BIOLOGINIS AZOTAS

BIOLOGINIS AZOTAS

Azotas yra vienas iš svarbiausių elementų reikalingų augalų vystymuisi ir augimui. Esant pakankamam jo kiekiui dirvožemyje, augalai užaugina didelį lapų paviršių, pailgėja jų vegetacijos periodas, derliuje susikaupia daugiau baltymų. Esant azoto trūkumui augalų lapai būna smulkūs, ima gelsti, greičiau bręsta, menkame derliuje susikaupia mažai baltymų, o grūdai, vaisiai ir daržovės būna smulkūs. Įprastai šio elemento trūkumas kompensuojamas mineralinėmis trąšomis. Tačiau, brangstant žaliavoms ir energijai, didėjant susirūpinimui dėl aplinkos teršimo mastų, populiarėjant ekologiniams ūkiams vis didesnį vaidmenį ir susidomėjimą įgauna biologinio azoto kaupimas agroekosistemose (Lapinskas ir kt., 2013; Staugaitis ir kt., 2008).

Biologinis azoto kaupimas (fiksacija)– procesas, kurio metu iš atmosferos paimtas molekulinis azotas paverčiamas augalams prieinamais azoto junginiais, tokiais, kaip amoniakas, nitratai, azoto dioksidas ir pan. Šis procesas natūraliomis dirvožemio sąlygomis yra paremtas fiksaciją vykdančių dirvožemio mikroorganizmų aktyvumu. Fiksaciją gali vykdyti daugelis mikroorganizmų rūšių. Kiekviena iš jų fiksuoja nedidelį kiekį azoto, tačiau bendras biologinio azoto fiksavimas gali sudaryti iki kelių šimtų kilogramų hektare per metus (Plioplytė, 2009; Ambrazaitienė, 2002).

Simbiotinio azoto fiksacija

Daugiausia fiksuoto azoto sukaupia (nuo 80 iki 460 kgN/ha ) simbiotrofinės bakterijos – gumbelinės bakterijos (rizobijos), gyvenančios pupinių augalų šaknų gumbeliuose. Daugiamečiai ankštiniai augalai ūkyje yra biologinio azoto fabrikai, kurie ištisai be perstojo dirba visą augalų vegetacijos laikotarpį. Todėl, siekiant padidinti dirvožemių derlingumą ir gyvulininkystės ūkių produktyvumą, būtina plėsti ankštinių augalų plotus (Lapinskas ir kt., 2013; Lapinskas, 2009).Kita vertus, nebūtina išskirtinai apsiriboti tik ankštinių augalų plotų didinimu. Gurevo, Zviagincevo, Koževino ir kitų autorių atlikti tyrimai parodė, kad gumbelinės bakterijos dauginasi ir be augalų, todėl jų skaičius, reaguodamas į aplinkos pokyčius (organines, mineralines medžiagas, dirvožemio pH ir kt.), gali kisti ( Abrazaitienė, 2002).

Ankščiau žemdirbiai manė, kad augalų naudą galima vertinti tik pagal jų išaugintą derlių. Tačiau, šis nusistatymas nėra teisingas. Sakykime, augindami raudonuosius dobilus 10 ha plote, pirmaisiais auginimo metais vidutiniškai sukaupiame 200 kg/ha biologinio azoto, arba 2 tonas iš viso ploto. Ekvivalentiškai tai atitiktų 6 tonas amonio salietros. Be to, net vidutinio derliaus dobilai (6 t/ha standartinio šieno) gali sukaupti apie 700 kg žaliųjų baltymų (Lapinskas, 2009).

Nesimbiotinio azoto fiksacija

Dideles perspektyvas turi nesimbiozinių (asociatyvių) azotą fiksuojančių mikroorganizmų (diazotrofų) panaudojimas. Asociatyvių mikroorganizmų poveikis yra įvairus: suaktyvina azoto fiksaciją, išskiria fiziologiškai aktyvias medžiagas, padidina sunkiai tirpstančių maisto medžiagų tirpumą, išskiria fungistatiškas ir bakteriostatiškas medžiagas. Tai pat, diazotrofai padidina azoto trąšų panaudojimo efektyvumą 15–35 %. Todėl biologinių preparatų naudojimas varpiniams augalams laikomas būtina ekologinių ūkių priemone, ypač tose šalyse, kur brangiai kainuojančios specialios azoto trąšos beveik nenaudojamos (Lapinskas, 2009; Lapinskas, 2008).

