Nepaisant didelių azoto trąšų privalumų – gerai tirpsta, greitai veikia, transportabilios, – jos turi ir esminių trūkumų. Azoto trąšoms gaminti reikia daug brangių energinių išteklių, o jų atsargos sparčiai senka. Didesnių azoto trąšų normų (N150) naudojimas labai teršia gamtą. Tad mokslininkai siūlo maksimaliai išnaudoti biologinį azotą.

Per visą žemės ūkio raidos istoriją žemdirbystės produktyvumą lėmė ir dabar tebėra reikšminga augalų mityba azotu. Europos valstybių praktika rodo, kad nuo mineralinių, ypač nuo azoto trąšų, derlius padidėja apie 1,5–1,8 karto ir tiek pat daugiau sukaupia baltymų.

Ne visą atiduotą mineralinį azotą, o tik 30–60 proc. augalai panaudoja mitybai. Likusioji jo dalis dėl denitrifikacijos procesų suyra dirvožemyje ir išgaruoja į atmosferą arba kartu su krituliais išsiplauna į podirvio bei drenažo vandenis ir juos užteršia. Netinkamai naudojamos azoto trąšos sukelia azoto apykaitos ciklo pakitimus, teršia gruntinius vandenis, kelia cheminio nutekėjimo pavojų, atmosferoje didina azoto suboksido (N2O) kiekį. Dideli azoto trąšų kiekiai gadina pašarus ir kenkia gyvulių, taip pat ir žmonių sveikatai. Mineralinis azotas, ypač nitritai ir nitratai, stimuliuoja įvairių organų auglių vystymąsi, susergama medžiagų apykaitos, judėjimo organų ir nervų sistemos ligomis, atsiranda genetinių sutrikimų.

1992 m. Jungtinės Tautos priėmė Konvenciją dėl biologinės diversijos. Joje numatyta didinti biologinių ir mažinti cheminių priemonių naudojimą. Biologizuojant agrotechnikos priemones, šiandien sunku pervertinti biologinio azoto fiksacijos vaidmenį. Pasaulyje iš kasmet fiksuojamo 92 mln. t azoto biologinis azotas sudaro 54 mln. t.

Taigi sprendžiant azoto problemą ir siekiant nepažeisti ekosistemų, mokslininkai siūlo du būdus: racionaliai (kai kuriais atvejais minimaliai) naudoti techninį (mineralinių trąšų) azotą ir maksimaliai – biologinį azotą. Biologinis azotas, kitaip negu mineralinis, nereikalauja papildomų išlaidų gamybai, natūraliai praturtina augalus baltymais, o dirvožemį – azotu, panaudodamas saulės energiją tiesiog lauke, tuo tarpu pramoninį azotą reikia transportuoti. Visose žemdirbystės sistemose, taip pat ir ekologinėje, biologinio azoto naudojimas neribojamas jokiais Europos Sąjungos reglamentais.

Ankštiniai augalai – biologinio azoto fabrikai

Biologinį azotą fiksuoja didelė grupė dirvožemio mikroorganizmų, vadinamų bendru diazotrofų vardu. Daugiausia fiksuoto azoto sukaupia ankštinių augalų ir gumbelinių bakterijų simbiozė. Daugiametės ankštinės žolės ir ankštiniai javai ūkyje – tai biologinio azoto fabrikai, kurie ištisai be poilsio dienų dirba per augalų vegetaciją. Siekiant padidinti mūsų dirvožemių derlingumą ir gyvulininkystės produktyvumą, būtina plėsti ankštinių augalų ir pirmiausia daugiamečių ankštinių žolių plotus.

Tačiau pastaraisiais metais pastebimai mažėja visų ankštinių, ypač žirnių ir pupų, plotai, o vikių iš viso mažai kas beaugina. Kai kurie ūkininkai teigia, kad ankštinius augalus auginti tiesiog nebeapsimoka. Tačiau iki šiol žemdirbiai buvo įpratę ankštinių, kaip ir visų kitų augalų, naudą vertinti tik pagal jų išaugintą derlių. Ar teisinga taip daryti? Sakykime, nedidelis ūkis, augindamas 10 ha raudonųjų dobilų, pirmaisiais naudojimo metais vidutiniškai sukaupia

200 kg ha-1 azoto, arba 2 tonas iš viso ploto. Ekvivalentiškai tai būtų apie 6 tonos amonio salietros. Be to, net vidutiniški dobilai – 6,0 t ha-1 standartinio šieno – gali sukaupti apie 700 kg ha-1 žalių baltymų, arba 7 t dešimčiai hektarų.

