6. Talajmegújító mezőgazdaság – a természetes nitrogénáramlás
Átlagtermés tápanyagutánpótlás nélkül? Gond nélkül.
Több mint tíz éve hangsúlyozom a talajok természetes termékenységének fontosságát, amely termékenységet a magas humusztartalom és a folyékony szén útvonallal táplált talajélet összetett hálózata képes biztosítani.
Ennek hatékony fejlesztése a talajmegújító mezőgazdaság eszköztárával megvalósítható, a talajművelés okszerű elhagyásával, a talaj védelmével, változatos vetésforgóval, sok fajból álló takarónövények alkalmazásával és a legelő állatok vetésforgóba integrálásával.
A növénytermesztésben számos korlátozó tényezővel kell megbirkóznia a gazdálkodónak, amelyek közül a nitrogén utánpótlása a leghangsúlyosabb a közbeszédben. Természetesen minden más rendelkezésre álló tápelem is fontos, sőt, számomra a talaj szerves széntartalma a legfontosabb, de a nitrogén az utolsó tápanyag, amit valaki elhagy a termelésben. Azonban a regeneratív mezőgazdaság egyik fontos alapelve, hogy mindenből kevesebbet használjon fel, beleértve a növényvédő szereket, műtrágyákat és az üzemanyagot is, miközben igyekszik fenntartani a megfelelő hasznot biztosító hozamokat is. A degradált talajok alacsony humusztartalma azonban nem képes elegendő nitrogént sem szolgáltatni, miközben szerves trágya a 4,3 millió hektár magyar termőföldből csak 233.590 hektárra jut egy évben (2022, KSH), hígtrágya és komposzt pedig még kevesebb területre.
Hogyan oldjuk meg akkor, hogy átlag feletti terméshez elegendő nitrogén álljon a rendelkezésünkre műtrágya nélkül is?
Lehet nitrogén utánpótlás nélkül is átlag feletti hozamokkal termelni?
Kevés komoly termelő van, aki megkockáztatta a nitrogén utánpótlás nélküli termesztést, mielőtt nem ütött be a válság. A kijuttatott nitrogén hasznosulása azonban terméktől függően elképesztő veszteséggel jár, elég a karbamid vagy ammónia párolgására, vagy a nitrát a talaj pH-értékétől függő elérhetetlenségére gondolnunk. A jelentős csapadékesemények hatására könnyen kimosódnak a vízoldható nitrogénvegyületek, a gyökérzóna alá, oxigénben szegény közegbe kerülő nitrogén vagy tartósan víz alá kerülő terület denitrifikációja pedig párolgási veszteségként jelentkezik. Az egyre gyakoribb nagy zivatarok felmérhetetlen mennyiségű nitrogént (és mellette természetesen mindegy egyéb, vetéssel kiszórt műtrágya-hatóanyagot és humuszt) szállítottak magukkal az erodált területekről elfolyó földdel, amely veszteséget könnyen meg lehetett volna akadályozni minimum műveléssel, de leginkább a no-till használatával.
Optimális körülmények között a talajban található nitrogén 95%-a szerves kötésben fordul elő, amelynek mennyisége és formája függ a talaj szerves széntartalmától, pH-értékétől és a talaj mechanikai összetételétől. Minél magasabb a talajban a szerves anyagok (SOM), azaz a talajvizsgálatokban található humusz mennyisége, annál több szerves nitrogént is képes biztosítani a növényeinknek. Átlagosan a növény számára szükséges nitrogén legalább 50%-át a szerves nitrogénforrások szolgáltatják, de kukoricában végzett mérések alapján akár a növény által felvett nitrogén mennyiségének 67%-a is ebből a forrásból származik. Azaz, a kukoricára kiszórt nitrogénből kevesebb mint 33%-ot vesz fel a növény, még akkor is, ha minden körülmény optimális. Alacsony pH, víztelítettség vagy aszály esetén ez az érték természetesen még alacsonyabb – tehát ennyi pénzt vertünk el a semmire a műtrágyákkal.
Ebből adódóan felmerülhet két kérdés. Először is, érdemes-e minden évben nagy dózisú műtrágyára bízni növényeink tápanyagellátását?
A nitrogén paradoxon
A mezőgazdaság egyik legnagyobb ellentmondása, hogy azt a nitrogént igyekszik folyamatosan pótolni műtrágyákkal az 1950-es évek óta, amely a 78% nitrogéntartalmú földi légkörben korlátlan mennyiségben veszi körül a növényeket. A legtöbb növény azonban ebben az inert formában (N2) nem tudja felhasználni a nitrogént, ezért ezt más formákká – nitrát, ammónia, ammónium és aminosavak – kell átalakítani.
