hrvatski

Djelovanje različitih sojeva Bradyrhizobium japonicum i biostimulatora rasta na simbioznu fiksaciju azota i prinos soje

Od globalnog je interesa očuvanje tla kao nezamjenjivog resursa. Suvremena mikrobiologija tla daje mnogobrojne dokaze o značaju i ulozi mikroba za održivi razvoj i korištenje tla. Isto tako, mnogobrojni podaci iz literature ukazuju da postoje različiti utjecaji mineralnih gnojiva i pesticida na mikrobe i mikrobiološke procese u tlu. Međutim, sve ove informacije nisu dovoljne za osiguravanje rješavanja sa mikrobima povezanim problemima okoliša. Uz to, sve se više iscrpljuju fosilni izvori energije (nafta, plin, ugljen) pa su mineralna gnojiva, posebno azotna, sve skuplja, a potrebe za hranom sve veće radi nezaustavljivog rasta ljudske populacije na Zemlji. Upravo vezano uz sve navedeno, agronomska struka suočena je sa donošenjem odluka o ispravnom gospodarenju tlom kao i remedijaciji oštećenih tala. Jedan od glavnih izvora popunjenja azotnog fonda oraničnih tala je biološka fiksacija molekularnog azota iz atmosfere. Iznad svakog hektara tla i voda, prema FAO podacima, u atmosferi se nalazi 6.400 kg azota koji u plinovitom obliku nije pristupačan biljkama. Azot postaje glavno ograničavajuće hranivo za većinu poljoprivrednih usjeva, pa je osim fotosinteze, za rast i razvoj biljaka najvažnija asimilacija azota. Produkcija visokokvalitetne i proteinima bogate hrane u velikoj mjeri ovisi o dostupnosti azota. Dosadašnji koncept poljoprivredne proizvodnje (visoka ulaganja kapitala i visoki prinosi) izazvao je brojne štetne učinke u smislu degradacije tla i njegove kontaminacije, povećane ekološke rizike vezane uz zagađenje podzemnih voda i eutrofikaciju otvorenih vodotokova, pa su na taj način stvoreni, na prvi pogled nepomirljivi zahtjevi između ekonomske i ekološke djelotvornosti poljoprivrede. Svjetski trend je proizvodnja dovoljnih količina zdravstveno ispravne hrane kojim je započela tzv. četvrta revolucija u poljoprivredi nazvana biološkom, a koja se temelji na održivosti (sustainability) poljoprivrede. Uspješni inputi azota kroz biološku fiksaciju u poljoprivrednoj praksi vode ka ekonomski opravdanoj i ekološki prihvatljivoj poljoprivrednoj proizvodnji. Simbiozna fiksacija molekularnog azota u potpunosti udovoljava glavnim zahtjevima gospodarenja tlom kao što su: produktivnost, sigurnost, zaštita prirodnih resursa, ekonomičnost i socijalna prihvatljivost sistema. Biološkom fiksacijom azota na globalnoj razini osigurava se 175x106 tona azota, što iznosi preko 70% ukupno fiksiranog azota na Zemlji svake godine. Od ove ukupne količine, na simbioznu fiksaciju sa leguminozama otpada 80x106 tona azota godišnje, što se procjenjuje na ukupno 50% fiksiranog azota na Zemlji. Najveće praktično značenje u obogaćenju tla azotom na račun njegova usvajanja iz atmosfere imaju slijedeće skupine mikroorganizama tla: kvržične bakterije iz rodova Rhizobium, Bradyrhizobium, Synorhizobium i Azorhizobium koje fiksiraju molekularni azot u simbiozi s leguminozama. Zbog ekonomskog značaja biološke fiksacije dušika i moguće zamjene skupog mineralnog azota, a i potpunog izostavljanja gnojidbe azotnim gnojivima, u posljednjih 20 godina posebna pažnja je usmjerena na selekciju efikasnih sojeva bakterija iz rodova Rhizobium i Bradyrhizobium, te iznalaženju najkvalitetnije simbiozne zajednice sorta soje x soj B. japonicum kako bi se maksimalno iskoristio prirodni proces simbiozne fiksacije azota i povećala proizvodnja proteina u zrnu soje. Na taj način, mogla bi se povećati i opskrbljenost tla preostalim količinama biološkog azota nakon žetve soje, a koje bi mogli koristiti naredni usjevi u plodosmjeni. Kada govorimo o soji, moramo uvažiti činjenicu da je ona najraširenija leguminoza u svijetu, uzgaja se na površini od oko 70 milijuna