervezetében pedig 1,5 x 109 t N van. Mindez természetesen csak töredéke az atmoszféra 390 000 x 109 tonnás készletének.

A mezőgazdasági művelés szempontjából fontos felső talajrétegben a nitrogén jelentős hányad – több mint 95 %-a, egyes vélemények szerint 99% – szerves kötésben van jelen, azaz növényi maradványokban, elhalt szervezetekben és humuszban. A növények számára felvehető szervetlen formák aránya, vagyis a nitrát és az ammónium mennyisége csupán 1–5 %. Mindenesetre azért, hogy ez a kevésnek tűnő 1-5 % előállítódjon, számos folyamat megy végbe egy végeredményben kön�nyen megérthető körfolyamatban. A folyamat középpontjában az NH4+ (NH3) és a NO3- áll, amelyek elsősorban a légköri N2 molekulákból mikroorganizmusok segítségével jöhetnek létre. Aztán e két forma valamelyikét a növények felveszik, a nitrogén végigmegy a táplálékláncon, majd a növényi és állati szervezetek elbomlása révén újra a talajba kerül, és a folyamat bezárul. Annak érdekében, hogy ezt a folyamatot átlássuk, figyelmünket a két fókuszpontba helyezett vegyületre (NH4+/NH3 és NO3-) kell irányítanunk az ábrán, hiszen minden ezek köré szerveződik.

A talaj nitrogénforrásai Ebben a részben azokat a folyamatokat vizsgáljuk meg, amelyek eredményeként a növények számára felvehető NH4+ és NO3- létrejön.

1. Biológiai nitrogénkötés

A légköri molekuláris nitrogén közvetlenül két módon kerülhet be a talajba: szabadon és

növényekkel szimbiózisban élő baktériumokon keresztül.

a) Szimbiotikus úton

A nitrogén biológiai megkötésében kiemelkedő szerepet töltenek be a pillangós növényekkel kölcsönösen előnyös kapcsolatban élő Rhizobium nemzetség fajai, melyek tipikus képviselője a Rhizobium leguminosarum. A Rhizobium fajok 0,5–0,9 μm széles, 1,2–1,3 μm hosszú, pálcika alakú, spórát nem képező, heterotróf élőlények. Ostoraik segítségével mozognak a talajban, de ebben az állapotban nem kötik meg a nitrogént. Életük meghatározott fázisában behatolnak a gyökérbe, elveszítik ostoraikat, és különböző sajátos alakzatokat, bakteroid formákat vesznek fel. A bakteroid toxinjai sejtburjánzást váltanak ki a gyökérben, melynek eredményeként szabad szemmel is látható gümők keletkeznek. A kölcsönös együttélés fejében a Rhizobiumok szerves N-vegyületeket (pl. aminosavakat) adnak a növénynek, míg a növény energiát biztosít számukra az élethez. Egyébiránt a növény azáltal is hozzájut a N-hez, hogy a bakteroidok egy részét megemészti. Ha a gazdanövény fejlődése befejeződik, a bakteroidok más alakot öltve a gümőkből visszavándorolnak a talajba. Az egyes Rhizobium fajok csak bizonyos növényekkel alkotnak közösséget, így például a borsó gyökerén csak a vele szimbionta viszonyt kialakítani képes faj él meg, és a lucerna gyökerén található nem. A Rhizobium fajok évente mintegy 50–400 kg/ha nitrogént kötnek meg, amely figyelem-

.

Az Azotobacter chroococcum egy átlagos talajbaktériumnak számít, mérete 2 – 6 μm. A példa kedvéért számoljunk egy 2 μm nagyságú Azotobacterrel. A μm a milliméter ezred része, azaz 1 μm = 0,001 mm.

2000 μm 2 mm

200 μm 0,2 mm

2 μm 0,002 mm

Ekkora tehát 1 baktérium. Pici, de sok va belőle, mégis hogyan? [ Válasz a szaggatott vonal mentén.]

Ez a vonal pontosan 2 mm vastag.

Egy vastagabb emberi hajszál 0,2 mm átmérőjű.

Ez a 2 μm nagyságú Azotobacter.

74



reméltó mennyiség. A növények termése ennek a mennyiségnek csak egy részét tartalmazza, éppen ezért kiemelten fontos a pillangósok szármaradványainak beforgatása. A Rhizobium fajokon kívül vannak levélszimbionta nitrogénkötők is, továbbá egy átmeneti csoport is létezik a szimbionta és a szabadon élő nitrogénkötők között: a Spirillum lipofernum. Ez a csoport nem képez gümőt a gyökéren, de egyéb tekintetben a Rhizobiumhoz hasonlóan működik.

b) Nem szimbiotikus úton

A szabadon élő nitrogénkötő baktériumok legjellemzőbb faja az aerob Azotobacter chroococcum. Az anaerob fajták közül a Clostridium pasteurianum számít tipikusnak. A kékalgák, vagy más néven kékbaktériumok közül a Nostoc muscorum említhető meg, amely aerob és anaerob körülmények között egyaránt megél. A kékbaktériumok az egész élővilágban a legönellátóbb szervezetek, mivel a nitrogénkötés mellett fotoszintézisre is képesek. A nem szimbiotikus módon megkötött nitrogén mennyisége természetes körülmények között évente hozzávetőlegesen 45 kg/ha (intenzív művelés során kevesebb). A nitrogénkötés mechanizmusa mind a szabadon, mind a szimbiózisban élő mikrobák esetében azonos. A légköri dinitrogén inert gáz (normál körülmények között nem lép reakcióba semmilyen anyaggal), melyet háromszoros kovalens kötés tart össze. Ebből következik, hogy a nitrogénfixáció folyamatának első lépéseként a molekuláris nitrogént a baktériumok két szabad nitrogén atomra hasítják. Ez a lépés, valamint ezt követően H2 belépésével ammónia létrehozása igen sok energiát igényel. Ezt az energiát a baktérium a környezetéből veszi fel (kivéve a kékbaktériumokat, melyek autotróf szervezetek), többek között a szakszerűen beforgatott tarlóból, melynek lebontása energiát termel. A kétatomos nitrogént ammóniává redukáló enzimrendszer, mely a szabadon és szimbiózisban élő nitrogénkötő mikrobákban szintetizálódik, a nitrogenáz. Ez a nifnek nevezett gén által szabályozott enzim játssza tehát a főszerepet – a hidrogénmolekula aktivitását biztosító hidrogenáz mellett – a N2 ammóniává való átalakításában. A nitrogenáz vasat és molibdént tartalmazó fehérjékből áll. A biológiai nitrogénkötés kutatása igen sok eredménnyel járt már eddig is és sokkal kecsegtet a jövőben is. Ez vezetett el a mag- és a talajoltás, azaz a baktériumtrágyázás feltalálásáig, melyet főként a Rhizobium és az Azotobacter törzsekkel végeznek. Lorenz Hiltner és Friedrich Nobbe már 1896-1902 között előállított Rhizobiumot tartalmazó oltóanyagot, melyet Nitragin néven hoztak forgalomba. A nitrogenáz enzim működésének feltérképezése vezette rá a kutatókat annak felismerésére, hogy a vas és molibdén elengedhetetlen a nitrogénkötés szempontjából. Ez a

felismerés például az ausztrál mezőgazdaságot forradalmasította.

2. Mobilizáció/ammonifikáció

Azt a folyamatot, melynek során a talajban található szerves maradványokat a mikroorganizmusok elbontják és eközben szervetlen vegyületeket állítanak elő, mobilizációnak nevezzük. Az elnevezés onnan ered, hogy a folyamat eredményeként a növények szempontjából szervetlen, így felvehető és mobil vegyületek jönnek létre. A folyamat ellentéte az immobilizáció. A szerves és a szervetlen anyagok megkülönböztetésén alapul az az általános elnevezés, mely ugyanezt a lebontási mechanizmust mineralizációnak (ásványosodásnak) hívja. Egyébiránt a foszfor vagy éppen a kálium körforgásához képest a nitrogén esetében a mineralizációnak van egy külön elnevezése: az ammonifikáció, mely a keletkezett vegyületből (ammónia) nevéből adódik. Ammonifikáció akkor mutatható ki, ha a C/N arány 25/1-nél kisebb. Tehát ha például 50 szénre jut 1 N, akkor a mikroorganizmusok a működésük során előállított N-t rögtön fel is veszik. Ezt a jelenséget hívjuk pentozán hatásnak. Elkerülésére igen jól alkalmazhatók nitrogénkötő baktériumokat tartalmazó baktériumtrágyák, melyek a szükséges nitrogént nem a növény elől veszik el, hanem a levegőből kötik meg. A talajban számottevő mennyiségű nitrogént tartalmazó vegyületek a fehérjék, a karbamid, a húgysav, a hippursav és a kitin. Továbbá a humusz 5–6 %-a is nitrogén. A fehérjebontók közül az egyik legelterjedtebb aerob baktérium a Bacillus cereus, míg a gombák közül az aerob Aspergillus niger. A karbamidot (latinul urea, képlete: (CO(NH2)2), mely az állati és emberi nitrogénanyagcsere vizelet útján távozó terméke, érdemes kiemelni egyrészt mennyiségi, másrészt abból a szempontból, hogy kizárólag bizonyos baktériumok (pl. Sarcina ureae) tevékenysége révén válik felhasználhatóvá a magasabb rendű növények számára. Az emberi vizeletben 2,4 % karbamid van, amelyből egyetlen ember naponta 31,5 g-ot ürít (ez kb. 15g N-nek felel meg). Azaz csak az emberiség naponta közel 200 000 – 220 000 tonna karbamidot termel, aminek 47 %-a N.

3. Deszorpció

A talaj nitrogénforrásának számítanak a talajkolloidok felületén adszorbeált (megkötött) NH4+ vegyületek, melyek a deszorpció folyamata során kicserélődnek, így eltávolodnak a felülettől és felvehetővé válnak a növények számára.

4. Feltáródás

A fixációval ellentétes folyamat, melynek eredményeként a háromrétegű agyagásványok rétegei között fixált NH4+ felszabadul. A talajban tehát az NH4+ három formában lehet meg: fixált, kicserélhető és oldott állapotban, amelyek között egyensúly áll fenn.

5. Csapadék

A csapadékban háromféle nitrogénforma található: NH4+, NO3- és NO2-. A következő utakat bejárva kerülhetnek a csapadékba: a talajból és az óceánokból (elillanással, tüzekkel); közvetlenül az atmoszférából (villámlás okozta elektromos kisüléssel, ultraibolya sugárzás általi fotokémiai reakcióval – a fotoszintézis első szakaszában ugyancsak két fotokémiai rendszer nyeli el a fényt! –, és kis mértékben meteoritok következtében); valamint ipari szennyeződésekből. A mezőgazdaság szempontjából a csapadékkal a földbe kerülő nitrogén nem számottevő (1–20 kg/ha/év), azonban a természetben ez elegendő a veszteségek pótlására (elillanás, kimosódás, denitrifikáció).

