Mikroorganizmy glebowe należą do najliczniejszych i najbardziej różnorodnych organizmów na Ziemi. Ich biomasa stanowi ponad 5% materii organicznej gleby. Gleby żyzne charakteryzują się bardzo dużą bioróżnorodnością mikrobiologiczną, zawierają bowiem w 1g od kilku milionów do kilku miliardów bakterii oraz kilkaset tysięcy grzybów mikroskopowych. Najwyższa liczebność mikroorganizmów obserwowana jest w górnej warstwie glebie (od 0 do 15 cm), głównie ze względu na dostępność substancji pokarmowych i odpowiednie jej natlenienie. W 15-centymetrowej warstwie gleby pobranej z jednego hektara znajduje się od 1,5 do 7,2 ton mikroorganizmów (bakterii, grzybów mikroskopowych, glonów jednokomórkowych i sinic).
Duża ich zawartość oraz różnorodność w glebach sprawia, że są odpowiedzialne za wiele ważnych procesów. To właśnieone odgrywają kluczową rolę w rozkładzie i obiegu składników odżywczych dla roślin, jak również w tworzeniu związków próchnicznych. Przeciwdziałają erozji i uczestniczą w tworzeniu struktury gruzełkowatej gleby, przeprowadzają proces detoksykacji gleby, rozkładając substancje toksyczne np. pestycydy. Ponadto kontrolują liczbę patogenów w glebie i stymulują wzrost roślin (Schemat 1).
Z danych statystycznych jednoznacznie wynika, że obecnie około 40% światowych gleb rolniczych jest poważnie zdegradowane, natomiast 24% powierzchni gleb produkcyjnych podlega ciągłej degradacji. Wymaga to opracowania alternatywnych i zrównoważonych technik zarządzania składnikami odżywczymi, które mogą przywrócić żyzność takich glebom. Obecna polityka rolna stawia polskie rolnictwo przed ogromnym wyzwaniem dotyczącym konieczności zapewnienia wysokiego poziomu plonowania roślin przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia nawozów mineralnych i chemicznych środków ochrony roślin. Jedną z wytycznych Europejskiej Strategii Bioróżnorodności jest bowiem ograniczenie o 50% utraty składników odżywczych z gleby, przy jednoczesnym zmniejszeniu stosowania nawozów mineralnych o co najmniej 20% do 2030 roku.
Właściwości pożytecznych mikroorganizmów glebowych sprawiają, że obecnie prowadzone są liczne badania nad wykorzystaniem ich potencjału do zwiększenia produktywności i utrzymania żyzność gleb, przy jednoczesnym obniżeniu zużycia nawozów mineralnych i chemicznych środków ochrony roślin.
Według Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi nie jest możliwa wyłączenie ekologiczna uprawa roślin o znaczeniu gospodarczym, ponieważ nie zapewni ono wystarczającej ilości żywności koniecznej do wyżywienia globalnej populacji. Dlatego tak istotne jest zrównoważone nawożenie roślin, oparte na ograniczaniu nawozów mineralnych, przy jednoczesnym zwiększeniu stosowania nawozów naturalnych lub/i organicznych w połączeniu z pożytecznymi mikroorganizmami m.in. z rodzaju Azotobacter, Bacillus Pseudomonas jak również Trichoderma, wprowadzanymi dolistnie lub doglebowo w postaci biopreparatów lub bionawozów. Stymulacja wzrostu roślin przez wymienione drobnoustroje polega między innymi na uzupełnianiu niedoborów składników pokarmowych, poprzez mineralizację materii organicznej pochodzącej z resztek roślinnych, czy nawozów naturalnych, tworzeniu związków próchnicznych, udostępnianiu mineralnych form fosforu, wiązaniu azotu atmosferycznego, produkcji fitohormonów promujących wzrost roślin, jak również ochronie przed działaniem patogenów. Wiadomo również, że bakterie i grzyby mikroskopowe poprawiają strukturę gleby dzięki produkcji śluzów składających się głównie z polisacharydów. Wspomniane śluzy, strzępki grzybów i promieniowców oraz produkowane przez mikroorganizmy związki humusowe odpowiedzialne są za łączenie niewielkich gruzełek gleby w większe agregaty, co przyczynia się do poprawy warunków wodno-powietrznych w glebie. To z kolei sprzyja lepszemu rozwojowi bakterii tlenowych, korzeni roślin, jak również przeciwdziała erozji, zabezpiecza glebę przed wysychaniem, zwiększają zawartość rozpuszczalnych w wodzie związków organicznych i mineralnych oraz polepsza żyzność gleby.
