Tanpa bakteria yang betul, tanaman penutup pengikat nitrogen anda hanyalah rumpai

Tanpa bakteria yang betul, tanaman penutup pembantu pengikat nitrogen anda hanyalah rumpai

Tanaman penutup kekacang pengikat nitrogen adalah salah satu konsep yang paling banyak dipasarkan dalam pengurusan ladang lestari. Tanam Mucuna bracteata, kata literatur, dan ia akan mengikat 100 hingga 200 kg nitrogen setiap hektar setahun secara percuma. Apa yang jarang disebutkan oleh bahan promosi ialah keadaan yang bergantung padanya: tanah mesti mengandungi populasi Bradyrhizobium yang betul, sepadan dengan spesies kekacang tertentu, pada ketumpatan yang mencukupi untuk menjajah bulu akar dan membentuk nodul berfungsi. Tanpa simbiosis ini, kekacang tumbuh seperti tumbuhan biasa, mengambil nitrogen dari tanah dan bukannya mengikatnya dari atmosfera.

Di tanah ladang yang baru dibersihkan, di tanah yang sangat terdegradasi, atau di ladang dengan sejarah pH berasid yang panjang, populasi rhizobium asli sering tidak mencukupi atau tidak ada sama sekali. Menanam tanaman penutup kekacang dalam keadaan ini tanpa inokulasi menghasilkan biojisim tetapi tidak menghasilkan pengikatan nitrogen atau sedikit sahaja. Ia adalah penutup tanah yang mahal tanpa anggaran nitrogen.

Simbiosis yang bergantung kepada pengikatan N

Pengikatan nitrogen biologi dalam kekacang beroperasi melalui pertukaran isyarat kimia yang tepat antara tumbuhan dan bakteria. Akar kekacang mengeluarkan sebatian flavonoid ke dalam rizosfera. Bakteria Bradyrhizobium atau Rhizobium dengan profil reseptor yang betul mengesan isyarat ini dan memulakan tindak balas, menghasilkan faktor Nod yang mencetuskan penggulingan bulu akar dan pembentukan benang jangkitan. Bakteria memasuki korteks akar, diselaputi oleh bahan membran tumbuhan menjadi organel yang dipanggil simbiosom, dan membezakan menjadi bakteroid yang menyatakan nitrogenase, kompleks enzim yang menukar dinitrogen atmosfera kepada ammonia.

Simbiosis kekacang-rhizobium menyumbang kira-kira 80% nitrogen yang diikat secara biologi dalam ekosistem pertanian secara global (Zahran, 1999, Microbiology and Molecular Biology Reviews 63(4):968-989). Sistem ini adalah spesifik: strain Bradyrhizobium yang menodulasi Mucuna bracteata tidak semestinya membentuk nodul yang berkesan dengan Pueraria javanica, dan sebaliknya. Inokulasi dengan produk generalis yang tidak mengandungi strain yang sepadan dengan spesies sasaran mungkin menghasilkan pembentukan nodul yang kelihatan tetapi dengan kecekapan pengikatan nitrogen yang kurang optimum.

Khususnya untuk Mucuna bracteata, penyelidikan dari MPOB Oil Palm Bulletin (2020, Cheah et al.) di tanah Siri Jawa mendapati bahawa tanaman tersebut memperoleh 67 hingga 84% daripada jumlah nitrogen tumbuhan daripada pengikatan nitrogen biologi apabila strain Bradyrhizobium yang betul hadir. Ini adalah sumbangan yang luar biasa: pada tahap tertinggi, tumbuhan itu mengikat hampir semua nitrogennya sendiri dari atmosfera. Penyelidikan yang sama mendapati populasi bakteria pengikat nitrogen yang lebih besar di bawah Mucuna bracteata berbanding dengan Pueraria javanica, menunjukkan bahawa kedua-dua spesies bukan sahaja memerlukan rhizobia yang berbeza tetapi juga berbeza dalam kapasiti mereka untuk membina populasi rhizobium di tanah sekeliling.

Mengapa tanah berasid memutuskan kontrak nitrogen

Tanah ladang Malaysia secara ciri-cirinya berasid. Ultisol dan Oxisol, yang mendominasi di Semenanjung Malaysia dan Sabah, mempunyai nilai pH semula jadi 4.0 hingga 5.5. Kebanyakan simbiosis kekacang-rhizobium pertanian dioptimumkan untuk pH 6.0 hingga 7.5. Pada pH 4.0 hingga 5.0, pelbagai mekanisme mengganggu pengikatan nitrogen.

Pertama, ion aluminium dan mangan bebas pada kepekatan tinggi dalam larutan tanah berasid adalah toksik secara langsung kepada sel-sel Bradyrhizobium. Kelangsungan hidup Rhizobium dalam kultur cecair menurun dengan mendadak di bawah pH 5.0 dengan kehadiran aluminium. Kedua, proses jangkitan itu sendiri, terutamanya pelekatan rhizobia pada permukaan bulu akar, dihalang dalam keadaan berasid. Penggulungan bulu akar, langkah fizikal pertama dalam pembentukan nodul, ditindas apabila pH tanah mengganggu urutan isyarat faktor Nod. Ketiga, aktiviti enzim nitrogenase dikurangkan oleh pH rendah dan aluminium yang tinggi, walaupun pada nodul yang terbentuk.

