Fertilitatea solului – ecologia ascunsa
Mecanismele prin care plantele, microbiota si intreaga retea trofica din sol construiesc fertilitatea naturala a solului
imagine: Aaron Roth, NRCS/Flickr, CC BY-ND
Plantele alimenteaza economia solului
Cine formeaza fertilitatea naturala a solului? – Plantele, microbiota si intreaga retea trofica din sol, prin activitati specifice. Sub picoarele noastre, in sol, se afla comunitati complexe, dinamice si diverse de organisme care prin activitatiile lor mici si invizibile creaza echilibru si abundenta. Solurile sanatoase isi pastreaza si chiar sporesc fertilitatea prin mecanisme de conservare, acumulare, reciclare, extragere etc. efectuate de plante, si de intreaga retea trofica din sol. Inputurile in acest sistem sunt practic inepuizabile: rocile si particulele minerale, energia solara care alimenteaza toata formele de viata, azotul din atmosfera.
Din cele mentionate anterior stim ca plantele ocupa un rol cheie in ecosistem datorita procesului se fotosinteza prin care transforma energia solara in carbohidrati, care sunt utilizati ulterior de alte regnuri. Plantele sunt asadar “stapanii jocului” in economile subterane avansate deaorece ele furnizeaza vasta majoritate a energiei care alimenteaza reteaua trofica din sol prin doua cai:
- in primul rand, ele sunt principala sursa de materie organica din sol prin moartea periodica sau nu a partilor aeriene si subterane;
- in al doilea rand, plantele hranesc si intretin prin exudati o abundenta si o diversitate de microoganisme in imediata vecinate a radacinilor. Si nu doar atat, plantele pot modula si calibra exudatii in functie de necesitati. Aceasta din urma cale a fost necunoscuta pana relativ recent si pune intr-o lumina noua importanta microbiolobiei dintr-un sol sanatos.
Exudatii radacinilor pun elementele in miscare
Dupa cum spuneam anterior, majoritatea plantelor elibereaza in sol 30-40% din productia de carbohidrati, pentru a hrani baceriile si fungii din rizosfera. Pentru a se dezvolta, acestea absorb eficient prin propria activitate enzimatica si alte elemente nutritive din sol, pe care imobilizeaza in structura organismelor lor. Insa in sol se afla o retea trofica complexa si fiecare organism are proprii lui pradatori, este o lume in care fiecare individ mananca si este mancat. Bacteriile sunt in principal consumate de protozoare, protozoarele sunt majoritatea consumate de nematode pradatoare, acestea de artropode, iar atropodelede de pasari si animale. Fungii sunt cel mai adesea consumati de nematode care consuma fungi, acestia din urma de nematode pradatoare, acestea de microatropode, microatropodele de artropode, artropodele de pasari si animale.
Dezvoltarea acestor organisme este limitata nu de nutrienti, ci de energia pe ca o obtin – care la origine provine in principal din descompunerea materiei organice, din exudati, sau din alte procese cum ar fi cel de nitrificare.
La fiecare interactiune prada-pradator dintre membrii retelei trofice raman in urma deseuri si astfel, elementele nutritive inmagazinate in insasi structura organismelor (care cuprinde intr-un sol sanatos intregul evantai al micro- si macronutrientilor) sunt mobilizati si pot fi accesibili ca hrana atat pentru plante, cat si pentru microorganisme.
Este interesant de observat ca plantele elibereaza exudati in rizosfera (unde prolifereaza astfel de 5-10 ori mai multi fungi si de 10-50 ori mai multe bacterii) si conform propiriilor necesitati. Prin urmare, nutrientii sunt eliberati in contextul ideal: atunci cand sunt necesari, unde sunt necesari si in forma direct acesibila plantelor. Orice excess este capturat de fungi sau bacterii si repus in circuit.
Un fragment din circuitul azotului in natura, relatiile prada-pradator
Azotul, care este un element deosebit de important pentru plante si care constituie adesea factorul limita in deszvoltarea lor, circula in sol prin reteaua trofica prin acelasi mecanism.. Descompunatorii, care inmagazineasa si imobilizeaza rapid azotul din orice forma de materie organica sau deseu, intra in reteaua de pradatori si la fiecare interactiune este eliberat azot. Aceasta se intampla deoarece fiecare orgnaism nu asimileaza decat ceea ce ii este necesar, si este interesant ca, pe masura ce parcurgem reteaua trofica de la descompunatori spre pradatori, raportul carbon:azot (C:N) creste, de la 5:1 in cazul bacetriilor, la 20:1 in cazul fungilor, 30:1 pentru protozoare, si 100:1 pentru nematode. Asa ca de fiecare data cand un pradator consuma o prada, cand o protozoa consuma o bacterie, sau o nematoda consuma hifele unei fungi etc., se elibereaza excesul de azot in forma de amoniu NH4+. Acesta ramane ca atare daca solul este acid si dominat de fungi, si poate fi absorbit de plantele perene, sau, in cazul unui sol alcalin si dominat de bacterii, este transformat de bacteriile nitrificatoare in nitrit (NO2–) si apoi azotat/nitrat (NO3–), care este asimilat de plantele anuale.
Azotul poate iesi din sistem inapoi in atmosfera prin activitatea bacteriilor denifricatoare care actioneaza in mediu anaerob sau prin scurgerea (spalarea) compusilor solubili in lipsa unei bune microbiologii a solului care sa iiintercepteze si sa ii inmagazineze.
