W ochronie roślin hodowlanych przed chorobami odglebowymi najczęściej reaguje się wtedy, gdy pojawiają się objawy, a podstawowym narzędziem pozostają fungicydy. Coraz częściej widać jednak, że istotną rolę w ograniczaniu presji patogenów odgrywa również sama gleba i jej aktywność biologiczna.
Choroby roślin a gleba
W ochronie roślin uprawnych najczęściej punkt wyjścia stanowi reakcja. Pojawia się patogen, występują objawy, więc wykonywany jest zabieg. To naturalne podejście, wynikające z presji czasu i potencjalnych strat w plonach. Jednocześnie przy dłuższej obserwacji pól można zauważyć zjawiska, które nie wpisują się w ten schemat.
Przy bardzo podobnym przebiegu pogody, przy tej samej uprawie, a często także przy zbliżonym nawożeniu poszczególne stanowiska reagują odmiennie. Na jednych choroby pojawiają się później, rozwijają się wolniej lub nie przekładają się na istotne straty w plonach, podczas gdy na innych problem pojawia się szybko i jest trudny do opanowania. Różnice te nie wynikają wyłącznie z bieżących zabiegów, lecz z funkcjonowania gleby jako całego systemu. W literaturze zjawisko to określane jest jako gleba supresyjna, czyli taka, która posiada naturalną zdolność ograniczania rozwoju patogenów roślin.
Fot. A. Maziarek
Co istotne, w wielu takich przypadkach patogeny są w glebie obecne. Gleba supresyjna nie jest więc „wolna od chorób”. Różnica polega na tym, że patogen nie osiąga poziomu, przy którym dochodzi do powstania istotnych strat w plonach. Można to ująć w prosty sposób: w takiej glebie patogen nie funkcjonuje w izolacji, lecz trafia na środowisko, które ogranicza jego rozwój.
Gleba supresyjna w praktyce
Gleba supresyjna to środowisko biologiczne, w którym rozwój patogenów jest naturalnie ograniczany przez inne organizmy obecne w glebie. Nie jest to więc efekt jednego czynnika, lecz wynik działania całej społeczności mikroorganizmów współistniejących w strefie korzeniowej danych roślin hodowlanych.
Zjawisko to może dotyczyć różnych chorób:
- zgorzeli siewek,
- choroby odglebowe,
- patogeny z rodzajów Rhizoctonia, Fusarium czy Pythium.
W każdym przypadku mechanizm pozostaje podobny: rozwój patogenu jest ograniczany przez warunki środowiska glebowego oraz aktywność innych organizmów.
W badaniach wyróżnia się dwa główne typy supresyjności. Pierwszy to supresyjność ogólna, związana z wysoką aktywnością i zagęszczeniem całego mikrobiomu gleby. W takich warunkach patogen napotyka silną konkurencję o przestrzeń i dostępne zasoby, co istotnie ogranicza jego możliwości rozwoju. Drugi typ to supresyjność specyficzna. W tym przypadku kluczową rolę odgrywają określone grupy mikroorganizmów, które oddziałują bezpośrednio na patogen. Mogą one hamować jego rozwój poprzez:
- produkcję związków o działaniu antagonistycznym,
- rozkładać jego struktury,
- zakłócać przebieg jego cyklu życiowego.
W warunkach polowych oba mechanizmy rzadko występują oddzielnie. Najczęściej nakładają się na siebie i wzajemnie wzmacniają, tworząc środowisko, w którym rozwój chorób ulega wyraźnemu ograniczeniu.
Mikrobiom gleby jako pierwsza linia obrony
W glebie funkcjonuje ogromna liczba mikroorganizmów:
- bakterii,
- grzybów,
- promieniowców.
Każdy z nich zajmuje swoją niszę, wykorzystuje określone źródła energii i wchodzi w relacje z innymi organizmami. Jest to dynamiczny układ, który stale reaguje na zmieniające się warunki środowiskowe. W takich realiach patogen atakujący rośliny hodowlane nie trafia do pustej przestrzeni, lecz do środowiska biologicznie aktywnego.
W glebie biologicznie ubogiej patogen ma znacznie większe możliwości rozwoju. Dysponuje:
- wolną przestrzenią,
- łatwiej dostępnymi zasobami.
Dlatego też szybciej się on rozprzestrzenia i łatwiej osiąga poziom, przy którym zaczyna powodować straty w plonach. W glebie o bogatym i aktywnym mikrobiomie sytuacja wygląda inaczej: rozwój patogenu napotyka opór na kilku poziomach jednocześnie.