Rūgščiuose dirvožemiuose bakterijos veikia silpniau

Ankštinių augalų sukaupto biologinio azoto kiekį lemia gumbelinių bakterijų gebėjimas fiksuoti atmosferos azotą, jų paplitimas ir dirvožemio sąlygos. Efektyvių spontaninių (laukinių) gumbelinių bakterijų dirvožemiuose dėl daugelio priežasčių aptinkama palyginti nedaug. JAV dirvožemiuose liucernų efektyvios gumbelinės bakterijos sudaro tik 6 proc. visų šių bakterijų. Lietuvoje atliktais tyrimais efektyvių liucernų bakterijų štamai tesudarė 7 proc., pupų, žirnių ir vikių grupės bakterijų – 27, o dobilų – 30 proc. visų gumbelinių bakterijų.

Optimalios saprotrofinio (ne simbiozėje) gyvenimo sąlygos būna tuomet, kai dirvožemio pHKCl yra 5,6–6,0 (idealios sąlygos dobilų gumbelinių bakterijų paplitimui). Šių bakterijų kritinis pHKCl laikomas 4,0–4,5. Rūgščiuose dirvožemiuose susilpnėja gumbelinių bakterijų virulentiškumas (skvarbumas), trumpiau funkcionuoja ankštinių augalų infekcinė gija ir susidarę gumbeliai greičiau sunyksta.

Daug mažiau paplitusios vikių, pupų, žirnių bei liucernų, o mažiausiai – ožiarūčių gumbelinės bakterijos. Ypač gumbelinių bakterijų mažai bei nepakankamas jų simbiozinis efektyvumas rūgščiuose ir maisto medžiagų požiūriu neturtinguose dirvožemiuose. Vidutiniškai ir labai rūgščiuose dirvožemiuose (pHKCl 4,1–5,0) nerasta ožiarūčių ir liucernų bakterijų.

Priklausomai nuo simbiozinės sistemos ir dirvožemio savybių (daugiausia nuo pH), krašto dirvožemiuose biologinio azoto užfiksuojama nuo 70 iki 290 kg N ha-1. Daugiausia atmosferos azoto sukaupia ožiarūčiai, mažiausiai – vikių grupės bakterijos. Visų rūšių Rhizobium azoto fiksavimui minimalus dirvožemio pH 4,8–5,0, optimalus pH 6,1–7,0.

Dirvožemio rūgštėjimas slopina ankštinių augalų simbiozės vystymąsi: bakteriostatiškai veikia gumbelines bakterijas ir stabdo ankštinio augalo šaknų ląstelių vystymąsi. Todėl pagrindinis azoto fiksacijos aktyvinimo būdas rūgščiuose dirvožemiuose – jų kalkinimas. Kaip parodė Vėžaičiuose darytų tyrimų rezultatai, kalkinant dirvožemį iki pHKCl 6,2, raudonieji dobilai papildomai sukaupė 60 kg ha-1 atmosferos azoto, padidino žaliųjų baltymų masę 212 kg ha-1, ir sausųjų medžiagų derlius buvo 1,32 t ha-1 didesnis negu dobilus auginant nekalkintame dirvožemyje.

Sėklų inokuliavimas – veiksminga priemonė

Kita svarbi priemonė – ankštinių augalų inokuliavimas (sėklos bakterizavimas) veiksmingais nitragino preparatais (rizogenu). Rizogenas sustiprina ankštinių augalų augimą, dėl to pasėlis būna lygesnis, padidina derlių, jo baltymingumą, padeda daugiau sukaupti azoto iš atmosferos.

Kada rizogenas yra veiksmingiausias?