Liczebność i aktywność mikroorganizmów uwarunkowana jest wieloma czynnikami. Jednym z czynników regulujących aktywność mikroorganizmów w glebie jest dostępność materii organicznej, której tempo mineralizacji uzależnione jest w dużej mierze od stosunku węgla do azotu (C/N), jak również odczynu gleby.
Z danych IUNG-PIB Puławy wynika, że obecnie obserwuje się postępujące zakwaszenie gleb w Polsce. Szacuje się, że obecnie około 60% gleb wymaga wapnowania. Wapnowanie oprócz stymulacji bioróżnorodności mikroorganizmów przyczynia się do intensyfikacji wiązania azotu atmosferycznego przez bakterie wolnożyjące np. Azotobacter sp. (zdolne do asymilacji azotu w ilości 10–50 kg N ha-1 rok-1), jak również stymulacji zjawiska symbiozy mykoryzowej, zachodzącej między 80% wszystkich roślin (za wyjątkiem kapustnych i komosowatych) a wspomagającymi wzrost i zdrowotność roślin grzybami mykoryzowymi (np. Glomus sp.).
W glebach kwaśnych intensywnie rozwijają się grzyby strzępkowe, natomiast w glebach o odczynie obojętnym lub lekko zasadowym będą dominować bakterie, ponadto takie gleby cechować się będą większą bioróżnorodnością mikrobiologiczną. Wiele z gatunków grzybów to mikroorganizmy pożyteczne, jednakże pamiętać należy o tym, że występują wśród nich gatunki patogenne dla roślin, jak również produkujące toksyczne mykotoksyny (np. niektóre gatunki Aspergillus, Penicillium, Fusarium) o działaniu bakteriobójczym, w stosunku do bakterii wiążących azot atmosferyczny. Silny rozwój grzybów pleśniowych przyczynić się może również do nadmiernej produkcji kwasów organicznych, co z kolei doprowadzi do dalszego zakwaszenia gleby, a tym samym do zmniejszenia dostępności składników pokarmowych w glebie (m.in. fosforu, wapnia, magnezu) i jednocześnie zwiększenia dostępności metali ciężkich. Wykazano również, że rozkład materii organicznej przez bakterie jest bardziej korzystny dla roślin, niż przez grzyby. Grzyby pleśniowe zużywają bowiem 30-60% rozkładanej przez siebie materii organicznej na budowę własnych komórek, podczas gdy bakterie zaledwie 5-10%. Na jednostkę rozkładanego związku organicznego grzyby uwalniają więc mniej amoniaku i dwutlenku węgla, ich działalność jest więc mniej ekonomiczna niż bakterii.
Regulacja odczynu gleby jest więc istotnym czynnikiem warunkującym optymalny rozwój oraz aktywność mikroorganizmów glebowych, a tym samym wydajną mineralizację wprowadzonej do gleby materii organicznej oraz tworzenie próchnicy glebowej. Tempo rozkładu wprowadzonej do gleby materii organicznej przy udziale mikroorganizmów uzależnione jest ponadto od rodzaju oraz ilości przyoranej masy organicznej, stopnia jej rozdrobnienia, jak również od temperatury i wilgotności gleby. W miarę przesuszenia gleb aktywność mikroorganizmów, w szczególności bakterii zmniejsza się. Maleje również poziom rozpuszczalnych form azotu, fosforu i siarki, jednakże grzyby zostają aktywne nawet przy bardzo niskim potencjalne wodnym.
Dodatki organiczne, takie jak obornik, kompost, czy resztki pożniwne stymulują rozwój i aktywność mikroorganizmów glebowych, co pozytywnie wpływa na żyzności i zdrowotność gleby. Obecnie obniżenie jej żyzności bardzo często rekompensowane jest nawożeniem mineralnym, w szczególności azotowym, co przyśpiesza mineralizację wprowadzonej materii organicznej, jak również próchnicy, obniżającym tym samym produktywność gleby. Zubożenie gleby w próchnicę skutkuje wieloma niekorzystnymi zjawiskami, przyczynia się bowiem do pogorszenia jej stosunków wodno-powietrznych, jak również do wypłukiwania składników pokarmowych do wód gruntowych. Dlatego obecnie dąży się opracowania alternatywnych i zrównoważonych technik zarządzania składnikami odżywczymi, które mogą przywrócić żyzność glebom. Zintegrowane zarządzanie nawozami naturalnymi lub/i organicznymi, resztkami pożniwnymi, wapnowanie gleby oraz stosowanie dostępnych na rynku preparatów mikrobiologicznych, zawierających m.in. bakterie z rodzaju Azotobacter, czy Bacillus wydaje się być dobrym rozwiązaniem problemu dotyczącego deficytu próchnicy glebowej i powinno stać się integralną częścią zrównoważonego rolnictwa.
Autorka