6. Szervestrágyázás

A szerves trágyák tápanyagtartalma ugyan csekély, felhasználásuk mégis szükséges és hasznos a mezőgazdaságban. Az istállótrágya, a trágyalé, a hígtrágya, a baromfitrágya, a tőzegfekáltrágya, a komposzt és a különböző zöldtrágyák közül az istállótrágyát (almos trágyát) érdemes kiemelni. A (szarvasmarha, sertés, juh, ló) istállótrágya szilárd részében, azaz a bélsárban átlagosan 80 % víz, 19 % szerves anyag és 1 % ásványi anyag található, amelyből a nitrogén mennyisége 0,3–0,7 % között mozog. A vizeletben az ásványi anyagok aránya csak kicsivel nagyobb. A szerves anyag azonban jó tápanyag a talaj mikrobáinak, továbbá maga a trágya is tartalmaz baktériumokat, a serkentőanyagok, hormonok és mikroelemek mellett. A mikroelemek pótlására – melyek kis mennyiségben, de igen fontosak a növényeknek – kiválóan megfelel a szerves trágya.

7. Baktériumtrágyázás

A baktériumtrágyák általában komplex készítmények, azaz több baktérium fajt és emellett vitaminokat, egyéb anyagokat is tartalmazhatnak. Számos készítményben megtalálható a szabadon élő nitrogénkötő, az Azotobacter chroococcum.

8. Műtrágyázás

Mivel a nitrogén mennyisége jelentősen befolyásolja a terméshozamot, a nitrogénműtrágyák használa mindig kiemelt helyen szerepelt a mezőgazdaságban, azonban túlzásba vitt adagolásuk számos problémát okozott, illetve okoz mind a mai napig. A felesleges mennyiségű nitrogén termésdepressziót, káros nitrát-felhalmozódást idéz elő, rontja egyes termények minőségét, tárolhatóságát, fogékonyabbá teszi a növényeket a gombabetegségekre, savanyítja a talajt, továbbá a talajból kimosódva szennyezi a környezetet (a természetes vizeket). A szilárd nitrogén műtrágyákat három csoportba lehet osztani: ammóniumsók (pl. ammónium-nitrát), fémnitrátok (pl. Káliumnitrát), karmabid és annak származékai. Vannak összetett (pl. ammónium-foszfátok), ke-

75


N2

N2 N2O NO NH3

16

15

10

NO3-

14

Fix. NH4+

© Sirály Dóri, Lőrincz Gergely

Vegyületek

NH3 – ammónia NH4+ – ammónium NO2- – nitrit NO3- – nitrát

76


NO – nitrogén-monoxid N2O – dinitrogén-oxid Fix. NH4+ – fixált ammónium Kics. NH4+ – kicserélhető ammónum

9

NO2-

9

4

Kics. NH4+

3

13

12


A talaj nitrogénforrásai

1. Biológiai nitrogénkötés 1/a. Szimbiotikus úton 1/b. Nem szimbiotikus úton 2. Mobilizáció/ammonifikáció 3. Deszorpció 4. Feltáródás 5. Csapadék 6. Szervestrágyázás 7. Baktériumtrágyázás 8. Műtrágyázás 9. Nitrifikáció

A talaj nitrogénveszteségei

NO35

10. Növényi tápanyagfelvétel 11. Immobilizáció 12. Adszorpció 13. Fixáció 14. Kimosódás és erózió 15. Denitrifikáció 16. Elillanás

NO2-

NH4+

6

8 7 1/a 11

2

NH3 NH4+

1/b

A nitrogén körforgása 77


vert és folyékony (pl. cseppfolyós ammónia) nitrogén műtrágyák.

9. Nitrifikáció

Miután a fentebb részletezett, közvetett vagy közvetlen módok segítségével bekerült, vagy megjelent az ammónia a talajban, azt megfelelő körülmények között a nitrifikáció folyamata során a baktériumok nitráttá oxidálják, melyet a növények felvesznek. A folyamat két szakaszban megy végbe, méghozzá szakaszonként különböző baktériumok részvételével. Az elsőben nitrit (NO2-) keletkezik pl. a Nitrosomonas europaea baktériumfaj segítségével, míg a második szakaszban pl. a Nitrobacter nemzetség winogradskyi faja a nitritet nitráttá alakítja. A két lépés gyors egymásutánban zajlik le, mivel a növények számára mérgező nitritfelhalmozódás csak elvétve alakul ki. Természetesen a nitrifikáló baktériumok nem a növények jobb tápanyagellátása érdekében végzik tevékenységüket, hanem azért, hogy energiát nyerjenek, melyet a számukra szükséges szerves anyagok előállítására fordítanak. Az ember szereti azt hinni, hogy a természet nagy ökológiai rendszerének élőlényei közösségi érdekeket tartanak szem előtt. Azonban erről szó sincs. A természet résztvevői öncélúak, csak éppen a sok autonóm érdek együttműködésre képes rendszert alakított ki. Társadalom néven az emberiség is hasonló rendszereket szeretne működtetni, változó sikerrel... A nitrifikáló baktériumok társadalmához visszatérve különbséget kell tenni a fotoszintetizálni képes fajok, amelyek a fényből nyerik az energiát, és az ún. kemoszintetizáló fajok között, melyek kémiai úton jutnak energiához. Utóbbiak az autotróf szervezetekhez képest egy ősibb típust képviselnek. Ebbe a kategóriába tartoznak a kénbaktériumok, vasbaktériumok (stb.) mellett a nitrifikáló baktériumok is. Vinogradszkij tenyésztette ki először a nitrifikáló baktériumokat 1890-ben. A nitrifikáció során sok energia keletkezik, ami azonban nem hasznosul túl gazdaságosan, hanem hő formájában felszabadul. Ez a folyamat is hozzájárul ahhoz, hogy NH3-val ellátott közegnek (pl. trágya) magasabb a hőmérséklete.

A talaj nitrogénveszteségei Ebben a részben azokat a folyamatokat vizsgáljuk meg, amelyek eredményeként az NH4+ és NO3- a növények számára felvehetetlenné válik.

10. Növényi tápanyagfelvétel

A talaj szempontjából az elsődleges nitrogénveszteség a növények tápanyagfelvétele. A kultúrnövények esetében ráadásul a termésben és sokszor (a tarló felhasználása miatt) a szárban felhalmozódó nitrogén is elkerül a termőterületről. A nitrogén a növényeken keresztül eljut a növényevő állatokhoz, majd onnan a húsevőkhöz. A mindenevő állatok és az ember több úton is hozzájuthat a nitrogénhez.

A nitrogén körfogásának összefoglalása A nitrogén körforgása során működő folyamatok egy összetett, ám mégis kön�nyen átlátható, önmagába vissza-visszatérő mechanizmust takarnak, amelyben szinte kizárólagos szerep hárul a baktériumokra. Segítségükkel valósul meg a nitrogén egyetlen természetes forrásának, a légköri nitrogénnek a megkötése. A baktériumok két úton tudják megkötni a nitrogént: szabadon, illetve szimbiózisban élve pillangós virágú növényekkel. Talajbaktériumokra van szükség ahhoz is, hogy a szerves maradványokban és a szervetlen vegyületekben kötött nitrogén mobilizálható legyen. Mindez azonban csak az első lépés, mert a fentebb említett folyamatok eredményeként először ammónia, illetve ammónia-ion jön létre. A második lépést – ezen két vegyület nitráttá alakítását, mely a növények számára felvehető elsődleges nitrogénforrás – csak a nitrifikáló baktériumok tudják elvégezni. A nitrogén növényekhez való eljuttatásában tehát nélkülözhetetlenek a talajbaktériumok, és ennek következtében rendkívül hasznos a baktériumtrágyázás.

A növények számára két nitrogénforma vehető fel, az NH4+ és az NO3-. A két forma közül az NO3- a domináns. Rosszul levegőző talajokon – tekintve, hogy a nitrifikációt aerob baktériumok végzik – az NH4+ felhalmozódhat.

11. Immobilizáció

Ez a folyamat a talaj nitrogénforrásai alatt kifejtett mobilizáció, vagy másként nevezve ammonifikáció/mineralizáció ellentéte, melynek során a szerves anyagokat lebontó szervezetek saját működésükhöz nitrogén fesznek fel.

12. Adszorpció

A talajoldat szempontjából átmeneti veszteségnek, a talaj egészét tekintve viszont tulajdonképpen inkább egyfajta raktározásnak számít az adszorbeált NH4+. Az adszorpció során az ammónium-ion a talajkolloidok felületén megkötődik, mintegy azokhoz tapad. Ez egy fizikai kapcsolat a negatív töltésű kolloid és a pozitív töltésű NH4+ kation között, amely a Coulomb-erő segítségével, vagyis a pontszerű, ellentétes előjelű elektromos töltések között vonzás törvényének engedelmeskedve jön létre. A folyamat ellentéte a deszorpció. A tápanyag-gazdálkodás szempontjából az adszorpció-deszorpció folyamatpár kedvező, mert ezek révén változatlan formában tárolódik az NH4+, könnyen oldatba kerülhet, és nem mosódik ki a talajból.

13. Fixáció

Egyértelmű veszteségnek számít a NH4+ beépülése a háromrétegű agyagásványok kristályrácsai közé, ahonnan csak lassabb folyamat eredményeként szabadulhat fel.

14. Kimosódás és erózió

A kimosódás a nitrátot érinti, és mértéke a nitrát mennyiségétől, illetve ezzel összefüggésben a trágyázástól (annak mennyiségétől, időbeli megvalósulásától), továbbá az öntözéstől, a talajban lefelé áramló víztől és a talaj szerkezetétől (repedésektől, makropórusok

számától) függ. A kimosódás átlagos nitrogéntartalom és időjárási körülmények esetében kötöttebb talajokon 20–25 kg/ha/év, míg lazább szerkezetű területeken (pl. homoktalajon) akár 50 kg/ha/év is lehet. Az erózió érinti a talajban található összes nitrogénformát.