• Dirvose, kur nėra arba labai mažai ankštinių augalų gumbelinių bakterijų, arba šios bakterijos dėl minėtų priežasčių praradusios simbiozinį aktyvumą.
• Lauke, kur anksčiau nebuvo auginami ankštiniai augalai arba jie augo daugiau kaip prieš 5–6 metus.
• Silpnai rūgščios reakcijos dirvožemiuose, kurių pHKCl mažesnis negu 6,2.
• Dirvose, kur maža maisto medžiagų arba sutrikęs vandens ir oro režimas.
• Kai ankštinių augalų inokuliavimui naudojamas geros kokybės rizogenas, pagamintas iš aktyvių ir ekologiškai adaptuotų gumbelinių bakterijų štamų.

Visi azotą fiksuojantys mikroorganizmai, taip pat ir gumbelinės bakterijos, yra heterotrofai. Todėl šios bakterijos savo mitybai ir simbiozinio azoto fiksacijai anglį ima iš organinių junginių. Gumbelinės bakterijos gali panaudoti visus tirpius sacharidus. Vienam gramui azoto fiksuoti reikia 4–10 g anglies.

Todėl organinės trąšos, kaip organinės anglies šaltinis, stimuliuoja gumbelinių bakterijų dauginimąsi, taip pat simbiozinį azoto fiksavimą ir konkurencinę galią net rūgščiame dirvožemyje, kurio pH 5,2. Organinėmis trąšomis patręštame dirvožemyje dėl suaktyvėjusios mikroorganizmų veiklos pagausėja įvairių fermentų ir kitų biologiškai aktyvių medžiagų, skatinančių ir gumbelinių bakterijų veiklą.

Sumažėja anglies dvideginio emisija

Inokuliuojant dobilus ir tręšiant organine medžiaga (šiaudais), dėl suaktyvėjusios gumbelinių bakterijų veiklos gerokai sumažėjo CO2 emisija. Pastarųjų metų darbai parodė, kad gumbelinės bakterijos gali įsisavinti ne tik organinę, bet ir nedidelius kiekius mineralinės CO2 pavidalo anglies. Daugelis specialistų mano, kad normaliai azoto fiksacijai reikia dirvožemyje palaikyti 3–4 proc. CO2 koncentraciją.

Kartu su įterpiamomis organinėmis trąšomis, taip pat ir šiaudais, dirvožemyje išsiskiria daug CO2. Stiprios azotą fiksuojančios sistemos, kaip įvairių rūšių dobilai, palyginti su varpiniais žolynais, daugiausia sunaudoja CO2 azoto fiksacijai ir tokiu būdu mažina globalinį atšilimo efektą. Remiantis Vėžaičiuose atliktais preliminariais tyrimų rezultatais, nustatyta, kad, aparus 3 t ha-1 kvietinių šiaudų, raudonieji dobilai papildomai sukaupė iki 90 kg ha-1 atmosferos azoto.

Suomijos patirtis

Mažinant anglies dioksido emisiją iš dirvožemio į atmosferą, daug nuveikta Suomijos žemės ūkyje. Tyrimų rezultatai parodė, kad mineralinio azoto įplaukos į žemės ūkio gamybą nuo 1990 iki 2005 m. sumažėjo vidutiniškai nuo 160 iki

120 kg N ha-1, arba po 2 kg N ha-1 kasmet. Suomijos dirvožemiuose kartu su azoto įplaukų sumažėjimu 0,30 procentinio punkto sumažėjo ir anglies dioksido koncentracija juose. Siekiant dar labiau sumažinti anglies dioksido emisiją dirvožemyje ir tuo pačiu atmosferoje, rekomenduojama suaktyvinti dobilų biologinio azoto fiksacijos procesus, kurių rodikliai Suomijos žemės ūkyje ir taip aukšti, sudarantys vidutiniškai 140 kg atmosferos N ha-1.

Pastarųjų metų tyrimais nustatyta, kad su augalo amžiumi didėja ir anglies junginių išlaidos azoto fiksacijai – vidutiniškai vienam gramui fiksuoto azoto nuo 4,0 iki 6,7 g C. Todėl ankštinių augalų vegetacijos pabaigoje organinė anglis tampa deficitu azoto fiksacijai. Iš to matyti, kaip svarbu kuo ilgiau išsaugoti sveiką, žalią augalą, nes tuomet augalas sukaups daugiau azoto iš atmosferos.

