Atskleidžiant paslėptą pasaulį: dirvožemio mikroorganizmai ir jų gyvybiškai svarbus vaidmuo

Žemė po mūsų kojomis knibždėte knibžda gyvybės. Nors dažnai sutelkiame dėmesį į matomus augalus ir gyvūnus, dirvožemyje klesti didžiulis ir sudėtingas mikroorganizmų pasaulis, atliekantis lemiamą vaidmenį mūsų planetos sveikatai ir maisto sistemų tvarumui. Šie maži organizmai, bendrai vadinami dirvožemio mikroorganizmais, yra neišdainuoti mūsų ekosistemų herojai. Šiame tinklaraščio įraše gilinamasi į žavų dirvožemio mikroorganizmų pasaulį, nagrinėjama jų įvairovė, funkcijos ir svarba pasauliniu mastu.

Kas yra dirvožemio mikroorganizmai?

Dirvožemio mikroorganizmai apima įvairią organizmų grupę, įskaitant:

• Bakterijos: Gausiausi mikroorganizmai dirvožemyje, bakterijos atlieka daugybę funkcijų, įskaitant skaidymą, maisto medžiagų apykaitą ir azoto fiksavimą.
• Grybai: Grybai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį skaidant organines medžiagas, padedant augalams pasisavinti maistines medžiagas (per mikorizines asociacijas) ir formuojant dirvožemio struktūrą.
• Archėjos: Panašiai kaip bakterijos, archėjos dalyvauja maisto medžiagų apykaitoje ir gali klestėti ekstremaliomis sąlygomis.
• Protistai: Šie vienaląsčiai eukariotai minta bakterijomis ir kitais mikroorganizmais, reguliuodami mikrobų populiacijas ir išlaisvindami maistines medžiagas.
• Nematodai: Mikroskopinės apvaliosios kirmėlės, kurios minta bakterijomis, grybais ir augalų šaknimis, darydamos įtaką maisto medžiagų apykaitai ir augalų sveikatai. Kai kurie nematodai yra naudingi, o kiti – augalų parazitai.

Šie organizmai sąveikauja tarpusavyje ir su augalų šaknimis, sudarydami sudėtingą gyvybės tinklą, vadinamą dirvožemio mitybos tinklu.

Dirvožemio mikroorganizmų svarba

Dirvožemio mikroorganizmai yra būtini daugybei procesų, kurie palaiko gyvybę Žemėje:

Maisto medžiagų apykaita

Mikroorganizmai yra atsakingi už organinių medžiagų skaidymą ir maistinių medžiagų išlaisvinimą į dirvožemį, kad augalai galėtų jas pasisavinti. Šis procesas, vadinamas skaidymu, yra labai svarbus norint išlaikyti dirvožemio derlingumą ir palaikyti augalų augimą. Skirtingi mikroorganizmai specializuojasi skaidydami skirtingų tipų organines medžiagas – nuo paprastų cukrų iki sudėtingų polimerų, tokių kaip ligninas.

Pavyzdys: Amazonės atogrąžų miškuose spartus skaidymosi greitis dėl didelio mikrobų aktyvumo prisideda prie maistinių medžiagų ciklo iš lapų nuokritų atgal į miško ekosistemą. Ši sparti apykaita yra būtina norint išlaikyti vešlią augmeniją maistinėmis medžiagomis skurdžiuose dirvožemiuose.

Azoto fiksacija

Azotas yra būtina maistinė medžiaga augalų augimui, tačiau augalai negali tiesiogiai panaudoti atmosferos azoto dujų. Tam tikros bakterijos, pavyzdžiui, *Rhizobium*, sudaro simbiotinius ryšius su ankštiniais augalais (pvz., pupelėmis, žirniais, lęšiais) ir paverčia atmosferos azotą į amoniaką – formą, kurią augalai gali naudoti. Šis procesas, vadinamas azoto fiksacija, sumažina sintetinių azoto trąšų poreikį, kurios gali turėti neigiamą poveikį aplinkai.

Pavyzdys: Sojų auginimas tokiose šalyse kaip Brazilija ir Argentina labai priklauso nuo biologinės azoto fiksacijos, kurią atlieka *Bradyrhizobium japonicum* bakterijos, ir tai ženkliai prisideda prie regiono žemės ūkio produktyvumo bei mažina priklausomybę nuo sintetinių trąšų.