hektara, pa metode kojima se eventualno može utjecati na povećano vezanje atmosferskog azota predstavljaju glavni cilj u naporima za smanjenje upotrebe skupih azotnih gnojiva i izbjegavanje negativnih posljedica koje ta upotreba izaziva. U ovim istraživanjima polazi se od hipoteze da selekcionirani sojevi Bradyrhizobium japonicum kao i biostimulatori rasta, mogu utjecati na efikasnost simbiozne fiksacije molekularnog azota, a time i prinos soje kao jedne od najznačajnijih leguminoza u ishrani ljudi i životinja. Glavni cilj ovih istraživanja je provjera utjecaja predsjetvene bakterizacije soje različitim sojevima Bradyrhizobium japonicum i primjene bioalgena kao biostimulatora rasta na nodulaciju i prinos soje u agroekološkim uvjetima Baranje. Prije postavljanja poljskih pokusa, u kontroliranim uvjetima u stakleniku, postaviti će se vegetacijski pokus koji će nam dati osnovne parametre za konačnu odluku o dizajniranju pokusa u polju. Putem vegetacijskog pokusa provjeriti će se utjecaj predsjetvene bakterizacije sjemena soje kao i predsjetvenog oblaganja sjemena soje fungicidima te folijarne primjene bioalgena na nodulaciju i efektivnost simbiozne fiksacije azota. S namjerom da se provjeri efektivnost simbiozne fiksacije azota u vegetacijskim pokusima u stakleniku promatrati će se slijedeći parametri: - broj i masa suhe tvari kvržica - sadržaj ukupnog azota u biljci i stabljici, te sadržaj ureida - sadržaj klorofila a i b, a + b u listu U uvjetima polja, uz gore navedene parametre, pratiti će se još: - prinos soje - sadržaj proteina u zrnu, kao osnovni parametri za procjenu stvarne efektivnost simbiozne fiksacije u polju na soji kao test biljci na kojoj se ova istraživanja provode. Isto tako procijeniti će se interakcijski odnosi između faktora djelovanja u vegetacijskim i poljskim pokusima. U odnosu na glavni cilj istraživanja provedeni su laboratorijski, vegetacijski i poljski pokusi s namjerom da se dobiju odgovori na efikasnije korištenje biološke fiksacije azota. Kako je za sva istraživanja ove vrste potrebno prethodno provjeriti kompatibilnost između soja Bradyrhizobium japonicum i sorte soje Tisa, izvršena su laboratorijska istraživanja u kojima je nedvojbeno dokazano da ta kompatibilnost postoji. Primjena bakterizacije sjemena soje značajno je pozitivno utjecala na sva istraživana svojstva. U prvom redu značajno je povećala broj i masu suhe tvari kvržica, postotak azota u biljci i stabljici te sadržaj ureida u biljci i sadržaj klorofila a odnosno a+b sve u odnosu na kontrolnu nebakteriziranu varijantu. Rezultati istraživanja djelovanja različitih sojeva Bradyrhizobium japonicum i biostimulatora rasta na simbioznu fiksaciju azota i prinos soje provedeni su u laboratorijskim uvjetima, vegetacijskim pokusima u stakleniku i poljskim pokusima u agroekološkim uvjetima Baranje. Ovi rezultati dozvoljavaju sljedeće zaključke: Dokazana je kompatibilnost između u pokusu korištenih sojeva B.japonicum D344 i USDA110 i sorte soje Tisa koja je korištena kao test kultura. Isto tako je dokazano da sojevi D344 i USDA110 pripadaju genetskim različitim podgrupama vrste B.japonicium. U vegetacijskim pokusima u stakleniku, u odnosu na glavni cilj istraživanja, izvršena je procjena utjecaja bioalgena, predsjetvenog oblaganja sjemena soje fungicidima te bakterizacija sjemena sojem B.japonicum D344 na simbioznu efektivnost. Primjena bakterizacije sjemena soje značajno je i pozitivno utjecala na sva istraživana svojstva (p<0, 05 ; p<0, 01). Značajno je povećan broj i masa suhe tvari kvržica, postotak azota u nadzemnom dijelu biljke soje sorte Tisa, koncentracija ureida, kao i koncentracija klorofila a odnosno a+b u odnosu na kontrolnu nebakteriziranu varijantu. Folijarna primjena bioalgena značajno je utjecala na povećanje postotka azota u