15. Denitrifikáció

A denitrifikáció a nitrifikációval ellentétes folyamat, melyet anaerob körülmények között végeznek bizonyos baktériumok. Ebből fakadóan a denitrifikáció végbemenetele a talaj nitrát tartalmán túl – a természetszerűleg minden folyamatban szerepet játszó egyéb tényezők mellett (hőmérséklet, pH, szén men�nyisége, stb) – a talajvíz telítettségétől (azaz oxigénhiányától) függ. Meg szoktak különböztetni valódi, szűkebb értelemben vett és nem valódi, tágabb értelemben vett denitrifikációt. Utóbbiról akkor beszélünk, mikor a redukció a nitrát, vagy az ammónia kialakulásáig tart. Az ebbe a kategóriába tartozó mikroorganizmusok száma száz fölött van. Valódi denitrifikációról van szó akkor, mikor a redukció a nitrogén létrejöttéig tart. Ez végbemehet teljes mértékben a mikroorganizmusok segítségével, például a Pseudomonas aeruginosa faj révén, vagy közvetett módon is, mikor a több baktérium által előállított végtermék (salétromsav valamint amido- és aminovegyületek) kémiai reakcióba lép egymással. A valódi denitrifikáció során a nitritből nitrát, majd dinitrogén-oxid, végül pedig nitrogén keletkezik. Ha a dinitrogén-oxid a talaj felszínéhez közel képződik, akkor gáz alakban elillan a levegőbe. A folyamat során NO is keletkezhet.

16. Elillanás

Leginkább akkor következik be az ammónia gáz alakban történő elillanása, mikor hirtelen megnő az ammónia mennyisége a talajban (pl. nagyobb műtrágyaadag következtében), és nincs kellő idő ahhoz, hogy ebből ammónium alakuljon ki, mely már megkötődhet a talajkolloidok felületén.

79


Egy baktérium élete A baktériumtrágyázás vonatkozásában, minthogy élő szervezetekkel való trágyázásról van szó, felvetődik a kérdés: miként és meddig élnek, hogyan működnek ezek az apró lények? Hogyan vészelik át a téli hideget, hogyan boldogulnak tavasszal a belvizes területeken? Az általános áttekintés mellett érdemes kitérnünk az egyik legelterjedtebb nitrogénkötő baktériumra, a baktériumtrágyák egyik gyakori összetevőjére, az Azotobacter chroococcumra.

Általános jellemzés

A baktériumok a törzsfejlődés kiindulópontjai, így felépítésük a legegyszerűbb az élővilágban. Egyetlen sejtből álló szerveződések, melyeknek nincs sejtmagjuk. Ez különbözteti meg őket sejtmaggal rendelkező, magasabb rendű növényektől, a gombáktól és az állatoktól. A sejtet a sejtplazma tölti ki és a külvilágtól a sejtfal (vagy ezen kívül még egy tok) választja el. Egyes baktériumok rendelkeznek ostorral, így képesek a mozgásra. Alakjuk lehet gömb, vagy pálcika, utóbbiak formája lehet görbült vagy csavarodott. Kisebb-nagyobb telepeket alkothatnak. Kedvezőtlen körülmények között ún. kitartó képleteket (spórát vagy cisztát) hoznak létre. A táplálkozásuk alapján három csoportra oszthatók a baktériumok: autotróf (szervetlen vegyületek átalakításából nyerik az energiát), heterotróf (szerves anyagok átalakításából nyerik az energiát, ilyen pl. a cellulózbontó Bacillus megatherium) és kemoautotróf baktériumokra (kémiai energiát használnak, ide tartoznak a nitrifikáló baktériumok). Nézőpont kérdése, hogy meddig él egy baktérium, vagy hogy meghal-e egyáltalán. Ugyanis a baktériumok teljes felületükön keresztül egészen addig táplálkoznak, amíg bírják (míg ki nem „pukkadnak”). Amikor már túl nagy a felület és kedvezőtlenek a körülmények a táplálkozásra, a baktérium kettéhasad, kétfelé osztódik, így két új baktérium keletkezik. Az osztódás előtti baktérium tehát meg is hal, és nem is. Átlagosan 20-30 perc alatt hízik meg akkorára egy baktérium, hogy kettéhasadjon.

Környezeti tényezők

A baktériumok egyedszámát, működését és aktivitását abiotikus (élettelen) és biotikus

(élő) tényezők határozzák meg. Az abiotikus változók közé tartozik a nedvesség, a hőmérséklet, a fény, az ozmotikus nyomás, a felületi feszültség, az oxigén, a vegyi anyagok, a tápanyagok és a pH-érték. A biotikus változók a mikroorganizmusok egymással és a magasabb rendű szervezetekkel való kapcsolatából adódónak, hiszen a mikrobák természetes körülmények között társulásokat alkotnak (az együttélés lehet szimbiózis, metabiózis, antibiózis és parazitizmus). Mivel minden tényező részletes áttekintésére nincs kellő hely, a felsorolt befolyásoló tényezők közül a hőmérséklettel és a nedvességgel/oxigénnel foglalkozunk bővebben. Mindezt annak tudatában tesszük, hogy az egyes tényezők hatása egymástól nem elválasztható (kézenfekvő példa erre a nedvesség és a hőmérséklet összefüggésében az, hogy minél nagyobb a hőmérséklet, annál jobban párolog a víz és csökken a talaj víztartalma).

Hőmérséklet

Mint minden élő szervezet, a baktériumok is csak bizonyos hőmérsékleti határok között életképesek. S természetesen ezen tényező tekintetében is hasonlóan differenciált fajgazdagság jellemző rájuk, mint az eltérő égövi viszonyokhoz alkalmazkodó „látható” élőlényekre (például a fás növényekre). A baktériumok működése a hőmérséklet tekintetében egy minimum és egy maximum érték között mozog, és egy bizonyos intervallumban a legoptimálisabb. Ezek alapján három csoportba lehet sorolni őket: A hőmérsékleti minimum felé közeledve a baktériumok intenzitása lelassul, majd működésük leáll és nyugvó állapotba kerülnek. Az alacsony hőmérsékletet a baktériumok jól viselik, károsodásuk inkább a lassú fagyasztás, illetve a kiolvadás során következik be, de a fagyott/felengedett állapotot elérve megmaradnak. Ha nem így lenne, akkor tavasszal nem indulna be az élet! Nyilvánvaló, hogy fagyott közegben nincs szaporodás és anyagcsere sem, hiszen a tápanyagoknak oldatban kell lenniük. A magasabb hőmérsékletet már nehezebben bírják a mikrobák. Ezt a tulajdonságukat a hétköznapi életben ki is használjuk, hiszen a fertőtlenítési eljárások sikere annak tudható be, hogy a legtöbb baktérium azon a hőmér-

A baktériumok csoportosítása hőmérséklettűrésük alapján. opt. oC

min. oC

max. oC

Pszichrofil (hidegkedvelő)

6 – 12

-12

25

Mezofil (közepes hőkedvelő)

25 – 37

3

45

Termofil (melegkedvelő)

45 – 55

30

70

Típus

80


sékleten már elpusztul, amelyen a vulkanikus hőforrásokban élő Pyrococcus furiosus (melynek optimuma 100 oC) még vígan él. Egy baktériumfaj környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képességét, így hőrezisztenciáját is erőteljesen befolyásolja, hogy képes-e valamilyen kitartó képletet (pl. spórát) létrehozni.

Oxigén és belvíz

A baktériumokat az oxigénigényük tekintetében többé-kevésbé két csoportra lehet szétválasztani: az aerob (azaz oxigén jelenlétében életképes) és az anaerob (oxigénmentes környezetben életképes) baktériumokra. A két kategória nem különül el élesen egymástól, átfedés van közöttük, mivel az ún. fakultatív aerob és anaerob baktériumok például mindkét környezetben megélnek. A baktériumok életében a talajoldat igen fontos, hiszen a tápanyag mozgásához oldatra van szükség. Nem véletlen, hogy a baktériumtrágya is oldat formájában kerül előállításra és kijutatásra. Egészen addig, míg az aerob baktériumok kellő mennyiségű oxigént tudnak felvenni (a talaj vagy vízfelszín közeléből), nincsen probléma. Így a baktériumok életét a belvíz jelentette közeg még nem befolyásolná számottevően, hiszen a talajoldatban ehhez nagyon hasonló körülmények között léteznek. A belvíz viszont oxigénhiányos környezetet teremt, amelyben az aerob baktériumok nem, de az anaerobok még megélnének. De mind az aerob, mind az anaerob fajok csak egy darabig bírják, ugyanis a belvíz hatására felborul a talaj biológiai egyensúlya. A növények toxinokat kezdenek termelni, megindul a rothadás, a mikrobák minden elérhető vegyületet felhasználnak a légzésükhöz, amivel csak tovább növelik a talaj kedvezőtlen kémiai viszonyait. A belvíz eltűnése, a talajvíz visszahúzódása után nagy segítség a mikroflóra helyreállításában, – a belvíz romboló hatásától függően – újrateremtésében a baktériumtrágya. A szerves maradványok elbontásával mobilizálja a növények számára felvehető tápanyagokat. Ebben a helyzetben a műtrágyázás azért nem segít, mert a műtrágyák jó részét ahhoz, hogy a növény fel tudja venni, a mikroorganizmusoknak kell átalakítania.

Az Azotobacter chroococcum

A nitrogén az élet nélkülözhetetlen makroeleme, ezért központi szerepet tölt be a mezőgazdasági tápanyag-utánpótlásban. A nitrogén körforgásában játszott szerepe miatt a baktériumtrágyázásban is igen fontos az Azotobacter chroococcum névre keresztelt baktérium. Az Azotobacter a nitrogén összetett kör-


forgása során a légköri nitrogén fixálásában játszik szerepet. A gáz halmazállapotú N2 megkötésére szabadon és szimbiózisban élő baktériumok egyaránt képesek. Az Azotobacter chroococcum aerob, szabadon élő nitrogénkötő baktérium. Pontosan e tulajdonságai miatt használható fel trágyázásra, ugyanis a korlátlan mennyiségben (és ingyen) rendelkezésre álló légköri nitrogént alakítja át; könnyen kijuttatható, hiszen a levegőn életképes; továbbá szabadon él, így nem függ más élőlényektől. Ez a mezofil tulajdonságú, ovális alakú, 2–6 μm méretű (a mikrométer a milliméter ezredrésze) baktérium a hazai talajok szinte mindegyikében előfordul, leginkább párosával, esetleg kisebb „csomag” alakban, vagy láncszerűen. A kolóniáikat nyálkás burok (tok) veszi körül, mely az első védelmi vonala a sejtnek. Az Azotobacter chroococcum érdekessége, hogy kedvezőtlen körülmények között (tápanyaghiány, szárazság idején) nem spórát, hanem cisztát képez – ebben a formában 10

ÓRA 5

évig tűri a szárazságot! A cisztaképzés egyszerűbb folyamat, mint a spóraképzés, a lényege viszont ugyanaz: az örökítő anyag (DNS) védett burokban kerül elhelyezésre. Kedvező körülmények között aztán a ciszta kicsírázik, és a baktérium újra életképes lesz.