Akibat praktikalnya ialah kekacang yang diinokulasi dengan baik yang ditanam di tanah pH 4.2 akan menghasilkan nodul yang kurang berkesan, mengikat kurang nitrogen setiap nodul, dan mengembalikan kurang N total ke tanah berbanding kekacang yang sama yang diinokulasi dan ditanam di tanah pH 5.5 hingga 6.0. Oleh itu, pengurusan pH tanah adalah prasyarat untuk merealisasikan potensi pengikatan nitrogen bagi sebarang pelaburan tanaman penutup. SoilBoost EA mengandungi pecahan asid humik yang menampan pH tanah dan meningkatkan kapasiti pertukaran kation, mewujudkan keadaan yang lebih sesuai untuk kelangsungan hidup rhizobium dan aktiviti jangkitan.

Rhizobia spesifik spesies: Mucuna vs Pueraria vs Centrosema

Setiap spesies tanaman penutup utama yang digunakan di ladang Malaysia mempunyai profil kekhususan rhizobium sendiri. Memahami perbezaan ini adalah penting untuk pemilihan produk inokulasi.

Mucuna bracteata membentuk simbiosis yang berkesan dengan Bradyrhizobium elkanii dan strain lambat tumbuh yang berkaitan dari keluarga Bradyrhizobiaceae. Strain ini bertoleransi terhadap keadaan berasid sederhana lebih baik daripada banyak spesies Rhizobium yang cepat tumbuh tetapi masih menunjukkan pengurangan aktiviti yang ketara di bawah pH 5.0.

Pueraria javanica menodulasi dengan pelbagai strain Bradyrhizobium yang lebih luas dan mempunyai beberapa populasi rhizobium asli yang sudah ada di tanah Malaysia dengan sejarah penanaman kekacang. Ini sebahagiannya menjelaskan mengapa PJ mengikat nitrogen dengan lebih pasti tanpa inokulasi di tanah yang pernah ditanam sebelum ini, walaupun inokulasi masih meningkatkan prestasi di pembukaan baharu.

Centrosema pubescens memerlukan strain Bradyrhizobium khusus untuk genus Centrosema. Inokulasi silang dengan rhizobia Mucuna atau Pueraria mungkin menghasilkan beberapa nodulasi tetapi biasanya dengan kecekapan pengikatan yang lebih rendah daripada inokulasi strain yang sepadan. Di tanah tanpa penanaman Centrosema sebelum ini, inokulasi adalah penting untuk pengikatan nitrogen berlaku.

Calopogonium mucunoides dan Calopogonium caeruleum juga memerlukan strain Bradyrhizobium yang sepadan dengan genus Calopogonium. Spesies ini sering ditanam sebagai spesies pendamping dalam tanaman penutup campuran, di mana ia menduduki niche bawah pokok. Sumbangan pengikatan nitrogen mereka dalam tanaman campuran bergantung kepada inokulasi yang sepadan dengan keperluan rhizobium spesifik mereka.

Protokol inokulasi untuk penubuhan ladang Malaysia

Protokol inokulasi standard pada penanaman melibatkan penyalutan benih dengan pembawa inokulan rhizobium, sama ada berasaskan gambut atau cecair, serta-merta sebelum penanaman. Benih hendaklah dilindungi daripada cahaya matahari langsung selepas inokulasi, kerana sinaran UV dengan cepat membunuh sel-sel rhizobium pada permukaan benih. Benih yang diinokulasi hendaklah ditanam dalam tempoh 24 jam selepas penyalutan untuk mengekalkan daya hidup.

Di tanah yang sangat berasid (pH di bawah 5.0), pengapuran tanah pada 0.5 hingga 1.0 tan metrik per hektar yang digunakan enam hingga lapan minggu sebelum penanaman meningkatkan persekitaran rizosfera untuk kejayaan inokulasi. Ini tidak dapat menggantikan inokulasi tetapi meningkatkan keadaan di mana rhizobia yang diperkenalkan dapat terbentuk.

Bagaimana pengurusan pH tanah menyokong populasi rhizobium

Pengapuran untuk meningkatkan pH tanah di atas 5.5 adalah campur tangan yang paling langsung untuk meningkatkan kelangsungan hidup rhizobium dan kecekapan pengikatan nitrogen. Penggunaan asid humik melalui SoilBoost EA memberikan manfaat pelengkap: molekul humik mengkelat ion aluminium, mengurangkan ketoksikan aluminium bebas dalam larutan tanah tanpa memerlukan peneutralan penuh yang dicapai oleh kapur. Kesan penampan ini amat berguna dalam penanaman sedia ada di mana penggunaan kapur siaran secara logistik adalah sukar, dan ia menyokong populasi rhizobium di dalam tanah di sekitar sistem akar tanaman penutup sedia ada serta di zon penubuhan untuk benih yang baru ditanam.

Program gabungan, inokulasi yang betul pada penanaman, penampan pH melalui pindaan asid humik, dan pembetulan pH tanah di mana diperlukan, memberikan keadaan untuk pengikatan nitrogen berfungsi pada potensi yang didokumentasikan. Tanaman penutup kemudian menjadi seperti yang diterangkan dalam literatur agronomi: sebuah kilang nitrogen di antara barisan, mengitar N atmosfera ke dalam sistem tanah dan mengurangkan permintaan baja tak organik pada tanaman.