Tylko niewielka część całkowitej zawartości azotu w glebie, najczęściej mniejsza niż 5% jest bezpośrednio dostępna dla roślin. Oszacowano, że poprzez biologiczne wiązanie azotu corocznie na świecie do gleb wprowadzane jest nawet 170 mln ton tego pierwiastka. W tym ilość azotu związanego przez mikroorganizmy występujące w układach symbiotycznych z roślinami stanowi od około 70 do 80%, natomiast pozostałe 20 - 30% jest wprowadzane do gleby przez mikroorganizmyniesymbiotyczne (wolnożyjące), takie jak Azotobacter sp.
czyli najważniejszym pierwiastkiem wpływającym na wzrost roślin ma kluczowe znaczenie ze względu na jego podatność na wymywanie z gleby oraz możliwość jej zakwaszania. Jest to ogromny problem z punktu widzenia zrównoważonego rolnictwa, ponieważ duże straty azotu przyczyniają się do zmniejszenia plonów roślin, jak również skażenia wód gruntowych. Obecna polityka rolna naszego kraju, w tym Europejska Strategia Bioróżnorodności (2020) narzuca polskiemu rolnictwu konieczność ograniczenia nawozów mineralnych o 20% do 2030 roku.
Niestety naturalne zasoby azotu w glebie nie pokrywają zapotrzebowań produkcyjnych roślin uprawnych, a dodatkowo wzrost cen nawozów mineralnych sprawia, że rolnicy zmuszeni są szukać rozwiązań korzystnych ekonomicznie. Alternatywą dla nawożenia mineralnego są wybitnie tlenowe, wolnożyjące bakterie z rodzaju Azotobacter, które wiążąc wolny azot, przekształcają go z formy niedostępnej dla roślin w dostępną. Powyższy mechanizm polega na pozyskaniu azotu cząsteczkowego (N2) i przekształcaniu go do zredukowanej formy, czyli amoniaku, który następnie w komórkach bakteryjnych jest dalej przekształcany do aminokwasów, a następnie białek komórkowych. Wszystkie mikroorganizmyzdolne do redukowania azotu z powietrza (N2) przeprowadzają ten proces przy użyciu nitrogenazy (enzymu).
Efektywność pozyskania azotu przez bakterie azotowe z rodzaju Azotobacter wynosi średnio od 10 do 50 kg N/ha/rok. Te przeprowadzają proces wiązania azotu, zwany diazotrofią na potrzeby własnego metabolizmu, a więc nie wydzielają tego pierwiastka do podłoża od razu. Trafia on do gleby zaraz po obumarciu komórek bakterii. Azotobacter sp. najliczniej zasiedlają strefę przykorzeniową roślin tzw. ryzosferę, skąd azot może być szybko pobierany przez rośliny.
Oprócz wiązania wolnego azotu Azotobacter sp. wydzielają fitohormony (cytokininy, auksyny i gibereliny) i witaminy z grupy B (kwas nikotynowy i pantotenowy) promujące wzrost roślin. Produkcja wyżej wymienionych substancji przyczynia się m.in. do zwiększenia powierzchni chłonnej korzenia, co ułatwia silniejsze pobieranie składników odżywczych zawartych w glebie. Niniejsze bakterie wykazują również zdolności do uwalniania fosforu z nieorganicznych i organicznych połączeń, zwiększając tym samym jego dostępność dla twoich roślin. Produkują także siderofory (cząstek wychwytujące żelazo), jak również antybiotyki dzięki czemu przejawiają działanie antypatogenne, w szczególności przeciwgrzybicze. Wiele szczepów Azotobacter sp. wytwarza pigmenty np. A. chroococcum tworzy ciemnobrązowy, rozpuszczalny w wodzie pigment - melaninę, która chroni bakteryjną nitrogenazę, biorącą udział w pozyskaniu azotu atmosferycznego przed destrukcyjnym działaniem tlenu.
Azotobacter sp. występuje naturalnie w różnych glebach, różnych stref klimatycznych. Najszerzej rozpowszechnionym gatunkiem w glebach całego świata, w tym Polski jest Azotobacter chroococcum. Jego liczebność jest jednakże zmienna, zależna od rodzaju gleby, a w szczególności jej odczynu. Wysoką liczebność omawianych bakterii notuje się w glebach średnich i ciężkich, ponad 2000 jtk (jednostek tworzących kolonie) na gram gleby, a znacznie mniejszą na glebach lekkich, gdzie wynosi średnio 44-200 jtk na gram gleby.
W celu zwiększenia liczby tych pożytecznych organizmów w glebie stosować można dostępne na rynku bionawozy lub preparaty mikrobiologiczne, zawierając w swoim składzie niniejsze drobnoustroje (np. Free N100). Bardzo istotne jest jednakże odpowiednie przygotowanie gleby, w szczególności regulacja odczynu, która zapewnia optymalny rozwój oraz namnażanie się komórek Azotobacter sp.
Kwaśny odczyn ogranicza rozwój Azotobacter sp., doprowadzając w glebie do zwiększenia dostępności związków glinu, który w wysokich stężeniach staje się nich toksyczny. Dodatkowo niska zawartość wapnia prowadzi do zmniejszenia dostępności molibdenu, będącego ważnym składnikiem bakteryjnej nitrogenazy, odpowiadającej za pozyskanie azotu atmosferycznego. Dlatego istotne jest, aby aplikować preparaty zawierające bakterie tego rodzaju na gleby, gdzie stężenie jonów wodorowych jest zbliżone lub wyższe od wartości pH 6. Okazuje się również, że zarówno niedobór, jak i nadmiar wody, podobnie jak mineralne nawozy azotowe i wysokie zasolenie gleby mogą ograniczać przebieg procesu pobierania azotu. Innym ważnym czynnikiem wpływającym na namnażanie Azotobacter sp. w glebie jest dostępność materii organicznej, zwłaszcza łatwo przyswajalnych źródeł węgla.
W niekorzystnych warunkach środowiskowych (susza, przymrozki, chemiczne środki ochrony roślin) Azotobacter sp. jest w stanie przetrwać dzięki produkcji cyst, czyli komórek otoczonych grubą błoną, szczególnie odpornych na suszę. Występując w tej spoczynkowej formie komórki omawianych bakterii nie mogą się rozmnażać, ani rozwijać. Jednakże w momencie kiedy w środowisku glebowym zapanują warunki korzystne, Azotobacter sp. przekształca się z cyst w formę zdolną do namnażania i aktywnego wiązania azotu atmosferycznego.
Wykazano, że stosowanie preparatów opartych na Azotobacter sp. przyczynia się do silniejszego rozwoju systemu korzeniowego roślin i krzewienia roślin, jak również pozwala na uzyskanie wyższego ich plonu (Fot. 1).
Fot. 1 Zalety stosowania Azotobacter sp. w uprawach roślin (Azotobacter na podłożu hodowlanym - A oraz widok komórek spod mikroskopu - B)
Najskuteczniejszymi sposobami wprowadzania niniejszych mikroorganizmów do środowiska jest zaprawianie nasion lub stosowanie doglebowe. Tego rodzaju preparaty mikrobiologiczne, ze względu na działanie promieniowania UV będącego składową światła słonecznego najlepiej stosować rano lub po lekkich opadach deszczu, w pochmurne dni. W trakcie stosowania i przechowywania tych biopreparatów ważne jest przestrzeganie zaleceń producenta, ponieważ zawarte w nich mikroorganizmy są wrażliwe na zmiany czynników środowiskowych. Przykładowo przechowywanie w zbyt wysokiej temperaturze prowadzić będzie do zamierania komórek mikroorganizmów, na skutek denaturacji ich białek komórkowych. Również chlor zawarty w wodzie wodociągowej, która często służy do rozcieńczania biopreparatu może uszkadzać komórki bakterii, dlatego istotne jest użycie wody odchlorowanej.