Összegzés

Az Azotobacter chroococcumot tartalmazó baktériumtárgya mind őszi, mind tavaszi kijuttatása rendkívül hasznos, és számos olyan előnyhöz juttatja a termelőt, amit a műtrágyázás vagy a szervestrágyázás nem adhat meg. Ősszel, a beforgatott tarlóval kijuttatott baktériumtrágya a tarló lebontásával kezdi meg működését. A szerves anyagokat lebontó baktériumok működéséhez az Azotobacter nitrogént termel, így azok azt nem a talaj készletéből, vagyis nem a leendő növény elől veszik fel. A tarló lebontása – amelyre épp a hideg miatt van szükség több időre – már ősszel megindul, és a baktériumok ugyan kevésbé

Sejtszám ill. a sejtek tömege 1024

10

262 144

15

265 millió

20

191 billió 80 mg

25

82 g

30

82,2 kg

tevékenyek alacsony hőmérsékleten, de fagypont körüli hőmérsékletig ”végzik a dolgukat”. Tavasszal, mikor a földeken a felmelegedéssel párhuzamosan beindul a mikrobiális élet, de a talaj állapota még nem engedi meg az erőgépek használatát vagy a trágyázást, az ezt megelőző ősszel kijuttatott baktériumtrágya már nagy hatásfokon tevékenykedik. Tavasszal, a magáegyelőkészítéssel, vagy más művelettel párhuzamosan kijuttatott baktériumtrágya azonnal a növény segítségére siet a tápanyagfelvételben. Belvízzel sújtott területeken a belvíz elmúltát követő baktériumtrágyázás az egyetlen kedvező megoldás a talajélet beindítására. A tavaszi hidegektől sem kell tartanunk, ugyanis ez nem öli meg a baktériumokat, legfeljebb lelassítja a tevékenységüket. A hőmérséklet megítélésekor pedig nem szabad a hőérzetünkre támaszkodni, hiszen a levegőt a talaj melegíti fel: a talajban hamarabb lesznek kedvezőbbek az életfeltételek, mint az atmoszférában.

A baktériumok átlagosan 20-30 percenként osztódnak. Ennyi idő kell ahhoz, hogy teleegyék magukat, és ennek következtében kettéhasadjanak. A lap alján kb. ezen tematikus blokk elolvasása alatt telik el ennyi idő – de mivel még hűvös idő van, esetleg kicsivel tovább tart –, és osztódik ketté egy baktérium. Ha ezzel az osztódási idővel elkezdünk számolni, arra az eredményre jutunk, hogy igen rövid idő alatt hatalmas mennyiségű baktériumnak kellene születnie. Fjodorov számításai szerint – amit oldalt látunk – 3 nap alatt akkora tömeget érne el a baktériumok men�nyisége, ami a kalkuláció idején a földi élőlények összes tömege volt. Ebből a számításból is, illetve abból, hogy még nem ettek meg minket, az látszik, hogy számtalan körülmény szabályozza a baktériumok szaporodását. [Forrás: Helmeczi, 1994.]

40

18 841,6 t

72

1,4 x 1017 t

De akkor valójában mennyien vannak a talajban? [ Válasz a szaggatott vonal mentén.]

81


A foszfor körforgása Az ábra megtekintéséhez egyet lapozni kell.

A foszfor jelentősége A foszfor a nitrogénhez hasonló alapelem, számos fontos életfolyamat résztvevője. Minden anyagcsere-mechanizmusban szerepet játszik. Az enzimek révén a lebontó (szénhidrátok, zsírok, aminosavak lebontása) és felépítő (fotoszintézis) folyamatok meghatározó komponense, épp ezért a növények számára is nélkülözhetetlen. Jelenléte elsősorban a generatív szervek, azaz a virág és a termés fejlődését befolyásolja. Mivel a foszfor az ökoszisztéma legfontosabb növekedéskorlátozó eleme, amely a növény minden irányú fejlődésére erőteljes hatással van, hiánya szembeötlő lehet. Termésnövelő hatása ugyanakkor kedvező körülmények között kevésbé látványos, mint az elsősorban vegetatív szerveket (gyökér, szár, rügy, levél) befolyásoló nitrogéné.

Foszfor a talajban és a vízben A talajban a foszfor mennyisége átlagosan 0,02–0,10 %, ami tömegben kifejezve 500– 800 mg/kg-ot jelent. 500 mg/kg értékkel számolva ez megművelt mezőgazdasági területen 1120 kg/ha foszfornak felel meg. A természetes vizekben jóval kevesebb, 0,01–0,07 mg/l P található, azonban a nyers szennyvízben 5–20 mg/l közötti lehet a koncentrációja. A talajban a szerves és szervetlen foszforformák aránya többnyire 50–50 %, utóbbiak közül a növények számára két szervetlen vegyület, a HPO42- és a H2PO4- vehető fel – ezeket összefoglalóan ortofoszfátoknak nevezzük. A nitrogénnel szemben a foszfor az ún. üledékes fázisú körforgások rendszeréhez tartozik, ezért szerepel az ábrán a talaj mellett a globális körforgás megértéséhez szükséges vízi ciklus is. A vízben azonban ugyanazok a folyamatok mennek végbe, mint a talajban, így elengedő átlátni az egyik működését, hogy a másikkal is tisztában legyünk. A vízi és a szárazföldi körforgás egymással is összefüggő, kisebb körfolyamatából az üledék- és az azt követő helységképződés révén tevődik össze a foszfor globális körforgása a bioszférában. Ahogy a nitrogén esetében, úgy itt is meghatározó szerepük van a mikroorganizmusoknak, főként egy másik aspektusból nézve. A talaj foszforkészlete ugyanis (akárcsak más üledékes fázisú elemeké) nem a jórészt mindenhova elérő légkörből nyer utánpótlást, így a foszfornak valahogy el kell jutnia a növény gyökeréig. A két szervetlen vegyület talajban való mozgásának lehetséges módjai – a tömegáramlás és az iondiffúzió (a talajoldatban lévő különböző töltésű ionok, anionok és kationok egyenletes eloszlási folyamata) –, rend-

82

kívül időigényesek. Ám ebben a mozgásban a baktériumok segíteni tudnak!

A talaj és a víz foszforforrásai Ebben a részben azokat a folyamatokat vizsgáljuk meg, amelyek eredményeként a növények számára felvehető HPO42- és H2PO4- létrejön. A vízben végbemenő folyamatokra csak akkor térünk ki, ha eltérnek a szárazföldiektől.

1. Mállás a) Fizikai

A fizikai mállás során a környezeti tényezők hatására a hegységalkotó kőzet csak fizikailag aprózódik, a folyamat a kőzet anyagában kémiai és ásványtani változásokat nem idéz elő. A primer foszfortartalmú ásványok elsősorban az apatit [Ca5(F(PO4)3)], és kisebb részben a szilikátok (amik szilícium tartalmú ásványok és kőzetek; pl. az agyagásvány egy rétegszilikát).

b) Kémiai

A kémiai mállás következtében a primer ásványokból szekunder ásványok keletkeznek, Fe-, Al-, és Ca-foszfátok. A pH függvényében meszes talajokon Ca-foszfátok, míg savanyú talajokon Fe-, Al-foszfátok jönnek létre. A kémiai mállás során időnként az oldatba kerülnek HPO42- és H2PO4- ionok is.

2. Feltáródás

A fixációval ellentétes folyamat, melynek eredményeként a szekunder foszfátok feloldódnak. A talajfoszfor oldhatósága fontos tápanyag-gazdálkodási kérdés, mégpedig azért, mert a talaj pillanatnyi felvehető foszfortartalma alig haladja meg a növények számára egy vegetációs időszak alatt szükség mennyiség 1%-át. Az optimális foszforkoncentráció 0,2–0,4 mg/l. A foszfátok oldhatósága semleges, vagy enyhén savas pH mellett a legkedvezőbb. A Ca-foszfátok lúgos közegben, míg a Fe-, és Al-foszfátok savas közegben válnak oldhatatlanná. A talaj mikroflórája közvetlenül és közvetve is hozzájárul a fixált foszfor oldhatóságához. Közvetlenül járulnak hozzá az oldatban lévő foszfát mennyiségének növeléséhez a metafoszfátot (PO3) ortofoszfáttá (PO4) átalakító baktériumok, főként az Aspergillus és a Penicillum fajok. Továbbá azok a még nem kellően feltérképezett mikrobák, melyek a foszfátot foszfittá, hipofoszfittá és foszfiddá redukálják. A foszfátionok oldatba kerüléséhez közvetve járulnak hozzá a nitrifikáló és a szulfurikáló (a szulfurikációban a nitifikáció analógiájára kén-tartalmú vegyületeket baktériumok kén-


savvá oxidálnak) baktériumok, amelyek a szerves anyagok bontása során képződött salétromsavval és kénsavval segítik oxidálni a kötött foszforvegyületeket. Hozzájárul az oldáshoz a H+-ionokat biztosító, mikroszervezetek általi szerves savképzés (pl. tejsav, citromsav, esetsav) is. Kisebb hatékonysággal, de ugyanezzel a módszerrel élnek azok a növények, amelyek a gyökerükön keresztül a talajoldatba szerves savakat választanak ki.

3. Deszorpció

Savanyú talajokon a legfontosabb foszforforrás a talajkolloidok felületén adszorbeált (megkötött) HPO42- és H2PO4- vegyületek, melyek a deszorpció folyamata során más anionokra cserélődnek és így felvehetővé válnak a növények számára. A talajban az adszorbeált foszfor és a szilárd fázisban lévő többi foszfor egyensúlyban van az oldott foszforral, továbbá a fixált foszfátok között is egyensúly áll fenn.

4. Mobilizáció

A talajoldat foszforkoncentrációjának szabályozásában kiemelt szerepet játszik a szerves anyagok lebontása során felszabaduló foszfor mennyisége. A folyamatot mikroorganizmusok végzik, amelyek közül az egyik legismertebb faj a Bacillus megatherium. Akárcsak a nitrogénnél, a mineralizáció mértéke itt is a rendelkezésre álló szén mennyiségétől függ. Mineralizáció akkor következik be, ha a C/P arány 200/1-nél kisebb.

5. Felszabadulás/felkeveredés

A leülepedett anyagok különböző tényezők (pl. áramlatok, mederkotrás) hatására újra bekerülhetnek az oldatba. A vizek belső foszforterhelésben is jelentős szerepet játszik az üledékből felszabaduló foszfor.


