Życie mikrobiologiczne reguluje obieg w glebie i dostępność dla roślin składników pokarmowych, w efekcie prowadzenia szeregu procesów glebowych, takich jak nitryfikacja, denitryfikacja, utlenianie czy redukcja. Mikroorganizmy glebowe uruchamiają nieprzyswajalne dla roślin formy pierwiastków, wiążą substancje toksyczne oraz chronią system korzeniowy roślin przed patogenami.
Wpływają również na rozkład materii organicznej, uwalniając do otoczenia pierwiastki biogenne oraz regulują odczyn gleby, co w konsekwencji warunkuje jej żyzność, przekładając się na poprawę plonowania i parametrów jakościowych roślin. Produkują metabolity wtórne, między innymi antybiotyki oraz uczestniczą w regulacji wzrostu roślin poprzez wydzielanie enzymów i hormonów. Dodatkowo wydzielają siderofory, które ułatwiają wiązanie żelaza oraz chronią przed patogenami. Mikroorganizmy glebowe uczestniczą w procesie detoksykacji gleby, w efekcie rozkładu detergentów oraz środków ochrony roślin.
Dbanie o życie mikrobiologiczne gleby ściśle korelujące ze zwiększeniem jej bioróżnorodności, bardzo dobrze wpisuje się w praktyczne działania prowadzone w ramach Wspólnej Polityki Rolnej. Bowiem zadaniem producenta rolnego jest prowadzenie działalności rolniczej nie tylko pod kątem jej opłacalności, ale również w aspekcie korzyści dla środowiska naturalnego. Część celów szczegółowych Wspólnej Polityki Rolnej dotyczy środowiska glebowego, stąd też wszelkie działania służące jego poprawie realnie wpisują się w te założenia.
Zachodzące w glebie procesy mikrobiologiczne stanowią istotny fundament mineralnego żywienia roślin. Mikroorganizmy glebowe odgrywają ważną rolę w przemianach mineralnych form azotu w glebie. Obecna w glebie forma amonowa azotu ulega procesowi biologicznego utlenienia (nitryfikacji), w którym powstaje forma azotanowa tego pierwiastka. Proces ten przeprowadzany jest przez bakterie autotroficzne z grupy Nitrosomonas i Nitrobacter. Największą aktywność nitryfikacji obserwuje się w warunkach tlenowych, na glebach o odczynie zbliżonym do obojętnego oraz na stanowiskach zasobnych w fosfor. Ważną rolę w tym procesie odgrywa temperatura, bowiem najlepsze warunki do przeprowadzenia procesu nitryfikacji mają miejsce w granicach od 25 do 35 ºC.
Należy jednak podkreślić, że proces biologicznego utleniania jonów amonowych w dużym stopniu prowadzi do zakwaszenia gleby. Wpływ procesu nitryfikacji na dostępność azotu dla roślin zależy od terminu jego występowania. W przypadku, gdy proces ten ma miejsce w trakcie wegetacji roślin skutkuje zwiększeniem pobierania azotu przez rośliny, co związane jest z większą mobilnością jonów azotanowych w glebie. Natomiast jeżeli zachodzi poza okresem wegetacji prowadzi do strat azotu, w efekcie jego wymywania w głębsze warstwy gleby.
Mikroorganizmy glebowe odgrywają również ważną rolę w procesie denitryfikacji, który decyduje o pobieraniu azotu przez rośliny. Polega on na redukcji utlenionych form azotu do azotu cząsteczkowego i tlenków azotu. W procesie tym biorą udział beztlenowe bakterie denitryfikacyjne. Istotną rolę w przeprowadzeniu tego procesu odgrywa temperatura, przy czym jego efektywność zwiększa się pod wpływem wzrostu temperatury, a także w obecności łatwo rozkładającej się substancji organicznej oraz jonów żelaza i manganu. Powstające w procesie denitryfikacji tlenki azotu prowadzą do zmniejszenia wykorzystania tego pierwiastka przez rośliny.
Ważną rolę w obiegu azotu glebowego oraz w dostępności tego składnika dla roślin odgrywają mikrobiologiczne przemiany organicznych związków azotu, które często zwiększają w glebie zawartość azotu przyswajalnego dla roślin. Ilość powstających w glebie dostępnych form azotu zależy od stosunku węgla do azotu w substancji organicznej, która ulega procesowi mineralizacji. Przy węższym stosunku węgla do azotu, wahającym się poniżej 40-50:1 powstają łatwo dostępne dla roślin formy azotu. Z kolei przy stosunku C:N wynoszącym 40-50:1 w glebie prowadzony jest proces mineralizacji substancji organicznej. Jednak w tym przypadku cała ilość tworzonego azotu amonowego jest wykorzystywana do budowy ciał mikroorganizmów glebowych. W sytuacji gdy stosunek C:N jest szeroki powyżej 50:1 dochodzi do unieruchomienia azotu mineralnego w glebie, co skutkuje zmniejszeniem jego dostępności dla roślin.
W przypadku braku azotu organicznego w glebie dochodzi do wykorzystywania mineralnych form tego pierwiastka przez mikroorganizmy glebowe. Przyoranie słomy, która charakteryzuje się szerokim stosunkiem C:N w granicach 40-100:1 prowadzi do zubożenia gleby w przyswajalne formy azotu. Aby zapobiec temu zjawisku wskazane jest zastosowanie dodatkowo źródła azotu, który może być wykorzystany przez mikroorganizmy glebowe.
Życie mikrobiologiczne gleby odgrywa również ważną rolę w procesie hydrolizy mocznika, która zachodzi przy udziale enzymu ureazy wydzielanego przez bakterie oraz grzyby. W efektywności i szybkości tego procesu dużą rolę odgrywa temperatura, przy czym największą efektywność tego procesu stwierdza się w temperaturze od 20 do 25 ºC.
Mikroorganizmy obecne w środowisku glebowym odgrywają również ważną rolę w przemianach związków siarki. Istotnym procesem mikrobiologicznym z punktu żywienia roślin siarką jest proces mineralizacji jej związków oraz procesy biologicznego utleniania i redukcji związków siarki obecnych w środowisku glebowym. W procesie mineralizacji związków siarki biorą udział te same mikroorganizmy, które uczestniczą w przemianach organicznych związków azotu. Dużą rolę w mineralizacji organicznych związków siarki, poza obecnością mikroorganizmów biorących udział w tym procesie, odgrywa rodzaj gleby i jej odczyn, a także jej wilgotność i sposób nawożenia, przy czym zasadniczą rolę odgrywa wilgotność gleby. Intensywność procesu mineralizacji ulega ograniczeniu zarówno przy niedoborach wody, jak i przy jej nadmiarach.
Na intensywność tego procesu w mniejszym stopniu wpływa także zawartość siarki w materiale rozkładanym przez mikroorganizmy glebowe. W przypadku gdy zawartość siarki jest niższa od 0,13% niemal cała uwalniana siarka jest wykorzystywana przez drobnoustroje, natomiast rośliny wyższe cierpią z powodu braku tego składnika pokarmowego.
Inną mikrobiologiczną przemianą siarki jest proces immobilizacji, w którym nieorganiczne związki tego pierwiastka, w tym przede wszystkim siarczany, są włączane w struktury połączeń organicznych. Proces ten w znacznym stopniu chroni siarczany przed stratami na drodze wymywania oraz sprzyja akumulacji siarki organicznej. Immobilizacja siarki przebiega różnymi drogami, jednak najczęściej składa się z dwóch zasadniczych etapów. Pierwszy etap polega na pobieraniu siarczanów przez rośliny lub też przez mikroorganizmy glebowe z wytworzeniem prostych związków organicznych, w tym aminokwasów siarkowych – metioniny i cysteiny, natomiast drugi etap wiąże się z dalszym przetwarzaniem tych prostych połączeń organicznych w związki bardziej złożone.
Stopień mineralizacji i immobilizacji (unieruchamiania) siarki zależy od stosunku węgla do siarki w rozkładanych przez drobnoustroje związkach organicznych. W przypadku gdy stosunek C:S wynosi 200:1 lub jest węższy w glebie przeważa proces mineralizacji nad procesem immobilizacji. Z kolei jeżeli stosunek C:S wynosi 200-400:1 występuje równowaga pomiędzy procesami mineralizacji i immobilizacji, a w przypadku stosunku C:N powyżej 400:1 w glebie przeważają procesy unieruchamiania. Rozkład substancji organicznej w glebie uzależniony jest również od obecności roślin. Wynika to z faktu, że w obecności roślin następuje przyspieszenie rozkładu substancji organicznej, ponieważ w ich strefie korzeniowej występuje więcej mikroorganizmów glebowych biorących udział w mineralizacji związków siarki.
Mikroorganizmy glebowe z rodzaju Thiobacillus odgrywają z kolei ważną rolę w procesie utleniania nieorganicznych związków siarki. W procesie tym siarka elementarna przekształca się w formę siarczanową łatwo wymywaną z gleby. Utleniania siarki zachodzi także przy udziale mikroorganizmów heterotroficznych, w tym między innymi bakterii Arthrobacter, Micrococcus, Mycobacterium i Pseudomonas. Poza utlenianiem siarki elementarnej drobnoustroje heterotroficzne biorą udział w uwalnianiu siarki występującej w cysteinie, cystynie i metioninie.
W glebie w warunkach beztlenowych mikroorganizmy z rodzaju Desulfovibrio i Spiryllum biorą również udział w redukcji związków siarki, a przede wszystkim siarczanów. Bakterie redukujące siarkę wykazują tolerancję wobec wysokich stężeń soli oraz siarkowodoru, przy czym optymalne warunki ich rozwoju przypadają na pH w granicach 5,5 – 9,0. W redukcji siarczanów powstaje siarkowodór, który stosunkowo łatwo dyfunduje w środowisku, względnie może łączyć się w trudno rozpuszczalne siarczki i w tej postaci osadzać się w glebie. Skutkuje to zmniejszeniem efektywności wykorzystania siarki przez rośliny.
dr hab. Marzena S. Brodowska, prof. uczelni
fot. K. Szulc