Labiausiai biologinio azoto fiksaciją įtakojantys veiksniai

Rizobijų paplitimui ir jų efektyvumui didelę reikšmę turi dirvožemio grupė ir jo granuliometrinė sudėtis bei agrocheminės savybės. Daugiausia visų rūšių gumbelinių bakterijų aptinkama lengvo priemolio ir glėjiškuose rudžemiuose. Sunkaus priemolio, molio ir priesmėlio dirvožemiuose rizobijų yra mažiau, o lengvuose priesmėlio ar smėlio dirvožemiuose šių bakterijų aptinkama labai mažai arba jų iš viso nėra (Lapinskas ir kt., 2013).
Natūraliai paplitusios gumbelinės bakterijos yra nepaprastai jautrios dirvožemio sąlygoms: dirvožemio rūgštingumui, maisto medžiagų trūkumui, drėgmės pertekliui, ilgiau užsitęsusioms sausroms bei kitiems nepalankiems veiksniams. Šie nepalankūs veiksniai sumažina gumbelinių bakterijų skaičių ir jų sugebėjimą patekti į augalo šaknis. Tačiau, dirvožemio rūgštingumas yra vienas pagrindinių veiksnių, lemiantis rizobijų paplitimą ir jų efektyvumą (Lapinskas ir kt., 2013).

Dirvožemyje, kurio pH mažesnis kaip 5,0, sutrumpėja pupinių augalų šakniaplaukiai, o dėl to pasunkėja ar visiškai nuslopinamas gumbelinių bakterijų įsiskverbimo procesas. Esant rūgščiam dirvožemiui ir Ca deficitui dirvožemyje, sumažėja rizobijų ląstelės, susilpnėja polisacharidų sintezė ir nuslopinamas gumbelių susidarymas. Esant mažam pH, padidėja sunkiųjų metalų (Al, Mn, Fe) tirpstamumas kurie tampa simbiozės trikdytojais, o Ca, Mg ir P tampa augalų ir mikroorganizmų maisto deficitiniais elementais. Esant šių elementų trūkumui, sutrinka azoto apykaita augaluose, o taip pat plastidžių, mitochondrijaus ir ribosomų sintezė. Gumbelių bakteroidinis audinys negali panaudoti iš sacharidų gaunamos energijos azoto fiksacijai (Lapinskas, 2010).

Veiksmingiausia priemonė, optimizuojanti dirvožemio reakciją, yra dirvožemio kalkinimas, kuris ne tik neutralizuoja dirvožemio pH, sumažina sunkiųjų metalų judrumą, bet ir suaktyvina naudingų mikroorganizmų veiklą. Atsiranda gumbelinių bakterijų veiksmingos populiacijos, pagerėja jų adsorbcija prie pupinių augalų šakniaplaukių ir tuo pačiu infekcinis procesas. Nukalkinus dirvožemius padidėja gumbelių masė ir azotą fiksuojančio fermento – nitrogenazės aktyvumas 29–39 % (Lapinskas, 2010).

Ypač teigiamai rizobijos reaguoja i organinę medžiagą. Nors šios bakterijos ir nepasižymi celiuliozę skaidančiomis savybėmis, tačiau gyvena metabiozėje su ją skaidančiais mikroorganizmais. Literatūroje nurodyta gana seniai, kad papildomas organinės medžiagos kiekis padidina aktyvių gumbelių skaičių bei nitrogenazės aktyvumą (Ambrazaitienė, 2002).

Kalbant apie asociatyvius azotą fiksuojančius mikroorganizmus, tai jų veiklą sąlygoja ne tik dirvožemio reakcija ir kitos su reakcija susijusios dirvožemio savybės, bet ir neankštinių augalų fotosintezės intensyvumas. Kuo intensyvesnis fotosintezės procesas, tuo daugiau augalas per šaknų sistemą į dirvožemį išskiria tirpių anglies junginių ir tuo labiau suaktyvinama asociatyvių mikroorganizmų azoto fiksacija (Lapinskas, 2008).