Ahogy azt a nitrogén esetében láttuk, az istállótrágya csekély mértékben tartalmaz makroelemeket, a bélsárban 0,1–0,3 % található csupán. Az emberiség azonban már régen rátalált más jellegű természetes foszfortrágyákra. Ilyen volt a csontliszt, amit a kínaiak már 2000 évvel ezelőtt használtak. Egy másik ismert foszforforrás a guanó, melyet az inkák nemcsak hasznosítottak, de a tengeri madarak guanó telepeit törvényben szabályozott módon védték is. Peru az 1900-as évek elején nagy mennyiségben termelte ki a csendes-óceáni Ballestas-szigeteken található guanót. Nem madár, hanem denevérguanót tett árucikké a 19. század végén egy erdélyi atyafi, bizonyos Nagysolymosi Koncz Ármin székelyudvarhelyi gyógyszerész. Kis


vállalkozását egészen addig működtette a homoródalmási barlangból nyert foszforpótlóval, amit virágtrágyaként postázott a nyugati megrendelőknek, míg ezt a helybéli székelyek meg nem elégelték.


Jelentősen hozzájárulnak a termőföldek tápanyag-gazdálkodásához azon komplex baktériumtrágyák, amelyekben megtalálható a foszformobilizáló Bacillus megatherium baktériumfaj. A trágyák komplexitását épp a nitrogén körforgása során ismertetett pentozán hatás miatt fontos kiemelni. Ahhoz, hogy a foszformobilizáló baktérium működni tudjon, neki is nitrogénre van szükséges, és ebben nyújt segít a trágyával adagolt nitrogénkötő Azotobacter faj.

A foszfor körfogásának összefoglalása A foszfor körforgása – mivel üledékes makroelemről van szó – részben másként alakul, mint a nitrogéné. A mellékelt ábra áttekintéséből látni, hogy két hasonló körfolyamat megy végbe a szárazföldön és a vízben, melyeket egy több millió éves folyamat, a hegységképződés alakít globális rendszerré. A mezőgazdaság szempontjából fontos hangsúlyozni, hogy egyrészt a foszfor talajbeli mozgása lassú, másrészt a foszfor a növény számára felvehető formában igen kis koncentrációban fordul elő, harmadrészt a foszfor talajból való kimosódása elenyésző. A szántott rétegben tehát kellő mennyiségű foszfor van, csak azt a növények nem tudják felvenni. Ezen a helyzeten az erőltetett és nem megfelelő műtrágyázás nemhogy segítene, hanem csak ront. Változást az aktív mikrobiológiai élet hoz, mely a vízoldható, és így felvehető foszfor mennyiségét növelni tudja. Ezért kell olyan baktériumtrágyát a talajba juttatni, mely foszformobilizáló baktériumokat tartalmaz.

8. Műtrágyázás

Az első foszforműtrágyát 1842-ben Justus von Liebig útmutatását követve hosszas kísérletezgetések után Sir John Bennet Lawes csontlisztből állította elő kénsav hozzáadásával, mely a csontlisztbeli foszfort oldhatóvá tette. A foszforműtrágyák nyersanyagai az apatitok (fluoroapatit, hidroxiapatit, klórapatit), melyeket hőkezeléssel vagy – akárcsak bizonyos baktériumok – savas feltárással alakítanak át vízben oldódó foszfátokká. Kénsavas feltárással szuperfoszfát, foszforsavas feltárással hármas szuperfoszfát, salétromos feltárással nitrofoszfát, termikus feltárással pedig termofoszfát állítható elő. A műtrágyákkal talajba kerülő vízoldható monokalcium-foszfát és a citrátoldható (a citromsav sója által oldható) dikalcium-foszfát elég gyorsan átalakul szekunder foszfáttá.

9. Szennyvíz

Különös módon a víz foszforforrásai között kell megemlíteni a szennyvizet. A vízi ökoszisztémákban az eutrofizációnak, tehát a tápanyagok feldúsulásának és a növények elszaporodásának elsődleges limitáló tényezője a foszfor. Mégpedig azért, mert az algák ideális működéséhez a tápelemek aránya C/N/P = 106/16/1. Mivel a szén és a nitrogén többnyire rendelkezésre áll, vagy könnyebben „beszerezhető”, a foszfor az egyetlen gátja a bioló¬giai produkciónövekedésnek, tulajdonképpen az elalgásodásnak. Ez a folyamat közismert, elég csak a különböző vizek zöld színt és bűzt eredményező átváltozására gondolni. A szennyvíz foszfortartalmának jelentős része a tisztítószerekből származik, másik része az embertől. Mindkét úton napi 2–2 g foszfor kerül a szennyvízbe.


Az elsődleges foszforveszteséget a növények tápanyagfelvétele jelenti. A növények számára két szervetlen forma vehető fel: a HPO42- és H2PO4- . E két alak aránya semleges pH mellett egyenlő, míg a mennyiségi eloszlás savas közegben a H2PO4-, lúgos közegben a HPO42- felé tolódik el. Nemcsak a nitrogénfelvétel során, hanem a foszfor kapcsán is találkozunk szimbionta viszonnyal. Ahogy arról már volt szó, a foszfor mozgása igen lassú a talajban. Ezért két lehetőség adódik, hogy a foszfor gyorsabb ritmust vegyen fel és eljusson a növényig: vagy a foszfor mozog, vagy a növény. A foszfor mozgása bizonyos baktériumok segítségével működik, a növény pedig a gyökerével szimbiózisban élő gombákat hívja segítségül. Ezt a viszonyt mikorrhizának nevezünk. A gomba három módon segíti a növény: feltárja a növény számára nem, vagy nehezen elérhető foszfort; a gyökér meghosszabbításaként működve nagyobb terültről gyűjti be a nélkülözhetetlen elemet; és megváltoztatja a növény enzimaktivitását. A vízben lévő ortofoszfátokat elsőként a fitoplanktonok veszik fel, amelyek többnyire algák. A táplálékláncban az állatok közé tartozó zooplanktonok, majd pedig a halak következnek. A hal kimondottan fontos foszforforrás az ember számára.

11. Immobilizáció

A mobilizáció/mineralizáció folyamat ellentéte, melynek során a lebontást végző szervezetek anyagcsere-folyamataikhoz foszfort vesznek fel, aminek az eredményeképpen a növények számára felvehető szervetlen foszforvegyületek mennyisége csökken.

A talaj és a víz foszforveszteségei 12. Adszorpció Ebben a részben azokat a folyamatokat vizsgáljuk meg, amelyek eredményeként a HPO42és H2PO4- a növények számára felvehetetlenné válik. A vízben végbemenő folyamatokra csak akkor térünk ki, ha eltérnek a szárazföldiektől.

Az adszorpció következtében a talajoldatban lévő HPO42- és H2PO4- az oxidásványok (Fe-, és Al-oxidhidrátok) és a szilikátos agyagásványok felületén található hidroxilionok (OH-) helyére kerül, és így átmenetileg kikerül a talajoldatból. Az adszorpció a pH csökkenésével nő.

13. Fixáció

A fixáció a termelő ellensége, mivel a folyamat eredményeképpen az elérhető foszforformák felvehetősége romlik, vagy megszűnik a talajban. A növények szempontjából a foszfor felvételére az 5,5–7,0 pH az optimális. Az ettől eltérő kémhatású talajban a foszforfixáció a pH tartomány két széle felé közeledve fokozatosan növekszik.

14. Erózió

Mivel a foszforvegyületek vízben gyengén oldódnak, ezért oldat formájában alig mozognak. Ebből két dolog is következik. Egyrészt a kimosódás a foszfor esetében nem számottevő, ezért a foszfor jelentősebb része a feltalajban található. Másrészt ebben az összefüggésben a foszfor csak a talajszemcsékhez kötve mozoghat a vizekbe, azaz az erózióval. A foszfor jelentős része a talajfelszínhez közel található, így az erózió jelentős foszforveszteséget okoz. Az erózió a szennyvíz mellett a vizek másik fontos foszforforrása. Ha azzal az értékkel számolunk, hogy a megművelt területek 450-1800 kg/ha foszfort foglalnak magukba, akkor egy tonnányi termőföld elhordása 0,2–0,8 kg foszforveszteséget jelent. Becslések szerint Magyarországon éves szinten 1,5 millió tonna szervesanyag, 0,2 millió tonna nitrogén, 0,05 millió tonna foszfor és 18 millió tonna kálium távozik el a víz segítségével a lejtős területekről.

15. Szedimentáció (ülepedés)

Az a folyamat, melynek során a vízbe került anyagok és a vízben elpusztult élőlények a fenékre süllyednek, ahol megindul az üledékképződés.

16. Hegységképződés

Az üledékképződést a kőzetképződés követi, melyhez a víz kiszorító ereje, megfelelő nyomás és kellő idő szükséges. A hegységképződési folyamatok során az üledékből gyűrődés vagy vetődés segítségével hegy keletkezik.

83


16

6

10

4 11

7

HPO42H2PO4-

1/b

Kics. P

3 12


Vegyületek

HPO42- – hidrogénfoszfát H2PO4- – dihidrogén-foszfát Fix. P – fixált foszfor Kics. P – kicserélhető foszfor

84


Fix. P

2 13

8


A talaj és a víz foszforforrásai 1. Mállás 1/a. Fizikai 1/b. Kémiai 2. Feltáródás 3. Deszorpció 4. Mobilizáció 5. Felszabadulás/felkeveredés 6. Szervestrágyázás 7. Baktériumtrágyázás 8. Műtrágyázás 9. Szennyvíz

A talaj és a víz foszforveszteségei 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Növényi tápanyagfelvétel Immobilizáció Adszorpció Fixáció Erózió Szedimentáció (ülepedés) Hegységképződés

9

14

1/a 10

Primer ásvány

HPO4 H2PO42-

11 4

13

2

12

3

1/b 5 15

A foszfor körforgása 85


A kálium körforgása Az ábra megtekintéséhez egyet lapozni kell.