Dirvožemio struktūra

Mikroorganizmai atlieka lemiamą vaidmenį gerinant dirvožemio struktūrą. Grybų hifai suriša dirvožemio daleles, sudarydami agregatus, kurie pagerina vandens infiltraciją, aeraciją ir drenažą. Bakterijos taip pat gamina lipnias medžiagas, vadinamas polisacharidais, kurios padeda stabilizuoti dirvožemio agregatus. Pagerėjusi dirvožemio struktūra mažina dirvožemio eroziją ir skatina šaknų augimą.

Pavyzdys: Kinijos Lioso plynaukštės regione, kovojant su dirvožemio erozija, buvo sutelktas dėmesys į naudingųjų dirvožemio mikroorganizmų, gerinančių dirvožemio agregaciją ir stabilumą, augimo skatinimą.

Ligų slopinimas

Naudingi mikroorganizmai gali slopinti augalų ligas konkuruodami su patogenais dėl išteklių, gamindami antimikrobinius junginius arba sukeldami sisteminį atsparumą augaluose. Kai kurie mikroorganizmai, tokie kaip *Trichoderma* grybai ir *Bacillus* bakterijos, yra plačiai naudojami kaip biokontrolės agentai, siekiant apsaugoti pasėlius nuo ligų.

Pavyzdys: Ekologinio ūkininkavimo sistemose Europoje *Trichoderma* rūšys dažnai naudojamos grybelinėms daržovių ligoms kontroliuoti, taip sumažinant sintetinių fungicidų poreikį.

Teršalų skaidymas

Mikroorganizmai gali skaidyti dirvožemyje esančius teršalus, tokius kaip pesticidai, herbicidai ir sunkieji metalai, per procesą, vadinamą bioremediacija. Šis procesas padeda išvalyti užterštus dirvožemius ir apsaugoti vandens išteklius.

Pavyzdys: Šiaurės Amerikos pramoniniuose rajonuose mikroorganizmai naudojami dirvožemiams, užterštiems naftos angliavandeniliais dėl naftos išsiliejimų ir pramoninės veiklos, remedijuoti.

Augalų augimo skatinimas

Kai kurie mikroorganizmai, vadinami augalų augimą skatinančiomis rizobakterijomis (PGPR), skatina augalų augimą gamindami hormonus, gerindami maistinių medžiagų pasisavinimą ar apsaugodami augalus nuo streso. PGPR naudojamos kaip biotrąšos siekiant padidinti derlių ir sumažinti sintetinių trąšų poreikį.

Pavyzdys: Indijoje PGPR vis plačiau naudojamos ryžių auginime, siekiant pagerinti maistinių medžiagų pasisavinimą ir padidinti derlių, taip prisidedant prie regiono aprūpinimo maistu saugumo.

Veiksniai, veikiantys dirvožemio mikroorganizmų bendrijas

Dirvožemio mikroorganizmų bendrijų sudėtį ir aktyvumą veikia įvairūs veiksniai, įskaitant:

• Dirvožemio tipas: Skirtingi dirvožemio tipai (pvz., smėlingas, molingas, priemolis) turi skirtingas fizines ir chemines savybes, kurios veikia mikrobų augimą ir išgyvenimą.
• pH: Dirvožemio pH veikia maistinių medžiagų prieinamumą ir fermentų aktyvumą, darydamas įtaką mikrobų bendrijos sudėčiai.
• Drėgmė: Dirvožemio drėgmė yra būtina mikrobų veiklai ir išgyvenimui. Sausros sąlygos gali žymiai sumažinti mikrobų biomasę ir aktyvumą.
• Temperatūra: Dirvožemio temperatūra veikia mikrobų metabolizmo greitį. Ekstremalios temperatūros gali apriboti mikrobų augimą.
• Organinės medžiagos: Organinės medžiagos yra pagrindinis maisto šaltinis dirvožemio mikroorganizmams. Dirvožemiai, turintys daug organinių medžiagų, paprastai turi įvairesnes ir aktyvesnes mikrobų bendrijas.
• Žemės tvarkymo praktikos: Žemės ūkio praktikos, tokios kaip arimas, tręšimas ir pesticidų naudojimas, gali reikšmingai paveikti dirvožemio mikrobų bendrijas.