Sėklų inokuliavimas – veiksmingas būdas padidinti dirvožemio produktyvumą

JAV, Kanadoje, Anglijoje, Danijoje, Prancūzijoje, Belgijoje ir kitose žemės ūkio požiūriu išvystytose šalyse ankštinių ir kitų augalų sėkla apveliama (inokuliuojama) biologiniais (pvz.: nitragino, rizogeno, rizotorfino) preparatais, kuriuose yra padauginti selekcijos būdu išveisti mikroorganizmai, sugebantys dirvožemyje konkuruoti su natūraliai paplitusiais azotą fiksuojančiais mikroorganizmais. Sėklų inokuliavimas veiksmingais biologiniais preparatais sustiprina ankštinių augalų augimą, suvienodina pasėlį, padidina derlių, jo baltymingumą, padeda daugiau sukaupti azoto iš atmosferos.Inokuliuoti veiksmingais azotą fiksuojančių bakterijų štamais augalai turi galingesnę ir biocheminiu požiūriu aktyvesnę šaknų sistemą, gebančią iš gilesnių dirvožemio sluoksnių pakelti daugiau augalui reikalingų maistinių medžiagų (Lapinskas ir kt., 2013; Lapinskas, 2009).

Aplinkosauginis efektas

Nepaisant didelių azoto trąšų privalumų, jos turi ir esminių trūkumų. Azoto trąšoms gaminti reikia daug brangios energijos, o tradicinių energetinių išteklių atsargos sparčiai senka. Gamybos metu į aplinką išmetami didžiuliai anglies dvideginio ir kitų aplinką teršiančių šalutinių produktų kiekiai. Didesnių azoto trąšų normų naudojimas labai teršia aplinką, nes ne visą atiduotą mineralinį azotą , o tik 30-60 %, augalai panaudoja mitybai. Likusioji dalis dėl denitrifikacijos procesų suyra dirvožemyje ir išgaruoja į atmosferą arba su krituliais išsiplauna į gruntinius bei paviršinius vandenis ir juos užteršia. Netinkamai naudojant azoto trąšas, sukeliami azoto apytakos ciklo sutrikimai, kas sukelia cheminio nutekėjimo pavojus. Dideli šių trąšų kiekiai gadina pašarus ir kenkia gyvulių bei žmonių sveikatai (Lapinskas, 2009; Cherkasov et al., 2015).

Taigi, sprendžiant azoto problemas ir siekiant nepažeisti ekosistemų, mokslininkai siūlo du būdus: racionaliai naudoti mineralinį azotą ir maksimaliai – biologinį azotą. Biologinis azotas, priešingai negu mineralinis, nereikalauja papildomų išlaidų gamybai ir transportavimui, natūraliai praturtina augalus baltymais. Visose žemdirbystės sistemose, taip pat ir ekologinėje, mikroorganizmų sukauptas azotas neribojamas jokiais Europos Sąjungos reglamentais (Lapinskas, 2009; Lapinskas ir kt., 2013).

 

Informacijos šaltinių sąrašas
Ambrazaitienė D. 2002. Simbiotinio azoto fiksavimo skirtinguose dirvožemiuose galimybių tyrimas. Žemės ūkio mokslai. Nr. 1, P.10-19.
Cherkasov N., Ibhadon A.O., Fitzpatrick P. 2015. A reviewoftheexistingandalternativemethodsforgreenernitrogenfixation. ChemicalEngineeringandProcessing. Vol. 90, P. 24–33.
Lapinskas E. 2008. Rhizobium ir mineralinio azoto reikšmė, formuojant asociatyvią azotą fiksuojančią sistemą su vasariniais rapsais. Žemdirbystė / Zemdirbyste / Agriculture. T. 95, Nr. 2, 29–44 p.
Lapinskas E. 2009. Biologinio azoto naudojimo perspektyvos. Prieiga per: www.manoukis.lt/print_forms/print_st_z.php?s=1794&z=82.
Lapinskas E. 2010. Dirvožemio rūgštingumo (pH) įtaka gumbelinių bakterijų paplitimui ir biologinio azoto fiksacijai. Ekonomika ir vadyba: aktualijos ir perspektyvos. Nr. 3 (19), P. 217–222.
Lapinskas E., Ambrazaitienė D., Karčauskienė D. 2013. Kaip padidinti biologinio azoto atsargas ūkyje. Prieiga per: http://manoukis.lt/mano-ukis-zurnalas/augalininkyste/3029-kaip-padidinti-biologinio-azoto-atsargas-ukyje.
Plioplytė K. 2009. Biologinio azoto susikaupimas agrocenozėse. Magistratūros baigiamojo darbo rankraštis. Lietuvos žemės ūkio universitetas. Akademija: 47 p.
Staugaitis G., Mažvila J., Vaišvila Z. 2008. Mineralinis azotas dirvožemyje – augalų „duona“. Prieiga per: http://www.ukioklubas.lt/straipsniai/lietuvos-zemes-ukis/mineralinis-azotas-dirvozemyje-augalu-duona-1444.

Connect with Me: