OWEN RHODE, LNR-Graangewasse, Potchefstroom
Voedeselproduksie moet teen 2050 verdubbel om die groeiende wêreldbevolking te kan voed. In die navorsingsomgewing word daar terselfdertyd voorgestel dat daar 'n afname in die gebruik van anorganiese kunsmis en on­kruiddoders moet wees.
Die tweeledige doel om voedselproduksie te verseker en volhoubaar te boer, plaas opnuut 'n fokus daarop om groter voordeel uit die interaksies tussen landbougewasse en mikrobes te trek. Die voordele wat grondmikrobes vir volhoubare landbou inhou is, van onskatbare waarde.
Mikrobes speel 'n sleutelrol in onder andere stikstofbinding, opname van voedingstowwe, siektebeheer, asook bevordering van grondstruktuur.
Die risosfeer kan beskryf word as die dun lagie grond rondom wortels wat regstreeks deur die wortels se afskeidingsverbindings en mikro-organismes beïnvloed word. Plantwortels vervaardig en stel 'n verskeidenheid van verbindings vry, wat dan deur grondmikrobes as voedsel benut word. Hierdie wortelafskeidings tree soos boodskappers op, wat die mikrobiese bevolking stimuleer. Sekere van die verbindings wat die plant vervaardig, kan die groei van voordelige bakterieë bevorder terwyl ander skadelike bakterieë onderdruk.
'n Groep verbindings wat deur die wortels vrygestel word, is suikers wat in die plant of gewas se blare gemaak word. Die suikers beweeg dan afwaarts na die risosfeer en dien as voedsel vir bakterieë en swamme. Hierdie mikrobes is in staat om fosfate wat in die grond opgesluit is, op te los en dit sodoende vir die plant toegangklik te maak.
Swamme soos Trichoderma spp. kan ander nadelige swamme onderdruk en die plant se verdedigingsmeganismes bevorder. Stikstofbindende bakterieë leef in noue assosiasie met plantwortels en kan ook die nodige voedingstowwe aan die plant verskaf.
Net soos die bakterieë en swamme, is protosoë ook aktief in die risosfeer. Protosoë het die vermoë om op die bakterieë te teer en sodoende bakteriese getalle te beheer. Die teenwoordigheid van protosoë in die risosfeer kan die groei van plante bevorder.
Daar is gevind dat protosoë, net soos amoebas, bakterieë as voedsel kan opneem. Op hierdie wyse kan bakteriese stikstof in die risosfeer vrygestel word. Aalwurms is ook doeltreffende predatore van bakterieë. Hulle het 'n soortgelyke effek as protosoë.
Stikstofbinding in simbiose en vrylewende stikstofbinders
Vele mikrobes bind stikstof simbioties met 'n gasheerplant. In die spesifieke vennootskap verskaf die plant suikers aan die mikrobes en stikstof word weer gebind deur mikrobiese prosesse sodat die stikstof later weer aan die plant beskikbaar gestel word. Hierdie proses kom veral voor in die welbekende wisselwerking tussen mikrobes en peulgewasse, waar stikstof simbioties gebind word.
Die bekendste voorbeeld van simbiotiese stikstofbinding is waarskynlik die wisselwerking tussen peulgewasse en rhizobia-bakterieë. Voorbeelde van laasgenoemde is die alombekende Rhizobium- en Bradyrhizobium-bakterieë wat aan peulgewasse soos sojabone en grondbone toegedien word.
'n Unieke eienskap van rhizobia-bakterieë is hul vermoë om gespesialiseerde knoppies in 'n simbiotiese assosiasie met die peulgewas te vorm. Die proses van stikstofbinding word aangeskakel indien die rhizobia in die risosfeerverbindings soos flavonoïde, wat deur die plantwortels afgeskei word, teëkom.
'n Reeks van rhizobia-gene word geaktiveer, wat lei tot die infeksie van die plant deur rhizobia-bakterieë en uiteindelik die vorming van nodules (knoppies). Die wisselwerking skakel atmosferiese stikstof om na 'n hernubare bron van stikstof vir landbougebruik, met geskatte addisionele waardes van tot soveel soos 300 kg stikstof per hektaar per jaar.
Daar is 'n reeks van bakterieë wat in die grond teenwoordig is en betekenisvolle hoeveelhede stikstof kan bind sonder dat enige ander organismes 'n rol daarin speel. Vrylewende stikstof-bindende bakterieë soos Azospirillum spp., Azotobacter spp., Acetobacter diazotrophicus en Bacillus spp. word in die risosfeer gevind en het nie 'n gasheer nodig om stikstof in die grond te plaas vir plantopname nie.
Navorsing by die Rothamsted eksperimentele plaas in Engeland het gewys dat vrylewende stikstofbindende bakteriese getalle hoër is in landerye waar geen stikstof toegedien is nie. Daar is ook gevind dat hierdie bakterieë tot soveel as 20 kg stikstof per hektaar bykomend in die grond kan verskaf indien wisselbou toegepas word.