Žemės ūkio poveikis dirvožemio mikroorganizmams

Žemės ūkio praktikos gali turėti tiek teigiamą, tiek neigiamą poveikį dirvožemio mikroorganizmams. Tradicinės žemės ūkio praktikos, tokios kaip intensyvus arimas, pertręšimas ir pesticidų naudojimas, gali sutrikdyti dirvožemio mikrobų bendrijas ir pabloginti dirvožemio sveikatą. Kita vertus, tvarios žemės ūkio praktikos, tokios kaip tausojamasis žemės dirbimas, dengiamieji augalai ir ekologinis ūkininkavimas, gali skatinti naudingųjų dirvožemio mikroorganizmų veiklą ir pagerinti dirvožemio sveikatą.

Neigiamas tradicinio žemės ūkio poveikis

• Arimas: Arimas ardo dirvožemio struktūrą, mažina organinių medžiagų kiekį ir gali sunaikinti naudingus mikroorganizmus.
• Tręšimas: Pernelyg didelis sintetinių trąšų naudojimas gali sumažinti dirvožemio mikrobų bendrijų įvairovę ir sutrikdyti maistinių medžiagų apykaitos procesus.
• Pesticidai: Pesticidai gali tiesiogiai sunaikinti naudingus mikroorganizmus arba netiesiogiai juos paveikti, pakeisdami dirvožemio mitybos tinklą.

Teigiamas tvaraus žemės ūkio poveikis

• Tausojamasis žemės dirbimas: Sumažina dirvožemio ardymą, išsaugodamas dirvožemio struktūrą ir skatindamas naudingųjų mikroorganizmų veiklą.
• Dengiamieji augalai: Didina organinių medžiagų kiekį, gerina dirvožemio struktūrą ir suteikia buveinę naudingiems mikroorganizmams.
• Sėjomaina: Įvairina maisto šaltinius dirvožemio mikroorganizmams, skatindama įvairesnę ir atsparesnę mikrobų bendriją.
• Ekologinis ūkininkavimas: Vengiama naudoti sintetines trąšas ir pesticidus, skatinama sveikesnė dirvožemio ekosistema.

Pavyzdys: Ilgalaikis tyrimas Rotamstede, JK, parodė, kad ekologinio ūkininkavimo sistemose yra didesnė dirvožemio mikrobų biomasė ir įvairovė, palyginti su tradicinio ūkininkavimo sistemomis.

Dirvožemio mikroorganizmų vaidmuo švelninant klimato kaitą

Dirvožemio mikroorganizmai atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant pasaulinį anglies ciklą. Jie skaido organines medžiagas, išlaisvindami anglies dioksidą į atmosferą. Tačiau jie taip pat prisideda prie anglies sekvestracijos, kaupdami anglį dirvožemio organinėse medžiagose. Tvarios žemės tvarkymo praktikos, skatinančios dirvožemio sveikatą, gali padidinti anglies sekvestraciją dirvožemiuose, padedant švelninti klimato kaitą.

Pavyzdys: Regeneracinio žemės ūkio praktikos, tokios kaip bearimė žemdirbystė ir dengiamieji augalai, yra skatinamos visame pasaulyje kaip būdas padidinti anglies sekvestraciją žemės ūkio dirvožemiuose ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.

Dirvožemio mikroorganizmų bendrijų vertinimas

Dirvožemio mikroorganizmų bendrijoms vertinti naudojami keli metodai, įskaitant:

• Mikroskopija: Tiesioginis mikroorganizmų stebėjimas dirvožemio mėginiuose naudojant mikroskopus.
• Auginimo kultūrose metodai: Mikroorganizmų auginimas laboratorinėse kultūrose siekiant juos identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti.
• DNR pagrįsti metodai: DNR išskyrimas iš dirvožemio mėginių ir molekulinių metodų (pvz., PGR, sekoskaita) naudojimas skirtingoms mikrobų grupėms identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti.
• Funkciniai tyrimai: Specifinių mikrobų procesų, tokių kaip skaidymas, azoto fiksacija ar nitrifikacija, aktyvumo matavimas.

DNR pagrįsti metodai tampa vis populiaresni, nes jie gali aptikti platesnį mikroorganizmų spektrą nei auginimo kultūrose metodai, įskaitant tuos, kuriuos sunku ar neįmanoma išauginti laboratorijoje.