Dzięki zdolności do wiązania azotu atmosferycznego, udostępniania roślinom substancji odżywczych w wyniku mineralizacji materii organicznej, solubilizacji fosforanów, produkcji hormonów wzrostu, poprawy zdrowotności roślin, jak również poprawy żyzności gleby bakterie z rodzaju Azotobacter stosowane w postaci bionawozów lub biopreparatów wydają się być najlepszą alternatywą dla azotowych nawozów mineralnych.
Użycie wolnożyjących bakterii wiążących azot atmosferyczny w uprawach roślin warzywnych oraz o znaczeniu gospodarczym wychodzi naprzeciw obecnej polityce rolnej naszego kraju, zgodnie z którą nad metody chemiczne upraw powinno się przedkładać metody biologiczne, przyjazne dla środowiska. Stosowanie Azotobacter sp. w warunkach polowych w połączeniu z nawożeniem organicznym oraz regulacją odczynu gleby pozwala na uzyskanie wysokich plonów roślin. Niemniej jednak zmienność warunków środowiskowych sprawia, że najlepsze rezultaty w promowaniu wzrostu roślin uzyskuje się po stosowaniu tego rodzaju bioproduktów do upraw pod osłonami, gdzie możliwa jest stała kontrola warunków otoczenia i podłoża.
Autorka
Uzupełniając artykuł Pani Profesor. Aby uzupełnić azot mineralny podczas wegetacji (rozwoju roślin) powinno się zastosować azot właśnie pochodzenia biologicznego - np. Azotobacter chroococcum z np. preparatu Free N100 (Gaiago). Zwiększamy w ten sposób ilość azotu dostępnego dla roślin. Jest to rozwiązanie na bolączkę panujących wysokich cen nawozów azotowych, ale również daje inne korzyści - zmniejsza presję patogenów w glebie, stymuluje roślinę do wytwarzania fitohormonów oraz poprawia sprawność biologiczną gleby poprawiając jej właściwości.
Zaopatrzenie roślin w tego rodzaju azot, nie musi być uwzględniany w bilansie nawożenia oraz może być stosowany w uprawach ekologicznych (Certyfikat IUNG). W ten sposób jesteśmy w stanie uzupełnić ilość azotu dostępnego w glebie o min. 30 kg (dostarczając azot z powietrza). Co ważne dawka to niewielka ilość preparatu (0,5l/ha) i można go łączyć z herbicydami. Aplikacja jest opryskiem bezpośrednio do gleby (nie nalistnie), ponieważ bakteria powinna znaleźć i namnozyć się właśnie w glebie. Preparat może być używany w uprawach rolniczych (rzepak, pszenica, burak cukrowy, kukurydza) jak również w warzywach (kapusta, marchew, cebula, sałata, papryka, ogórek, etc.), sadach (jabłoń, grusza, wiśnia, czereśnia) i owocach (truskawka, malina, etc.) oraz wielu innych - tutaj nie ma ograniczenia ani przeciwwskazań.
Azot z formy biologicznej jest efektywny ponieważ bakterie dostarczają tego składnika wtedy, kiedy roślina pracuje (jest aktywna). Działa to na zasadzie wzajemności, synergii - bakteria oddaje azot otrzymując wydzieliny korzeniowe, które są pożywką - źródłem energii dla bakterii. Rozwój bakterii jest również aktywny i dostarcza azotu niezależnie od warunków pogodowych, ponieważ cała "fabryka azotu" znajduje się w ziemi. Pozwala to plonować roślinom nawet w przypadku mniejszej dostępności azotu lub niekorzystnych warunków pogodowych, uniemozliwających apikację azotu z tradycyjnych źródeł (np. tuż po zimie a przed pierwszą dawką azotu mineralnego - rzepak ozimy). Zaopatrzenie w ten sposób roślin w azot ma zdecydowanie korztystny wpływ na ich rozwój dając im dodatkowe kg azotu do wykorzystania "od zaraz".