A kálium jelentősége A kálium érdekességét az adja, hogy ez az elem nem épül be a növények szerves vegyületeibe. A sejtek alapállományát, a sejten belüli teret kitöltő plazmában szabad ionok formájában, illetve az itt található fehérjékhez lazán kötődve található meg, és így fejti ki szabályozó hatását. Fontos szerepe van az ozmotikus egyensúly fenntartásában. Az oldott anyag egy adott rendszerben egyenletes eloszlásra törekszik. Abban az esetben, ha egy hártya elválasztja a rendszerben a kétfajta oldott anyagot (az oldatot és az oldószert), a koncentrá-

ciókiegyenlítődés csak úgy mehet végbe, ha az oldószer molekulái, ionjai átjutnak a hártyán. Ebben a folyamatban kulcsszerep hárul a káliumionra. Továbbá az ozmózis révén a kálium megköti a vizet a sejtnedvüregben, és ezzel megakadályozza a sejt vízvesztését, ami a hőmérséklet csökkenésével fokozódna. Tehát így, a vízháztartás szabályozása révén a kálium növeli a növény fagytűrő képességét. A kálium több enzim aktivátora. Jó káliumellátás esetén intenzívebb a növény fotoszintézise, mivel a kálium aktiválja a fotoszintetizáció CO2-fixálásának kulcsenzimjét. A kálium fontos szerepet játszik a növények szervesanyag-ter-

Mélység

Baktériumszám/g talaj

2–5

3 800 000

30

2 950 000

60

2 800 000

90

1 400 000

melésében és -szállításában. Mindezek mellett a fehérjeszintézishez és a szénhidrátok képződéséhez is jótékonyan járul hozzá. A kálium a jó minőségű és a kedvező mennyiségű termés egyik alapja.

Kálium a talajban A talaj káliumtartalma 0,2–3,3 % között, míg a talajoldaté 1–100 mg/l között mozog. Természetes körülmények között a kálium kellő mennyiségben áll rendelkezésre, mivel forrása az egyik leggyakoribb ásvány, a földpát.

Ez az ábra azt mutatja meg, hogy a talaj adott rétegeiben mennyi baktérium található. A felszínen (0–2 cm mélységben) számuk csekély, mivel az itteni szélsőséges környezeti hatásokat (ultraibolya sugárzás, nagy hőmérsékletingadozás, stb) nehezen viselik. Ezért is tanácsos a baktériumtrágyát valamelyik talajforgatási művelet során kijuttatni, vagy kijuttatás után rögtön bedolgozni. Az ábrán az is jól látszik, hogy a legtöbb baktérium pontosan a gyökérzónában helyezkedik el, azaz a növény számára legkedvezőbb helyen. 150 cm alatt számuk elenyésző, 250 cm-es mélység alatt pedig már nem élnek baktériumok a talajban. (Az itt feltüntetett számadat nem tévesztendő össze a korábban említett grammonkénti 100 milliós számmal. A korábbi adat egy átlagos termőtalaj megfelelő rétegére vonatkozott, míg ez az adat egy általános talajeloszlást mutat be.) [Forrás: Stefanovits – Filep – Füleky, 1999.]

120

160 000

150

8 000

cm

86



Mivel a kálium nem épül be a szerves vegyületekbe, ezért a talajban lényegében csak szervetlen formában van jelen. Négyféle megjelenési formája van: a primer ásványok (az összes kálium 90–98 %-át teszik ki), az ásványrácsokban fixált kálium (az összes kálium 1–10 %-a), a kicserélhető (1–2 %), valamint az oldatban lévő kálium (0,1–0,2 %). Ezek közül közvetlenül kizárólag az oldott kálium vehető fel a növények számára. A nitrogén és a foszfor körforgásának áttekintése után a kálium túl sok meglepetéssel és újdonsággal nem szolgálhat, és a korábbi ábrák alapján akár szöveg nélkül is megérthető körfolyamatról van szó. A kálium növényekhez való eljuttatásában a mikroorganizmusok itt is elengedhetetlen, habár kevésbé sokrétű szerepet játszanak.

A talaj káliumforrásai Ebben a részben azokat a folyamatokat tekintjük át, amelyek eredményeként a növények számára felvehető K+ létrejön.

1. Mállás a) Fizikai

A kálium körfogásának összefoglalása A kálium, akárcsak a foszfor, ásványi makroelem, ennek megfelelően légköri fázisa nincs. A kálium esetében eltekintettünk a vízi ciklus bemutatásától, mivel nem játszik olyan fontos szerepet a globális körforgásban, mint a foszfor esetében. Akárcsak foszfor, kálium is van elegendő a talajban, csak éppen az adott pillanatban a talajoldatban lévő K+ mennyisége – és a növények kizárólag ezt tudják felvenni – mindig kevés. Attól függetlenül az, hogy a kálium forrása az egyik leggyakoribb ásvány, és hogy a szerves maradványokban is kellő mennyiség található belőle. A kálium mobilizálásában is a mikroorganizmusokra hárul a főszerep. Fontos megjegyezni, hogy a kálium olyan elem, mely nem épül be szerves vegyületekbe. Éppen ezért nincs szükség speciális kálium-mobilizáló mikrobákra, minden szerves agyagot bontó szervezet egyúttal káliumot is mobilizál, a talajoldatba juttat. Ezáltal újabb megerősítést nyer, hogy miért fontos a tarló helyben hagyása, illetve olyan baktériumtrágyák alkalmazása, melyek cellulózbontó baktériumfajt tartalmaznak.

szanak a káliumkoncentráció növelésében a szerves maradványokat elbontó baktériumok is, amelyek évi 25–50 kg/ha káliumot mobilizálnak. Mivel a kálium nem épül bele a szerves vegyületekbe, ezért speciális káliumbontó baktériumokra sincs szükség a mobilizáció során. Vagyis a kálium mobilizációjában – nem szándékosan tehát – minden szervesanyagbontást végző mikroorganizmus részt vesz.

A primer ásványszilikátok közül a legfontosabb a földpátokhoz, mint magmás kőzetekhez tartozó káliföldpát (KAISi3O8), a földpátpótló (azaz képződéséhez nem elegendő SiO2-dal rendelkező ásvány) leucit, a (nevüket a csillogó fényhatásról kapó) csillámok közül a biotit és a muszkovit, valamint a csillámszerű glaukonit.

Káliumból sem tartalmaz sokkal többet az istállótrágya, mint nitrogénből, vagy foszforból, a bélsárban csupán 0,1–0,4 % található.

b) Kémiai


A kémiai mállás során új ásványok keletkeznek, és K+ válik szabaddá. A földpátokból és csillámokból agyagásványok lesznek: először illitek, amelyek aztán további K+ felszabadulásával vermikulitokká és szmektitekké válnak. A Bacillus circulans faj képes az alumíniumszilikátok széthasítására.

2. Feltáródás

Az a folyamat, melynek során az agyagásványok rácsaiban megkötött K+ felszabadul.

3. Deszorpció

Az agyagásványok felületén megkötött K+ ionok oldatba kerülése. A talajban az oldatban lévő és a kicserélhető kálium között hamar beáll az egyensúly, a fixált kálium viszont csak lassan kerül oldatba.

4. Mobilizáció

Ahogy már említettük, a növények által közvetlenül felvehető K+ mennyisége az összes kálium 0,1–0,2 %-a, ami 100–400 kg/ha káliumot tesz ki. A napraforgó, amely egyéként magas káliumigényű növény, 60 kg/ha káliumot vesz fel egy termésidényben. Ha a talajban nem lenne kellő utánpótlás a K+ pótlására, akkor a kálium már régen elfogyott volna. A pótlás többféleképpen történhet: deszorpcióval, feltáródással, de jelentékeny szerepet ját-


A baktériumtrágyák a mobilizációt elősegítő baktériumokkal, pl. cellulózbontókkal tudnak hozzájárulni a talaj jobb K+ ellátásához.

7. Műtrágyázás

1856-ban Stassfurtban kálisó telepeket fedeztek fel, és ezzel megindult a kálium-műtrágyázás fejlődése. A nyerskálisók a tengervíz bepárlódása, kiszáradása, illetve a sótelepek kialakulása révén képződnek. A bepárlódás során a sók oldhatóságuk sorrendjében válnak ki, ezáltal szép réteges szerkezetben különülnek el egymástól, így megkönnyítik saját kitermelésüket. A fontosabb nyerskálisók a szilvinit, a karnallit, a keménysó, a kainitos kőzet, a langbeinit és a polihalit.

A talaj káliumveszteségei Ebben a részben azokat a folyamatokat tekintjük át, amelyek eredményeként a K+ a növények számára felvehetetlenné válik.


A növények válogatnak a rendelkezésre álló tápanyagok között, e képességük a kálium esetében látványosan érvényesül. A talajoldatban ugyanis a Ca- és a Mg-koncentráció általában nagyobb, mint a K koncentráció, még-

is – azonos típusú ionokról lévén szó – a növény káliumból vesz fel többet. Ezt a jelenséget Ehrenberg a mész-káli törvényben fogalmazta meg, amely szerint bő K ellátás esetén a Ca-felvétel, míg bő Ca ellátás esetén a K-felvétel szorul vissza.

9. Immobilizáció

A mobilizáció/mineralizáció folyamat ellentéte, melynek során a lebontást végző szervezetek anyagcsere-folyamataikhoz káliumot vesznek fel, ezért a növények számára felvehető K+ mennyisége csökken.

10. Adszorpció

Az adszorpció következtében a talajoldatban lévő K+ az agyagásványok felületén megkötődik.

11. Fixáció

A fixáció során a káliumok megkötődnek a háromrétegű agyagásványok rétegei között. Ezek 2 : 1 típusú ásványok, azaz két tetraédersíkot zár közre egy oktaédersík. Ha a K+ beépül, a rétegek összezáródnak és az ásvány elveszíti felvevőképességét. Egyébiránt a fixált K+ kön�nyebben mobilizálható, mint az ásványok kristályrácsaiban eredetileg meglévő K+. Ennek révén – más elemekhez hasonlóan – a kálium sem örökre veszik el a fixáció következtében.

12. Kimosódás

A folyamat több tényezőtől függ: a kálium-műtrágyázás mértékétől, a káliumfixálástól, a talaj káliumtelítettségétől, az átszivárgó víz mennyiségétől és a talaj szerkezetétől. Homoktalajon az agyagtalajokhoz képest nagyobb az oldat K+ tartalma, ennek következtében könnyebben is mosódik ki. Homoktalaj esetében a kimosódás mértéke egészen nagy lehet, elérheti a 20–50 kg/ha mértéket évente.

13. Erózió

Az erózió hasonló mértékben vonja ki a talajból a káliumot, mint minden más elemet, ami az elmozdított földben található.