Mikorisa en fosfaat-vrystellende mikrobes
Een van die hoofrolspelers, wat 'n brug tussen die plant en grond skep, is die bekende arbuskulêre mikorisaswamme. Verskeie studies het getoon dat mikorisaswamme 'n direkte voordeel vir 'n gewas inhou deurdat dit voedingstowwe aan die gewas beskikbaar stel, wat tot verhoogde produktiwiteit kan lei.
Arbuskulêre mikorisaswamme leef in harmonie saam met plantwortels. Mikorisa, ook bekend as wortelswam, is afgelei van die Latynse woord mycos wat swam beteken en rhiza wat wortel beteken. Dit word in die meeste gronde gevind en is volop in die risosfeer.
Mikorisaswamme kan ongelukkig net in die risosfeer groei en voortplant. Deel van die swam is dus binne die wortel, aangesien die gasheerplant se wortels gekoloniseer word deur die swam. Sekere plante is geskikte gashere vir mikorisa. Gewasse soos mielies, peulgewasse en sonneblom is uitstekende gashere vir mikorisaswamme. Kanola en koolgewasse kan egter nie as gasheer vir mikorisaswamme dien nie. Elke plant of gewas het sy eie groep spesies van mikorisa.
Mikorisa vorm 'n netwerk van fyn swamdrade in die risosfeer om die worteloppervlak te verleng en sodoende die absorbsie-oppervlak van wortels met tussen 100 tot 1 000 maal te vergroot. Die uitgebreide netwerk van swamdrade maak die plantwortels meer doeltreffend ten einde water en ander voedingstowwe soos fosfor (P) en sink (Zn) op te neem.
Op sy beurt kry die mikorisaswam weer suikers (koolstof) en ander stowwe van die plantwortels. Beide gasheer en swam word bevoordeel. Grondbewerking is uiters nadelig vir mikorisa. Mikorisa-inokulante is kommersieel beskikbaar en is veral voordelig in P-beperkende gronde.
'n Ander groep van bakterieë, soos byvoorbeeld Pseudomonas, Bacillus en aktinomisete, asook swamme (Aspergillus en Penicillium) het die vermoë om plant-ontoerekenbare (onbeskikbare) fosfor (P) in die grond te mineraliseer en vry te stel. Net soos in die geval van arbuskulêre mikorisaswamme, word die gebruik van inokulante vir bogenoemde organismes ook as voordelig beskou – veral in P-beperkende gronde.
Onderdrukking en beskerming teen siektes
Veral jong gewasse se wortels is vatbaar vir infeksie deur patogeniese swamme, bakterieë of virusse. Mikorisa en patogene ding mee vir infeksieruimtes op die worteloppervlak en kompeteer verder ook vir koolstof en ander voedingstowwe. Aldus word die patogene deur middel van kompetisie uitgehou.
Mikorisaswamme kan ook chemiese verbindings met antimikrobiese eienskappe afskei, wat verhoed dat ongewenste swamme die wortels van die gasheerplant binnedring. In mikorisa se teenwoordigheid word patogene tot 'n groot mate in die proses uitgesluit. Mikorisa dien sonder hulp van buite as hoogs effektiewe biologiese beheer-tussenganger.
Grondstruktuur en voedingsvoordeel
Die netwerk van mikorisaswamdrade dra by tot grondstruktuur en -stabiliteit. 'n Byproduk van die aktiwiteit van mikorisa is die vervaardiging van glomalien, 'n verbinding wat grondstruktuur verbeter.
Glomalien is basies die "gom" wat kleipartikels aanmekaar bind om groter aggregate te vorm. Sodoende word daar groter porieruimtes in die grond gevestig, wat gaswisseling om die wortelsone bevorder. Dit skep natuurlik die ideale ruimtes vir plantwortels om te kan groei en funksioneer. Die ruimtes bevorder ook die vinnige verdeling van voordelige aërobiese bakterieë wat stikstof kan bind asook fosfor kan oplos en dit aan die plant beskikbaar stel. Mikorisaswamdrade kan ook sand saambind, wat 'n ideale vogretensie-omgewing vir plantwortels en bakterieë skep.
Mikorisa koloniseer veral jonger plantwortels. In ouer plantwortels breek die wortelkortekslaag waarin die mikorisa is, mettertyd af. Fyn wortels is die hoofsetel van mikorisa-ontwikkeling en is ook die aktiefste gedeelte vir voedingsopname.
Die toevoeging van organiese materiaal soos kompos kan ook 'n positiewe effek op arbuskulêre mikorisaswamme se spoorgetalle hê. In droë gebiede help die mikorisaswamme om skaars water na die plant te vervoer.
Gunstige mikrobes in die grond is nie net verantwoordelik vir die afbreking van organiese materiaal nie, maar bind en stel ook belangrike plantopneembare voedingstowwe vry, bou die grondstruktuur op, breek giftige stowwe af en onderdruk siektes en plae – alles tot die bevordering van 'n volhoubare plant- en gewasproduksiestelsel.