Praktiniai patarimai, kaip skatinti naudingųjų dirvožemio mikroorganizmų veiklą

Štai keletas praktinių patarimų, kaip skatinti naudingųjų dirvožemio mikroorganizmų veiklą jūsų sode ar ūkyje:

• Pridėkite organinių medžiagų: Įterpkite į dirvožemį kompostą, mėšlą ar kitas organines medžiagas, kad aprūpintumėte mikroorganizmus maistu.
• Sumažinkite arimą: Minimalizuokite dirvožemio ardymą, kad apsaugotumėte dirvožemio struktūrą ir mikrobų buveines.
• Naudokite dengiamuosius augalus: Sėkite dengiamuosius augalus, kad padidintumėte organinių medžiagų kiekį ir suteiktumėte buveinę naudingiems mikroorganizmams.
• Venkite sintetinių trąšų ir pesticidų: Naudokite natūralias alternatyvas, kad skatintumėte sveiką dirvožemio ekosistemą.
• Inokuliuokite naudingaisiais mikroorganizmais: Apsvarstykite galimybę naudoti mikrobinius inokuliantus (pvz., mikorizinius grybus, rizobakterijas), kad į dirvožemį įvestumėte naudingų mikroorganizmų.
• Palaikykite tinkamą dirvožemio pH: Sureguliuokite dirvožemio pH iki optimalaus lygio augalų augimui ir mikrobų veiklai.
• Tinkamai laistykite: Užtikrinkite pakankamą drėgmę mikrobų veiklai, tačiau venkite perlaistymo, kuris gali sukelti anaerobines sąlygas.

Pasaulinės iniciatyvos ir tyrimai

Daugybė pasaulinių iniciatyvų ir mokslinių tyrimų projektų yra skirti dirvožemio mikroorganizmų vaidmeniui tvariame žemės ūkyje ir aplinkos sveikatoje suprasti ir skatinti. Tai apima:

• Pasaulinė dirvožemio partnerystė (GSP): Jungtinių Tautų iniciatyva, kuria siekiama pagerinti dirvožemio valdymą ir skatinti tvarų dirvožemio tvarkymą.
• Tarptautinė dirvožemio bioįvairovės iniciatyva (ISBI): Pasaulinis mokslininkų ir praktikų tinklas, siekiantis suprasti ir išsaugoti dirvožemio biologinę įvairovę.
• Mokslinių tyrimų projektai, finansuojami nacionalinių ir tarptautinių agentūrų: Šie projektai tiria dirvožemio mikroorganizmų vaidmenį maistinių medžiagų apykaitoje, ligų slopinime, anglies sekvestracijoje ir kitose svarbiose ekosistemų paslaugose.

Šios iniciatyvos padeda didinti informuotumą apie dirvožemio mikroorganizmų svarbą ir skatina tvarių žemės tvarkymo praktikų, kurios apsaugo ir gerina dirvožemio sveikatą visame pasaulyje, priėmimą. Pavyzdžiui, iniciatyva „4 promilės“ (4 per 1000), kuria siekiama kasmet padidinti dirvožemio anglies kiekį 0,4 %, pabrėžia lemiamą dirvožemio mikroorganizmų vaidmenį anglies sekvestracijoje ir klimato kaitos švelninime.

Išvada

Dirvožemio mikroorganizmai yra gyvybiškai svarbi mūsų ekosistemų sudedamoji dalis, atliekanti lemiamą vaidmenį maisto medžiagų apykaitoje, dirvožemio struktūros formavime, ligų slopinime ir kituose svarbiuose procesuose. Dirvožemio mikroorganizmų įvairovės ir funkcijų supratimas yra būtinas siekiant skatinti tvarų žemės ūkį, apsaugoti aplinkos sveikatą ir švelninti klimato kaitą. Taikydami tvarias žemės tvarkymo praktikas, kurios skatina naudingųjų dirvožemio mikroorganizmų veiklą, galime pagerinti dirvožemio sveikatą, padidinti derlių ir sukurti tvaresnę ateitį visiems. Turime pripažinti, kad nematomas pasaulis po mūsų kojomis yra raktas į sveikesnę planetą.

Papildoma literatūra

• "Teaming with Microbes: The Organic Gardener's Guide to the Soil Food Web" autoriai Jeff Lowenfels ir Wayne Lewis
• "Dirt: The Erosion of Civilizations" autorius David R. Montgomery
• "Mycelium Running: How Mushrooms Can Help Save the World" autorius Paul Stamets