A levegőben lévő nitrogén a növények számára elérhető formává alakulása az egészséges talaj-ökoszisztémában természetes módon, mikroorganizmusok sokasága révén történik. Ezt biológiai nitrogénmegkötésnek nevezik, és vagy szimbiózisban élő szervezetek végzik, mint a pillangósvirágúak Rhizobium fajai, vagy a szabadon élő nitrogénmegkötők: azotobaktériumok, cianobaktériumok, kék és zöld algák és a szabadon élő nitrogénmegkötők számtalan más faja. Ez a folyamat szorosan összefügg a talaj szerves anyagának mennyiségével, mert a talajban élő mikrobák többségének szerves szénre van szüksége a szaporodáshoz.
A talaj szerves anyagában lévő nitrogén nagy százaléka aminosav formában van jelen, és az év folyamán nem változik számottevően a koncentrációja. Az aminosavak az élet legfontosabb építőkövei közé tartoznak, mivel ezek képezik a DNS, az RNS, a fehérjék, a hormonok és számos életfunkcióalapját. A növények általában úgy szintetizálják a számukra szükséges aminosavakat, hogy a nitrogén nitrát formáját összekapcsolják a fotoszintézis során képződő glükózzal.
A közelmúltig a tudósok azonban úgy vélték, hogy a növények ritkán vesznek fel szerves nitrogént aminosavak formájában. Azt feltételezték, hogy ezek a molekulák túl nagyok ahhoz, hogy a gyökerek felszívhassák őket. Úgy vélték, hogy a talajban lévő aminosav nitrogénjének nagy része nem hasznosul a növények számára, hacsak nem alakul át nitráttá. Ez igaz is, abban az esetben, ha egy leromlott, szerves szénben szegény földben történik a vizsgálat – azaz egy szokásos leromlott állapotú, alacsony humusztartalmú szántóföldben elsősorban a vízoldható nitrogénvegyületeket veszi fel a növény, mert nem áll rendelkezésére a talaj szolgáltatásokban gazdag táplálékhálózata.
Az utóbbi években azonban egyre több bizonyíték van arra, hogy a növények képesek közvetlenül hasznosítani és általában előnyben részesítik az aminosavakat a szervetlen nitrogénnel szemben. Ez megkérdőjelezi a szárazföldi nitrogénkörforgásról alkotott hagyományos nézeteket, miszerint a növények nem képesek közvetlenül hozzáférni a szerves nitrogénhez anélkül, hogy a mikrobiális mineralizációtól függenének a szervetlen nitrogén előállítása során, és hogy a növények nem tudnak hatékonyan versenyezni a talajmikrobákkal a talajból történő tápanyagfelvételben.
A rhizofágia megismerésével pedig még ezen is túlmegyünk, mivel a növény hajszálgyökerei segítségével aktívan elfogyasztja a hajszálgyökerek csúcsának gyökérváladékaiban élő baktériumokat, reaktív oxigénnel felvéve azok tápanyagtartalmát, majd újra kibocsájtja őket a gyökérszőrökön keresztül a talajba, megsokszorozva ezzel az elérhető tápanyagok mennyiségét is.
A szerves anyaghoz kapcsolódó nagy mennyiségű nitrogén könnyen elérhető a növény számára a szerves szénben gazdag talajokban, és a nitrogénnek ezek a formái stabilak, nem mosódnak ki, hanem folyamatosan elérhetőek a szerves szénvegyületek mátrixában. Ha a szerves anyagok mennyiségének szintjét fenntartjuk vagy növeljük, akkor ezeknek a nitrogénvegyületeknek a mennyisége is növekszik. Ezért fontos szempont, hogy a növény a kritikus növekedési vagy magtermelési időszakokban, amikor nagy mennyiségű nitrogénre van szüksége, hozzáférhet ehhez a szerves nitrogénhez egy élő talajban.
A szerves nitrogén mennyisége a talajokban
Fontos, hogy tisztában legyünk azzal, hogy a talaj szerves anyagában mennyi nitrogén tárolható a növények számára. A talaj szerves anyaga a nitrogént a szén-nitrogén (C : N) arányban kifejezve tartalmazza. Ez a C : N arány általában 11 : 1 és 9 : 1 között van, a pontos arányt azonban csak laborvizsgálattal lehet meghatározni. A talajban lévő szerves nitrogén mennyiségének magyarázatához a „háztáji” számítások megkönnyítése érdekében a 10 : 1 arányt használjuk.