nadzemnom dijelu biljke i stabljici te na povećanje koncentracije klorofila a odnosno a+b. Predsjetveno oblaganje sjemena soje fungicidma kao i kombinacija fungicdi + aminokiseline negativno je utjecala na broj kvržica. Kombinacija fungicidi + aminokisline je uvjetovala signifikantno smanjenje mase suhe tvari kvržica. Isto tako utvrđeno je negativno djelovanje ove kombinacije na postotak azota u nadzemnom dijelu biljke i stabljici, zatim na koncentraciju ureida, te klorofila a, odnosno a+b. U okviru ovih istraživanja promatrani su i interakcijski odnosi između bioalgen x bakterizacija, bioalgen x oblaganje sjemena fungicidima kao i bakterizacija x oblaganje sjemena fungicidima, te bioalgen x bakterizacija x fungicidi. Utvrđeno je da je jednostruko interakcijsko djelovanje bioalgena pozitivno utjecalo na sva istraživana svojstva u odnosu na kontrolnu varijantu. Posebno je izražen pozitivni efekt na povećanje postotka azota u nadzemnom dijelu biljke i stabljici te na koncentracija klorofila a i a+b. Jednostruko interakcijsko djelovanje faktora fungicid x bioalgen smanjio je negativan efekt fungicida kao faktora u pokusu pa se može zaključiti da je bioalgen u ovom interakcijskom odnosu uvjetovao povećanje postotka azota u nadzemnom dijelu biljke i stabljici. Također je smanjeno negativno djelovanje fungicida na broj i masu suhe tvari kvržica. Kod interakcijskog odnosa fungicid x bakterizacija utvrđen je negativan utjecaj fungicida na baktetrizitrano sjeme soje i to naročito u kombinaciji fungicid + aminokiseline. Rezultati ovih istraživanja pokazuju da je izostalo dvostruko interakcijsko djelovanje faktora u pokusu na istraživana svojstva (bioalgen x bakterizacija x fungicid). Bakterizacija kao jedan od faktora u pokusu, imala je najkonzistentniji i pozitivni utjecaj na sva istraživanja svojstva (p<0, 05 ; p<0, 01), čak što više primjena bakterizacije i bioalgena umanjila je negativno djelovanje fungicida. Na osnovu rezultata dobivenih u vegetacijskim pokusima u stakleniku, u poljskim uvjetima na dva različita tipa tla (pokusne površine Karanac i Mirkovac - PIK Belje d.d.) postavljeni su dvofaktorijelni pokusi iz kojih je isključena inkrustracija sjemena fungicidima. U poljskim uvjetima razmatrana su samo dva najznačajnija faktora djelovanja na simbioznu efektivnost i to: bakterizacija sjemena soje i folijarna primjena bioalgena radi toga što su ova dva faktora u vegetacijskim pokusima pokazala izrazito pozitivno djelovanje na većinu istraživanih svojstava. Rezultati istraživanja u poljskim uvjetima kada se uzme u obzir zajednička kombinirana statistička analiza podataka pokusa sa obje lokacije pokazuje da je vrlo značajnu ulogu imala pedosistematska jedinica. Značajan utjecaj iskazan je u odnosu na masu suhe tvari kvržica te na prinos i proteine na ritskoj crnici (Mirkovac) dok na eutrično smeđe lesiviranom tlu (Karanac) signifikantno opravdane razlike utvrđene su za ukupni azot u nadzemnom dijelu biljke i stabljici. Primjena bioalgena statistički je značajno utjecala (p<0, 05 ; p<o, 01) na većinu istraživanih svojstava, jedino razlike nisu utvrđene u sadržaju ukupnog azota u nadzemnom dijelu biljke i stabljici kao i u koncentraciji klorofila a. U pokusu korišteni sojevi Bradyrhizobium japonicum D344 i USDA110 u pravilu su statistički značajno utjecali na sva istraživana svojstva u odnosu na kontrolnu nebakteriziranu varijantu (p<0, 05 ; p<o, 01). Iz rezultata je vidljivo da su u pokusu korišteni sojevi Bradyrhizobium japonicum različito djelovali na pojedina istraživana svojstva, a što je ovisilo o pedositematskoj jedinici na kojoj su pokusi provođeni. Utvrđene su signifikantno značajne razike (p<0, 05 ; p<o, 01) u odnosu na broj kvržica, masu suhe tvari kvržica, sadržaj ukupnog azota u nadzemnom dijelu biljke kao i koncentraciju