87


5 8

4 9

K+ 3 12


Vegyületek

K+ – káliumion Fix. K+ – fixált káliumion Kics. K+ – kicserélhető káliumion

88


10

Kics. K+

2 11


A talaj káliumforrásai 1. Mállás 1/a. Fizikai 1/b. Kémiai 2. Feltáródás 3. Deszorpció 4. Mobilizáció 5. Szervestrágyázás 6. Baktériumtrágyázás 7. Műtrágyázás

A talaj káliumveszteségei

8. Növényi tápanyagfelvétel 9. Immobilizáció 10. Adszorpció 11. Fixáció 12. Kimosódás 13. Erózió

13

6

7

1/a

Primer ásvány 1/b 1/b

Fix. K+

A kálium körforgása 89


Gyártás, tárolás, kijuttatás A ma Magyarországon elterjedt baktériumkészítmények több baktériumtörzs élő egyedeit tartalmazzák. A hangsúly az élőn van, mivel a talajlakó baktériumok kizárólag élettani folyamataik során fejtik ki jótékony hatásukat, ezért nem csupán ajánlatos, hanem elengedhetetlen, hogy a gyártástól a kijuttatásig, és a talajba való bedolgozásukig életben is maradjanak. Ennek a követelménynek a logisztikai feltételei többnyire adottak, csupán egy kis odafigyelésre van szükség.

Gyártás

A laboratóriumból megérkezett néhány liter tenyészetet elhelyezik a gyár legkisebb fermentorában, hogy aztán lassú kevergetés mellett pár száz litert állítsanak elő belőle. Ezt a mennyiséget azután egy nagyobb tartályba helyezik, ahol már több ezer liter baktérium készül el. A fermentorok rozsdamentes, állított henger alakú inox tartályok. A fermentáláskor a megfelelő szaporodáshoz biztosítják a kellő oxigénellátást, pH-értéket, hőmérsékletet és a szükséges tápanyagokat. Az itt készülő baktériumnak sejtje felépítéséhez ugyanazokra a tápanyagokra van szüksége, mint a természetben születő társainak. Az egyes baktériumfajokat külön-külön állítják elő, majd a legvégén keverik őket össze abban az arányban, amelyet az adott baktériumtrágya összetétele megkövetel.

nyok lebontására. Az élő szervezetek viszont jellemző módon légzést folytatnak, amihez oxigénre van szükségük, e folyamat során pedig szén-dioxid szabadul fel. Egy zárt műanyag kannában a rendelkezésre álló oxigén men�nyisége véges, és a keletkező széndioxid sem távozhat. A készítményben található baktériumok igényei ezért speciális követelményeket támasztanak a gyártóval szemben, akinek egyrészt olyan záró kupakot kell biztosítania, amelyen keresztül a gázcsere akadálytalanul végbemehet, másrészt annyi tápanyagot a közegben, amely lehetővé teszi a baktériumok túlélését a gyárból való kikerülés és a talajba juttatás egymástól távolabb eső időpontjai között.

A gyártási folyamatot megelőzi a laboratóriumi szakasz, amikor tiszta tenyészeteket állítanak elő az egyes baktériumfajokból. Ezek folyékony formában érkeznek a steril gyárba, ahol lépcsőzetes fermentációval ipari mennyiséget állítanak elő belőlük. A fermentáció, más néven erjesztés egy mindenki számára ismert, mikroorganizmusok által végzett folyamat, melynek során a mikrobák a meglévő szerves anyagot átalakítják. Évezredek óta segíti ez az eljárás az emberiséget. Ez a folyamat játszódik le a kefir, a bor, a kenyér és számos más élelmiszer előállításakor.

Kiszerelés

Az egyik leglényegesebb követelmény tehát, hogy a készítmény élő baktériumokat tartalmazzon, mert csak az élő szervezetek képesek a légköri nitrogén megkötésére, a kötött állapotban levő foszfor és kálium feltárására, és a talajban található növényi maradvá-

Célszerű kihasználni a gyártók és kiszállítók logisztikai hátterét. A felhasználás pontos idejét ismerve a folyamat optimálisan ös�szehangolható a gyártó, a forgalmazó és a felhasználó között. A trágya megvételét tehát érdemes a kijuttatáshoz igazítani és nem hónapokon keresztül otthon tárolni a készítményt.

A laboratóriumban néhány literes mennyiségben tiszta baktériumtenyészetek állítanak elő.

A kitenyésztett baktériumfajokat elszállítják a gyárba, ahol elindítják a lépcsőzetes fermentációs eljárást.

A fermentáció rozsdamentes tartályokban történik. Első lépésben csak néhány tíz litert állítanak elő a laboratóriumból kapott anyagból.

90


Tárolás


A készítmény napokig, néhány hétig való tárolása nem okoz problémát és minőségromlást, így egy hirtelen esőzést, bármilyen felmerült, de belátható időn belül orvosolható problémát (például az erőgép meghibásodását) nem tetéz a kannában élő baktériumok pusztulása. Ha valamilyen okból mégsem oldható meg a baktériumtrágya azonnali felhasználása, néhány szempontot érdemes betartani a tárolásakor. A baktériumok már korábban említett lélegzése miatt nem szabad baktériumtrágyát zárt, oxigénhiányos helyen tárolni. A kannákba kiszerelt készítményt száraz, hűvös, napfénytől védett helyen kell tárolni, nagy melegben tanácsos a pincébe vinni. Óvni kell a baktériumkészítményt a közvetlen ultraibolya sugárzástól és az erős napfénytől! Erre a kijuttatáskor is érdemes odafigyelni, és permetezővel végzett kijuttatást követően azonnal beforgatni a talajba a trágyát. Természetes körülmények között sem található számottevő baktérium a talaj felső 0–2 centiméterében az ott uralkodó szélsőséges éghajlati körülmények (UV sugárzás, hőmérsékletingadozás) miatt. Az orvosi rendelőkben és a steril laboratóriumokban sem véletlenül használnak UV fényt a fertőtlenítéshez, elpusztítva a baktériumokat és vírusokat. A baktériumtrágyát tartalmazó kannát még pár órára sem szabad a tűző napon hagyni, hanem gondosan, naptól védett helyen kell tartani. A gyártó által biztosított vizes közegben a

A fermentáció a legnagyobb tartályban ér véget, több tízezer anyag előállításakor. A folyamatot minden baktériumfajnál külön végzik el.

Kijuttatáskor fontos gazdasági követel-

mény lehet a trágya keverhetősége más készítményekkel, a jelenlegi költségszintek mellett ugyanis nem engedhető meg a többlet gépi munka. Több baktériumtrágya is összekeverhető a forgalomban levő gyomirtókkal, növényvédő szerekkel és talajfertőtlenítőkkel. Ha azonban folyékony műtrágyákkal keverjük a baktériumokat, előzetesen mindenképpen ellenőrizzük a műtrágya savasságát. Fontos az is, hogy a baktériumok a talajba kerüljenek, ezért a talaj vagy a növény felületére permezett szerekkel keverve a hatékonyságuk jelentősen csökkenhet. Baktérium- és gombaölő hatású szerrel együtt soha ne alkalmazzuk őket. A szerves és műtrágyával történő tápanyag-utánpótlás technológiája régóta megoldott kérdés. És ma már optimálisan működő eszközök állnak rendelkezésre a baktériumtrágya kijuttatására is. A készítmény alacsony hőmérsékleti viszonyok között is kijuttatható. Nyilvánvalóan télen, fagyott közegben nem működik a baktériumtrágya, hiszen a víz, mint közvetítő közeg kötött, szilárd állapotba kerül. Tavasszal azonban, mikor a földeken a felmelegedéssel párhuzamosan beindul a mikrobiális élet – ám a talaj állapota még nem megfelelő arra, hogy erőgépekkel rámenjünk –, a korábban kijuttatott baktériumok már aktívan dolgoznak. 30 °C feleti nappali hőmérséklet esetén a kijuttatást a talajművelő eszközökre vagy vetőgépre szerelt speciális elektromos pumpás szórószerkezettel célszerű végezni.

Az elkészült baktériumok megfelelő arányaival kikeverik az adott baktériumtrágyát. Az összeállított készítményt kannákba szerelik ki.

A kijuttatáskor különböző talajműveltek során a baktériumok a talajba kerülnek, és ott megkezdik munkájukat.

baktériumok semmilyen mechanikai sérülésnek nincsenek kitéve, azaz nem „törékeny” az áru. Ez érvényes a kijuttatásra is, nem kell aggódni azért, hogy a baktériumok szállítás, permetezés, vagy a beforgatás művelete során károsodást szenvednének.

Előkészítés

A folyékony baktériumtrágyák kijuttatása többféle időpontban és több módon illeszthető a termelési folyamatba. Azonban létezik néhány általános érvényű szabály, melynek megsértése a baktériumtrágyák hatékonyságának csökkenéséhez vezet. Soha nem szabad klóros csapvízzel hígítani a baktériumkészítményeket! A klór ugyanis fertőtlenítő – vagyis baktériumölő – hatású. Ezért adagolják az uszodák vizébe, vagy az ivóvízbe. Ha semmiképpen nem megoldható a klórmentes víz használata, akkor a baktériumtrágya hozzáadása előtt pár órán keresztül hagyjuk állni a csapvizet. Ha például reggel juttatjuk ki, akkor előző este töltsük meg vízzel a tartályt, és csak reggel adjuk hozzá a baktériumkészítményt. Főleg hosszabb ideig tárolt baktériumtrágya esetén érdemes a tartályba öntéskor egy beöntő szűrőn át leszűrni a készítményt. Így csökken a veszélye, hogy eldugul a szivattyún lévő szűrő.

Kijuttatás

91


Kijuttatás szántóföldi permetezővel

A folyékony baktériumkészítmények ugyan kijuttathatók hagyományos szántóföldi permetezővel is, de ennek használata csupán kis területek művelésénél ajánlott. Egyrészt költséges (hektáronként 3–4000 forint), másrészt használata esetén különösen fontos a technológiai fegyelem betartása, mivel a baktériumkészítmények legnagyobb ellensége a már említett UV sugárzás. A talajra permetezés után lehetőleg azonnal dolgozzuk be a készítményt. Mindenképpen javasolt, hogy a kijuttatás hajnalban vagy este történjen, és a permetezőt kövesse a bedolgozó gép is. Az egyenletes kijuttatás érdekében érdemes szélcsendes időt választani a művelethez. Szántóföldi permetezővel való kijuttatás esetén a készítményt hektáronként 100–300 liter klórmentes vízzel hígítjuk.