Mutualisme: relatiile micorize si simbioza cu rhizobacterii
Al doilea mecanism prin care plantele obtin nutrienti este prin mutualism cu bacterii din genul rhizobium (fixatoare de azot) sau fungi care formeaza micorize (acesta este numele specific al tipului de interactiune dintre plante si fungi). Acestea sunt relatii bilaterale directe, spre deoebire de alte tipuri de interactiuni unde nutrientii sunt schimbati prin intermediul apei. Rhizobacteriile traiesc in interiorul radacinilor, unde formeaza noduli, iar ciupercile micorize invaluiesc radacinile plantelor intr-un scut protector, si patrund tesuturile tinere la o adancime mai mare sau mai mica. (Endomicorizele patrund peretii radacinilor si chiar in interiorul celulelor, iar ectomicorizele patrund doar cateva straturi de celule, invalui-le la exterior).
Aceste relatii sunt atat de intime, incat la prima vedere pot sa para parazitare. Insa ele se formeaza prin consens. Planta insasi elibereaza exudati specifici pentru a trezi din latenta rhizobacteriile si permite sa fie infectata in locuri specifice printr-o reactie antigen-anticorp. Iar micorizele se formeaza in mod asemanator, in urma unor schimburi de semnale chimice si nu sunt unilaterale sau monogame, aceeasi planta poate forma asocieri cu mai multi fungi in acelasi timp, sau paote renunta la unele asocieri de-a lungul vietii.
Fixarea azotului in sol
Bacteriile fixatoare de azot sunt componente deosebit de importante in ecosistem deoarece azotul atmosferic este inacesibil plantelor datorita legaturii triple puternice dintre cei doi atomi ai moleculei. Aceasta legatura este rupta de activitatea enzimatica a bacteriilor fixataore de azot alimentata cu energie de catre plante (cu costuri considerabile: 12-25% din produsii de fotosinteza), indiferent ca este vorba de bacterii din genul rhizobium, cu care formeaza relatii simbiotice, fie ca este vorba de bacterii care traiesc liber in sol, cum sunt cele din genul Azobaspirillum care se gasesc adesea in rizosfera cerealelor si a ierburilor. In al doilea caz azotul ajunge la plante indirect, eliberat de relatiile prada-pradator.
Azotul fixat de bacterii in nodulii radacinilor este utilizat in primul rand de bacteriile insasi pentru propria dezvoltare si de planta gazda, si reintra in circuitul viatii din sol prin moartea partilor vegetale ale plantei. Daca planta gazda are la randul ei relatii simbiotice cu fungi, atunci ea poate imparti o parte din azot prin reteaua miceiului in schimbul altor nutrienti, ceea ce obliga planta sa alimenteze fixarea unei cantitati mai mari de azot decat proriile necesitati.
Micorizosfera in nutritia plantelor
Asocierea cu micorize extinde suprafata de obsorptie a radacinilor de 10-100 de ori si beneficiile sunt multiple, fiindca hifele fungilor sunt mai subtiri, mai rapide si mai agresive decat perisorii absorbanti ai radacinilor. Fungii produc acizi si enzime unice si puternice pe care plantele nu le pot produce, si care descompun lignina sau dizolva diverse roci, chiar si pe cele dure. Astfel otinem din substante insolubile, inerte, substante solubile, accesibile. Gasim fungi la suprafata rocilor, in pori, in crapaturi, sau chiar adanc in interiorul rocilor. Practic fungii pot pune la dispozitia plantelor toti micro si macronutrientii necesari: P, Fe, Cu, Zn, S, Mg, Mn etc., cu exceptia N pe care nu il pot produce direct, dar pe care il pot transporta.
Fungii sunt notorii pentru retinerea calciului solubil prin formarea de cristale de oxlat de calciu la suprafata hifelor, pentru extragerea fosforului (a carui exploatare este ingrijoratoare si care, aplicat ca fertilizator, ajunge in adancul marilor si oceanelor unde ramane imobilizat) si pentru reciclarea si inmagazinarea carbonului (practic fungi retin mai mult carbon decat plantele).
Prin relatiile micorize multilaterale, fungi pot conecta zeci de plante, chiar si de specii diferite, intr-un fel de World Wide Web format de miceliu, prin care se transmit nutirenti, apa si informatie intre diverse sistemel locale.
O privire de ansamblu spre economia subterana si agricultura
Cunoscand aceste lucruri ajungem sa intelegem ca radacinile nu sunt decat in proportie mica organe de extractie, ci mai degraba organe de fixare in sol si de absorbtie – sunt un loc de schimb, un port spre viata complexa din sol, locul unde ceea ce a murit e reciclat si reintra in circuitul vietii.
Formele deviata din sol au fost pana nu de curand “jumatatea” necunoscuta si ignorata a vietii terestre. Si totusi, jumatate din biomasa plantelor si vasta majoritate a biomasei non-vegetale se afla in sol; mare majoritate a energiei fixate prin fotosinteza este directionata in sol. Economia subterana a Terrei o depaseste pe cea supraterana cel purin printr-un ordin de magnitudine. Este timpul ca formele de agricultura pe care le practicam si recunoasca si sa nu mai fie straine de de comunitatile de organisme din sol, mari, complexe, diverse, si cu o pondere majora in ecosistem.
Imi propun sa anexez in curand date despre diversitatea microbiologiei din sol si sa vorbesc data viitoare despre cum putem integra aceste cunostiinte pentru a practica forme e agricultura mai prietenoase cu principiile si interactiunile ecologice.