Pierwszym z nich jest konkurencja. Mikroorganizmy zasiedlające strefę korzeniową wykorzystują dostępne związki węgla i zajmują przestrzeń, ograniczając możliwości rozwoju patogenu już na początkowym etapie.
Kolejnym mechanizmem jest antagonizm. Niektóre bakterie i grzyby wytwarzają związki, które bezpośrednio hamują rozwój patogenów. Dotyczy to m.in. bakterii z rodzaju Bacillus czy Pseudomonas, które produkują substancje o działaniu antybiotycznym lub enzymy zdolne do rozkładu struktur patogenów.
W glebie zachodzą również procesy o charakterze pasożytniczym. Przykładem są grzyby z rodzaju Trichoderma, zdolne do bezpośredniego atakowania innych grzybów i rozkładu ich strzępek, ograniczając ich rozwój.
Istotne znaczenie ma także wpływ mikroorganizmów na samą roślinę. Część z nich stymuluje mechanizmy obronne roślin jeszcze przed pojawieniem się zagrożenia, dzięki czemu reakcja na kontakt z patogenem jest szybsza i bardziej efektywna.
Wszystkie te procesy zachodzą równolegle. Efekt supresyjności nie wynika więc z jednego mechanizmu, lecz z całego układu zależności, który kształtuje się w aktywnej biologicznie glebie. Z tego względu nie każda gleba jest w stanie utrzymać taki poziom naturalnej ochrony.
Nie każda gleba jest supresyjna
To, czy gleba będzie wykazywała właściwości supresyjne, nie jest przypadkiem. Kluczowa jest stabilność środowiska glebowego i warunki, w jakich funkcjonują mikroorganizmy. Życie biologiczne w glebie nie rozwija się samoczynnie. Mikroorganizmy wymagają:
- dostępu do materii organicznej jako źródła energii,
- odpowiedniej ilości tlenu,
- wody,
- przestrzeni do rozwoju.
Jeżeli gleba jest zniszczona strukturalnie, uboga w materię organiczną i regularnie poddawana silnym zakłóceniom, mikrobiom traci swoją różnorodność i aktywność. W takich warunkach przewagę zyskują organizmy szybkie, dobrze przystosowane do niestabilnego środowiska i to właśnie w tej grupie często znajdują się patogeny.
Zupełnie inaczej funkcjonuje gleba o stabilnej strukturze i wyższej zawartości materii organicznej. W takim z kolei środowisku rozwija się bardziej zróżnicowana społeczność mikroorganizmów, a to właśnie ona stanowi podstawę naturalnego ograniczania patogenów.
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt. Supresyjność gleby może rozwijać się w czasie. Znane są stanowiska, na których przez wiele lat występował określony patogen, a mimo to jego presja stopniowo malała, ponieważ w glebie rozwijał się mikrobiom zdolny do ograniczania jego aktywności. Pokazuje to wyraźnie, że supresyjność nie jest cechą stałą, lecz procesem, który kształtuje się wraz ze sposobem użytkowania gleby.
Rola materii organicznej i resztek pożniwnych
Materia organiczna stanowi podstawowe źródło energii dla mikroorganizmów. To od niej rozpoczyna się budowanie aktywnego mikrobiomu gleby. Glebie bardzo ważnych związków węgla dostarczają zwłaszcza:
- resztki pożniwne,
- międzyplony,
- obornik,
- kompost.
Z kolei te związki węgla są wykorzystywane przez mikroorganizmy do wzrostu i rozmnażania. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie aktywności biologicznej gleby oraz odbudowa populacji organizmów uczestniczących w procesach ograniczania patogenów.
Znaczenie ma jednak nie tylko ilość materii organicznej, ale również jej jakość i zróżnicowanie. Różne grupy mikroorganizmów wykorzystują odmienne frakcje węgla, dlatego zróżnicowane resztki roślinne sprzyjają budowaniu bardziej złożonej i stabilnej społeczności mikroorganizmów. W praktyce oznacza to, że uproszczone zmianowanie oraz ograniczony dopływ materii organicznej prowadzą do spadku aktywności biologicznej gleby. Wraz z tym spada również jej zdolność do naturalnego ograniczania rozwoju patogenów.
Fot. M. Piśny
Znaczenie struktury i warunków fizycznych
Mikroorganizmy funkcjonują w określonej przestrzeni gleby, która musi być dla nich:
- dostępna,
- stabilna.