Kijuttatás speciális szórószerkezettel

Több baktériumtrágya-gyártó is forgalmaz speciálisan a készítmény kijuttatásához tervezett szerkezeteket. Ezek hígítás nélkül, optimális adagolással a megfelelő helyre juttatják ki a készítményt, legyen szó magágyelőkészítésről, vetésről, sorközművelésről, tarlókezelésről vagy ültetvénytelepítésről. Időjárástól függetlenül változatlan hatásfokkal, garantáltan sérülésmentesen tudják a talajba juttatni a baktériumokat. További nagy előnyük, hogy szorosan a technológiába illeszthetők. Az elektromos

vezérlésű szivattyúval rendelkező kijuttatók használatával vetés során a tartály töltése ös�szehangolható a vetőmag feltöltésével, egyéb talajmunkánál pedig – a tartálymérettől és baktériumkészítménytől függően – elég 10-30 hektáronként újratölteni. Léteznek szórókeretes megoldások, amelyeket magágykészítő, tarlóhántó, és egyéb sekély művelésre alkalmas munkagépre lehet felszerelni. A másik típust, az injektáló egységet leggyakrabban vetőgépre és különböző típusú lazítókra, gruberekre, sorközművelőkre szerelik rá. Több munkagépen többféle kijuttató egység is használható, ebben az esetben a tartály és a szivattyú szerelhető fixen az erőgépre is, vagy bármikor áthelyezhető egyik munkagépről a másikra.

Üzemanyag-megtakarítás

A baktériumtrágyázásnak van egy előnyös „mellékhatása”, melyet meg kell említenünk a kijuttatási technológiák tárgyalásakor, az üzemanyagárak évről évre való emelkedésekor. Ez pedig az erőgépek üzemanyag-fogyasztásának csökkenése. Már az első kezelés utáni évben megtakarítást érhetünk el, viszont a második évtől ez olyan mértékűvé válhat, amellyel érdemes számolni. Akkora üzemanyagfogyasztás-csökkenés is megvalósítható, amekkora – a műtrágyahasználat mérsékléséből adódó költségmegtakarítást nem véve számításba – önmagában gazdaságossá teszi a baktériumtrágyák használatát.

A szakszerű kijuttatás jutalma

A baktériumtrágyázás legnagyobb előnye a többi tápanyag-utánpótlási módszerrel szemben az, hogy folyamatos tápanyagellátást biztosít. A növények fiziológiai igényének figyelembe vételével végzett tápanyag-utánpótlásnak főként technológiai akadályai vannak, ezért a „feltöltő” típusú műtrágyázás vált általánossá. Igyekszünk annyi tápanyagot juttatni a talajba, amennyi a termesztett növényeink szükségletét teljes életciklusok alatt kielégíti. Azonban hiába juttatunk ki egyszerre minden tápanyagot az idényre, azt mind a növény nem tudja felvenni, a talajnak meg valamilyen formában tárolnia kell. A felesleges műtrágya nem marad meg a talajban, kimosódik, a növények számára felvehetetlen lesz. Ha belegondolunk, a kukorica tápanyagigénye akkor a legnagyobb, amikor már nincs lehetőségünk a talajba juttatni gyorsan felvehető tápelemeket. A korábban oda juttatott baktériumok viszont folyamatosan „dolgoznak”, és akkor is képesek a magas felvehető tápanyagszintet biztosítani, amikor az egyéb lehetőségek korlátozottak. A baktériumtrágya gyártási és kijuttatási folyamatának lényege a baktériumfajok vitalitásának megőrzése, és a célállomásra, azaz a talaj felső rétegébe, a gyökérzónába való eljuttatása. A baktériumtrágya élő anyag, mely semmi mást nem csinál, mint a megnövekedett mezőgazdasági igényekkel már nem arányos talajflórát arra a szintre emeli, ami egyensúlyba van a termőfölddel szemben támasztott követelményekkel.

N P

A baktériumok mobilizálják a talajban lévő anyagokból (a növényi és állati maradványokból, a humuszból, a talajban lévő vegyületekből) a tápanyagokat.

92

A szerves trágya és a műtrágya tápelemeinek mobilizáláshoz is baktériumokra van szükség. Ezek a trágyák a talaj mikroorganizmusai nélkül nem hasznosíthatók.


K N K N N P P K K

P N K P K P N

Az egyes baktériumfajok a növénynek számára szükséges formában állítják elő a tápanyagokat. Az eredmény életerősebb növények, nagyobb terméshozam.


Trágyázás a 21. században Az itt közölt összeállításban arra törekedtünk, hogy egy viszonylag új trágyázási módszert, a baktériumtrágyázást néhány fontos aspektusa mentén mutassuk be. Mivel a téma alaposabb megismerése legalább egy kötetet igényelne, itt valóban csak egy gondolati ív végigvitelére volt lehetőség. Bemutattuk a baktériumokat és azok működését. Példákkal szolgáltunk arra, hogy e mikrobák miként illeszkednek olyan alapvetően fontos globális rendszerekbe, mint amilyen a nitrogén, a foszfor vagy a kálium körforgása. A baktériumtrágyázás épp ezen, a mezőgazdasági tápanyag-gazdálkodás centrumában elhelyezkedő elemek növényekhez való eljuttatását segíti, kiegészítve és részben pótolva így az egyéb trágyázási módokat, csökkentve a környezeti károkat, növelve a termésátlagot. Hasznos lehet, ha a hatásmechanizmus jobb megértése érdekében lépésenként végigkísérjük azt az utat, amelyet a baktériumok bejárnak. Az első lépés a baktériumfajok laboratóriumi körülmények között, kis mennyiségben történő kitenyésztése. Ebből a tiszta tenyészetből

Ember tervez, baktérium végez. És az ember elégedetten megpihen.

a fermentációs eljárás során a gyárban állítanak elő nagyobb mennyiséget, amelyet kannákba töltenek. Így jut el a trágya a termelőhöz, aki a megfelelő berendezéssel a termőtalajba juttatja azt. A baktériumtrágyázás gazdaságosan egy műveletben történik például a tarló beforgatásával vagy a magágy előkészítésével. Előfordul az is, hogy a termelő a felülkezeléses kijuttatást választja: ennek során a baktériumok életükben valószínűleg először és utoljára könnyed repüléssel tölthetnek néhány másodpercet. A baktériumok nyomástűrése igen nagy: a permetező segítségével kijuttatott fajoknak az akár 20 bart elérő nyomás sem okoz gondot. A baktériumok a talajba kerülve azonnal megkezdik működésüket. Mindenekelőtt rendezik a viszonyukat a bennszülött baktériumokkal, majd a többnyire békés ismerkedés után belevágnak fajspecifikus „munkájukba”: megkötik a nitrogént, lebontják a cellulózt stb. Átlagosan fél óra elteltével már annyira telezabálták magukat, hogy a megnövekedett méret okozta problémát kénytelenek osztódással orvosolni. Ezt követően már kétszer annyi baktérium dolgozik a földben a jobb terméseredményért. Vajon van még egy trágyatípus a világon, amelynek a mennyisége a földbe juttatva növekszik? A talajba került baktériumok a gyökér körül kezdenek koncentrálódni, mivel ez a helyszín számukra, és a növények számára is sokkal kedvezőbb viszonyokat biztosít. Erre a legszembetűnőbb példát a nitrogén körforgásánál láttuk, ahol a Rhizobium baktériumok beépülnek a gyökérbe és ott gümőket képeznek. A növények számára felvehető tápanyagokat a talajban rendelkezésre álló formákból kell átalakítani. Ez többnyire szerves savak előállításával történik, amelyet vagy a növény vagy a baktériumok végeznek. A növény ezt úgy oldja meg, hogy a gyökerein keresztül savakat választ ki a talajba, amelyek a tápanyagokat mobilizálni tudják a részére. Ebben az esetben azonban a növény önmagától von el energiát, ami a növekedésében és végső soron a termésben is megmutatkozik. Ezzel szemben, amennyiben a baktériumok végzik el a műveletet, a növény fejlődésében látványos eredményeket tapasztalunk. Mégpedig azért, mert a mérések szerint a növény szerves anyagainak akár a 35 %-át is kiválasztja a gyökereken keresztül, ha tápanyagokhoz kell jutnia. Ezt a szignifikáns mennyiséget spórolják meg a baktériumok. A baktériumok tehát közvetítő szerepet játszanak a növény és annak tápanyagai között: abban segítenek, hogy a szervetlen és szerves anyagok átalakításával tápanyagokat nyerjenek ki a növény számára. Ha nincsenek

baktériumok, akkor a növény és a tápanyag közötti távolságot a növénynek magának kell leküzdenie – saját maga rovására. Ezt a kölcsönhatást kell tehát megértenünk. Ez az oka annak is, hogy a műtrágya önmagában nem megoldás. A műtrágya, amely a talajba kerül, éppen úgy nem lesz elérhető távolságban a növény számára, mint bármilyen más, talajban már addig is meglévő tápanyag. És itt – természetesen – nem feltétlenül a fizikai távolságra kell gondolni, hanem egy, a növény számára nem megfelelő, azaz felvehetetlen kémiai formára. A baktériumtrágya révén a talaj mikrobiológiai élete felpezsdül. Az aktív talajélet növeli az ásványi anyagok mennyiségét, és javítja a talaj szerkezetét. A jobb szerkezetű talaj pedig alkalmasabb a nagyobb mennyiségű nedvesség elvezetésére, ezáltal megakadályozza a tápanyagok kimosódását (a talaj savanyodását), amely szempont csapadékos idényben különösen fontos. A megváltozott időjárási és talajtani viszonyokhoz (szárazság, belvíz, kimerült földek), valamint a fokozódó elvárásokhoz (egyre nagyobb termésigény) a talajtáplálásnak is alkalmazkodnia kell. Ez az alkalmazkodás azonban előnyére válhat a mezőgazdaságnak, hiszen jobb minőségű lesz a talaj, miközben csökken a káros hatású műtrágyák bevitele. A változó körülmények kiszolgálásához és a nagyobb terméshozam eléréséhez megfelelő talajtáplálásra, vagyis baktériumtrágyára van szükség. A baktériumtrágya beforgatásával a jövőnket alapozzuk meg!

Válogatott bibliográfia Birkás Márta: Talajművelők zsebkönyve, Mezőgazda, 2010. Dieter Heinrich – Manfred Hergt: SH atlasz: Ökológia, Spinger-Verlag, 1995. Füleky Görgy (szerk.): Tápanyag-gazdálkodás, Mezőgazda, 1999. Helmeczi Balázs: Mezőgazdasági mikrobiológia, Mezőgazda, 1994. Loch Jakab – Nosticzius Árpád: Agrokémia és növényvédelmi kémia, Mezőgazda, 1992. Pethő Menyhért: A növényélettan alapjai, Akadémiai, 1998. Stefanovits Pál – Filep György – Füleky György: Talajtan, Mezőgazda, 1999. Szabó István Mihály: A bioszféra mikrobiológiája I–III., Akadémiai, 1988–1989. Szabó István Mihály: Az általános talajtan biológiai alapjai, Mundus, 2008.

93

írta, szerkesztette és tördelte: Lőrincz Gergely; illusztrálta: Sirály Dóri

Recommend Documents