Inokuliacija gerina agrochemines dirvožemio savybes

Nuo liucernų ir raudonųjų dobilų inokuliavimo gerėja kai kurios dirvožemio agrocheminės savybės. Žinoma, kad inokuliuoti veiksmingais gumbelinių bakterijų štamais ankštiniai augalai turi galingesnę ir biocheminiu požiūriu aktyvesnę šaknų sistemą, gebančią iš gilesnių dirvožemio sluoksnių į viršutinius pakelti daugiau augalui reikalingų maisto medžiagų. Inokuliuoti augalai sumažina dirvožemio mainų potencialųjį rūgštumą per 0,1–0,2 pH vieneto ir hidrolizinį rūgštumą – iki 10 m. e. kg-1 dirvožemio, palyginti su neinokuliuotais augalais. Augalų inokuliavimas teigiamai veikia ir sorbuotų bazių kaupimąsi dirvožemyje.

Pažymėtina, kad dirvožemio agrochemines savybes labiau pagerino inokuliuoti raudonieji dobilai negu liucernos. Literatūros duomenimis, liucernos turi labiau išvystytą šaknų sistemą negu raudonieji dobilai. Tačiau, kaip parodė ankstesni tyrimai, rūgščių dirvožemių sąlygomis liucernos, būdamos gerokai jautresnės rūgštesniems dirvožemiams, išaugina ne tokią aktyvią šaknų sistemą, palyginti su raudonaisiais dobilais.

Apvėlimo technologija – nesudėtinga

Lietuvos žemdirbystės instituto Vėžaičių filialo laboratorija pagal užsakymus gamina koncentruotą gumbelinių bakterijų preparatą – nitraginą (rizogeną). Jame gumbelinių bakterijų aktyvūs štamai auginami specialioje mitybinėje terpėje. Rizogeno preparate bakterijos išsilaiko 4 savaites. Per šį laiką preparatą būtina panaudoti tiems ankštiniams augalams, kuriems jis skirtas.

Prieš pat ankštinių augalų sėklos inokuliavimą rizogenas atskiedžiamas paprastu vandentiekio vandeniu taip, kad 1 ha ankštinių žolių sėklos (15–20 kg) tektų 0,5 litro preparato, o pašarinėms pupoms, vikiams arba žirniams (apie 200 kg) – 1 litras.

Nemažai perspektyvų turi nesimbiozinių (asociatyvių) azotą fiksuojančių mikroorganizmų panaudojimas varpiniams augalams. Tyrimų duomenys parodė, kad miežių ir motiejukų inokuliavimas diazotrofais (Agrobacterium radiobacter, Rhizobium leguminosarum bv. trifolii ir Arthrobacter mycorens) aktyvino azoto fiksaciją iki 18,2–20,4 kg N ha-1. Šių bakterijų aktyvumas sudarė nuo 0,6 iki 2,3 μM N g-1 h-1, priklausomai nuo dirvožemio pH ir augalų vegetacijos trukmės.

Azotą fiksuojanti bakterija Azotobacter yra labiausiai paplitusi, ji atmosferos azotą fiksuoja neutraliuose ir palyginti derlinguose dirvožemiuose. Be to, ši bakterija yra labai jautri antropogeniniam poveikiui. Todėl ji laikoma derlingų dirvožemių indikatoriumi, pagal kurį sprendžiama apie prasidėjusius dirvožemio biologinio aktyvumo sutrikimus, padidėjusį toksiškumą bei mažėjantį dirvožemio potencialųjį derlingumą. Tręšiant šiaudais, azotą fiksuojančių bakterijų galima padidinti 8–28 proc. Daugiausia biologinio azoto ši bakterija sukaupia vidurvasarį, birželio–liepos mėnesiais.

Kita azotą fiksuojanti bakterija Clostridium nėra labai jautri dirvožemio reakcijai. Daugiausia šių bakterijų dirvožemyje aptinkama rudenį, rugsėjo mėnesį.