ureid u ksilemu. Interakcijsko djelovanje između bioalgena i soja B. japonicum iskazano je kroz pozitivno djelovanje na masu suhe tvari kvržica i prinos soje. Zajednička statistička analiza podataka pokazala je da je izostalo dvostruko interakcijsko djelovanje na sva istraživana svojstva (tip tla, odnosno lokalitet x bioalgen x soj B. japonicum). Rezultati odvojene statističke analize za svaku lokaciju pojedinačno pokazuju da su u pokusu korišteni sojevi B. japonicum D344 i USDA110 kao i folijarna primjena bioalgena različito djelovali na pojedina istraživana svojstva u procjeni simbiotske efektivnosti. Na pokusnoj površini Karanac, bioalgen je statistički signifikantno i pozitivno djelovao na broj i masu suhe tvari kvržica, prinos soje i sadržaj proteina u zrnu u odnosu na kontrolnu varijantu (p<0, 05 ; p<0, 01). Bakterizacija sjemena soje sojevima B. japonicum D344 i USDA110 uvjetovala je opravdane razlike u odnosu na sva istraživana svojstva izuzev na koncentraciju klorofila a u odnosu na kontrolnu varijantu (p<0, 05 ; p<0, 01). Utvrđeno je jednostruko interakcijsko djelovanje bioalgen x soj na masu suhe tvari kvržica kao i na prinos zrna sorte Tisa (p<0, 05 ; p<0, 01). Na pokusnoj površini u Mirkovcu folijarna primjena bioalgena pozitivno je utjecala na slijedeće promatrane parametre: broj kvržica, koncentraciju ureida u ksilemu, na prinos zrna soje i sadržaj proteina (p<0, 05 ; p<0, 01). U pravilu su u pokusu korišteni sojevi B. japonicum D344 i USDA110 pozitivno utjecali na sve promatrane parametre u procjeni simbiozne aktivnosti, izuzetak je sadržaj azota u stabljici, sve u odnosu na kontrolnu varijantu (p<0, 05 ; p<0, 01). Nije utvrđeno jednostruko interakcijsko djelovanje bioalgen x soj B. japonicum niti za jednu varijantu u pokusu. Statističke analize nedvojbeno pokazuju superiornost djelovanja u pokusu korištenih sojeva B. japonicum za predsjetvenu bakterizaciju sjemena soje sorte Tisa, kako u odnosu na prinose zrna, tako i na sadržaj proteina u zrnu. Međutim, najsuperiorniji učinak na prinos i sadržaj proteina u zrnu soje iskazala je kombinirana primjena bioalgena i u pokusu korištenih sojeva B. japonicum u odnosu na kontrolnu varijantu. Tako je, u odnosu na kontrolnu varijantu, povećan prinos zrna soje za 760 kg/ha u kombinaciji bioalgen x soj. Sama folijarna primjena bioalgena u odnosu na kontrolnu varijantu uvjetovala je povećanje prinosa zrna soje za 175 kg/ha, dok je predsjetvena bakterizacija sjemena soje sojevima B. japonicum D344 i USDA110 uvjetovala povećan prinos za 400 kg/ha. Povećan sadržaj proteina u zrnu soje u odnosu na kontrolnu varijantu najsuperiornije iskazuje kombinacija bioalgen x sojevi. Utvrđeno je da je sadržaj proteina u ovoj kombinaciji veći za 409, 75kg/ha, dok je sama primjena bioalgena povećala prinos proteina za 81, 80 kg/ha, a predsjetvena bakterizacija sojevima B. japonicum D344 i USDA110 uvjetovala je povećanje za 256, 11 kg/ha. Istraživanja ove vrste svakako bi trebalo nastaviti i proširiti na druge važnije pedosistematske jedinice kao i sorte soje kako bi za svako agroekološko područje mogli utvrditi najznačajniju simbioznu zajednicu između sojeva mikroorganizama koji se koriste za predsjetvenu bakterizaciju i najznačajnijih sorta soje. Potvrde li se rezultati ovih istraživanja i na drugim područjima, mogla bi se uz vrlo mala ulaganja osigurati ekonomičnija proizvodnja soje, mogli bi se znatno smanjiti rizici vezani uz primjenu velikih količina mineralnog azota, uštedili bi se fosilni izvori energije (nafta, plin), očuvala bi se biološka raznolikost tla i znatno bi se približili osnovnom postulatu o održivom gospodarenju tlom.

biološka fiksacija azota; soja; Bradyrhizobium japonicum; sojevi D344 i USDA 110; biostimulatori rasta; simbiozna efektivnost; prinos soje

nije evidentirano