A talaj szerves anyagában található szén mennyiségét a talaj szerves széntartalmának (SOC) hívjuk, és mérése során a talaj egy kilogrammjában található szén grammját mérjük. A talaj szerves anyagában lévő szerves szén mennyiségére létezik egy elfogadott közelítő arányszám. Ez a SOC × 1,72 = SOM (nagyjából a magyar humusztartalom értéke). Ha a SOM-ból számolunk vissza, akkor pedig a SOM × 0,58 szorzót használjuk a SOC értékéhez.
A SOC mennyiségének a talaj tömegének százalékában történő kiszámítása meglehetősen összetett kérdés, mivel a talaj fajlagos sűrűségét is figyelembe kell venni. Ennek oka, hogy egyes talajtípusok sűrűbbek, és ezért nehezebbek, mint más talajok. Ez megváltoztatja a talaj százalékában kifejezett szén mennyiségét, de a hétköznapi kalkulációban a talaj felső 20 cm-es szintjében a szerves szén mennyiségének 1%-os növekedése 24 t/ha növekedéstjelent a SOC értékében. Ez azt jelenti, hogy egy 1%-os SOC-tartalmú talaj 24.000 kilogramm szenet tartalmazhat hektáronként. 10 : 1 szén-nitrogén arány mellett ez a talaj hektáronként 2400 kilogramm szerves nitrogént tartalmazhat a felső 20 cm-ben. Ezt a nitrogénmennyiséget nem mérik a magyar talajvizsgálatban, ezért nem is foglalkoznak vele a tápanyag-gazdálkodási tervekben – mi azért legyünk tisztában ezzel a kiaknázható tartalékkal.
Korlátlan nitrogénkészlet?
A számokból láthatjuk, hogy akár 200–250 kg/hektár nitrogén hatóanyag kijuttatása (bár ennyit senki nem adna ugye, ez csak elméleti szám :-) is elenyésző mennyiség a talajban található szerves szénnel kötött nitrogén mennyisége mellett. A jó gazdálkodás akkor kezdődik, amikor a növények hozzá is férnek ehhez a hatalmas szerves tápanyag mennyiséghez.
Hogyan férhetnek hozzá? A talaj táplálékhálózatának segítségével, amely bonyolult táplálékláncán keresztül biztosítja a feltárt és mikrobiális biomasszában tárolt tápanyagok elérhetővé tételét. Egy kevésbé tudományos módszert ismerünk már néhány ezer éve ennek a tápanyagkészletnek a feltárására – jól megszántva a földet garantáltan elpusztítunk néhány tonna mikrobát, amelyekből a felszabaduló tápanyagok már elérhetőek lesznek vízoldható formában is a növények számára.
Mi azonban már szeretnénk túllépni azon a felmérhetetlen károkozáson, amit 12.000 év talajművelése okozott, ezért a természet folyamatainak támogatásával igyekszünk inkább megkapni azt a tápanyagot. Elsősorban a rizoszférában élő paránylények segítenek a tápanyagfeltárásban és tápanyagcserében – amíg ezek fajváltozatossága és egyedszáma nem ér el egy bizonyos küszöbdenzitási értéket. Ez a bizonyos quorum sensing, amelyhez jelentősen meg kell emelnünk a baktériumfajok változatosságát és egyedszámát. Ezt legegyszerűbben a regeneratív mezőgazdaság eszközeivel tudjuk elérni: elsődlegesen a talajművelés elhagyásával, változatos takarónövények és vetésforgó használatával, amelyek segítenek a talajélet változatosabbá tételében és növelik az endofita baktériumok számát is, amelyek a rhizofágiát emelik magasabb szintre. A gyorsabb sikerhez a jó minőségű, gomba- és baktériumfajokban gazdag komposzttal végzett talajoltás is jelentősen hozzá tud járulni (Johnson-Su módszer).
A kannás baktériumtrágyák között van, amelyik hozzá tud járulni a pozitív hatáshoz, de az első talajműveléssel le is nullázza a befektetését a termelő - inkább a művelési intenzitás csökkentésére és a no-till minél gyorsabb elérésére koncentrálj, mintsem minden évben elégeted a pénzt a talajban a kijuttatást követő 2-6 hónapnál tovább nem kimutatható baktériumokra.