To właśnie struktura gleby decyduje o tym, czy taka przestrzeń w ogóle istnieje. Struktura gruzełkowata tworzy układ porów o różnej wielkości, w których zachodzą procesy biologiczne. Jedne z nich odpowiadają za napowietrzenie gleby, inne za zatrzymywanie wody. Taki układ umożliwia jednoczesne utrzymanie aktywności mikroorganizmów oraz stworzenie warunków do rozwoju systemu korzeniowego roślin hodowlanych.
W glebie zagęszczonej sytuacja wygląda inaczej. Ograniczony zostaje dostęp tlenu, co bezpośrednio wpływa na aktywność mikroorganizmów tlenowych, takich jak:
- pałeczki rzekome,
- bakterie nitryfikacyjne I fazy,
- bakterie nitryfikacyjne II fazy,
- bakterie wiążące azot,
- promieniowce,
- prątki,
- nokardie.
W takich warunkach aktywność biologiczna nie zanika całkowicie, ale traci swoją stabilność. Zaburzona struktura gleby oddziałuje również na roślinę hodowlaną. System korzeniowy rozwija się słabiej, a wraz z nim ograniczeniu ulega aktywność ryzosfery – strefy, w której zachodzi najwięcej interakcji między korzeniem a mikroorganizmami.
Bez tej aktywnej strefy trudno mówić o skutecznym ograniczaniu patogenów. Supresyjność gleby nie wynika wyłącznie z obecności mikroorganizmów, lecz z ich pełnej zdolności do funkcjonowania w odpowiednich warunkach.
Fot. A. Maziarek
Wpływ praktyki rolniczej
To, czy gleba będzie wykazywała właściwości supresyjne, w dużej mierze zależy od sposobu jej użytkowania. Supresyjność nie pojawia się przypadkowo, lecz stanowi efekt warunków, jakie przez dłuższy czas są tworzone w glebie. Istotne znaczenie ma stały dopływ materii organicznej, który podtrzymuje aktywność mikrobiologiczną gleby. Równie ważne jest zróżnicowane zmianowanie, pozwalające na budowanie bardziej stabilnego i różnorodnego mikrobiomu.
Duże znaczenie ma także sposób pracy z glebą. Korzystne są:
- ograniczanie intensywnego mieszania,
- ochrona struktury gleby,
- unikanie zagęszczeń.
To wszystko sprzyja utrzymaniu warunków, w których mikroorganizmy mogą funkcjonować stabilnie. Podobny efekt daje utrzymywanie okrywy roślinnej przez możliwie długi czas. Z drugiej strony występują działania, które tę zdolność osłabiają. Są to:
- uproszczone zmianowanie,
- brak dopływu materii organicznej,
- zniszczona struktura,
- długotrwałe i niekorzystne warunki wodno-powietrzne.
Te czynniki prowadzą do spadku aktywności biologicznej i ograniczenia różnorodności mikroorganizmów.
Nie jest to efekt pojedynczego działania. Problem pojawia się w sytuacji, gdy przez dłuższy czas gleba funkcjonuje w warunkach, które nie pozwalają na odbudowę życia biologicznego. W takich warunkach zdolność do naturalnego ograniczania patogenów stopniowo zanika.
Czy można „zbudować” glebę supresyjną?
Supresyjność gleby nie pojawia się w jednym sezonie. Jest to proces, który buduje się stopniowo, wraz z utrzymaniem stabilnych warunków dla mikroorganizmów. Nie istnieje jedno rozwiązanie, które można wprowadzić i uzyskać natychmiastowy efekt. Preparaty mikrobiologiczne mogą wspierać wybrane procesy. Jednak same w sobie nie są w stanie stworzyć trwałej supresyjności, jeżeli warunki w glebie nie pozwalają mikroorganizmom na rozwój i utrzymanie aktywności. Kluczowe znaczenie ma stworzenie środowiska, w którym naturalny mikrobiom może funkcjonować stabilnie.
Gleba supresyjna pokazuje, że ochrona roślin hodowlanych może rozpoczynać się znacznie wcześniej niż w momencie pojawienia się objawów choroby odglebowej. W ziemi o wysokiej aktywności biologicznej patogen nie znika, ale przestaje mieć przewagę. Jego rozwój jest ograniczany przez:
- konkurencję o zasoby,
- działanie mikroorganizmów antagonistycznych,
- ogólną stabilność środowiska.
Zamiast reagować dopiero w momencie pojawienia się problemu, możliwe jest kształtowanie warunków, w których jego rozwój będzie ograniczony. To właśnie w tym miejscu widoczna jest zasadnicza różnica: czy gleba pełni jedynie funkcję podłoża, czy stanowi środowisko, które aktywnie uczestniczy w kształtowaniu zdrowia roślin uprawnych.
