A glifozát hatása szőlőültetvények talajainak nitrogénkötő baktériumaira 1. rész, irodalmi áttekintés
Aszőlőültetvény olyan álló kultúra és sajátos agroökoszisztéma, amelyben az ott alkalmazott agrotechnikai és termesztéstechnológiai beavatkozások hosszú időre kihatnak, és a pillanatnyi hatásokon túl is képesek befolyásolni a termés minőségét, mennyiségét, valamint a termesztés gazdaságosságát. A gazdálkodónak ehhez és az aktuális körülményekhez is igazodva kell megválasztania a munkaműveleteket és a felhasznált inputanyagokat. Vannak azonban olyan tényezők, amelyek nem a felszínen, hanem a felszín alatt, a talajban hatnak, és emiatt ezek legtöbbször nem is kerülnek a termesztők célkeresztjébe.
A talajt érintő, nem körültekintően átgondolt, és az átfogó összefüggéseket figyelmen kívül hagyó beavatkozások pedig olyan folyamatokra is irányulnak, amiknek a gazdálkodók csak később érzékelik a következményeit. Főként akkor, ha azok negatívak.
A szőlőültetvényekben ezeknek a negatívumoknak egy részét sok esetben tompítani, csökkenteni lehet a takarónövényes termesztéssel, melynél mind a sorközökre, mind pedig a soraljakra figyelemmel kellene lenni. Ugyanakkor a gyakorlatban az utóbbira vonatkozóan mindez alig valósul meg. Ennek oka sokrétű, külön cikket igényelne.
Általánosságban elmondható, hogy az adott termőhelyi körülményeket figyelembe vevő, ahhoz – amennyiben erre lehetőség van – nagymértékben igazodó, és megfelelő tudás és tapasztalat birtokában pedig akár saját összeállítású és vetett takarónövény-keverékeket célszerű használni. A talajadottságok és a klimatikus tényezők ismeretében indokolt ezekben a keverékekben nagyobb arányban pillangósokat alkalmazni. Ennek több oka is van, de lényeges szempont az azokhoz társuló N-kötő baktériumok hasznosítása, a mesterséges tápanyag-visszapótlás egyik domináns elemének, a nitrogénnek természetes úton történő kiváltása érdekében.
Vannak azonban olyan beavatkozások, amelyek az ilyen megoldásokat módosíthatják, esetleg akadályozzák.
Ezek egyike amikor a szőlősoraljakat még azok is herbicid hatóanyagú készítményekkel kezelik, akik inkább praktikus, mintsem jól átgondolt szakmai indokokra tekintettel minden második sorközben takarónövényeket hagynak leginkább a természetes gyomflórából, majd ezeket a vegetációs időben szükség szerint mulcsozzák.
A soraljak kezelése során a termesztők a legegyszerűbben, leggyorsabban és leghatékonyabban a kellő időben elvégzett totális hatású vegyszeres gyomirtással, leginkább glifozáttal oldják meg ezt a feladatot.
A soraljak gyomirtásának mértéke, az ehhez alkalmazott sávszélesség igen változó, és beállítás-, valamint a kijuttatásra használt eszköztől (pl. a fúvóka megválasztásától) függő. Így sokszor látható az, hogy a soraljra célzott permetezési sáv jócskán benyúlik a takarónövényes sorközbe is. A sorközi, természetes gyomflórában egyes élőhelyeken előfordulnak foltokban pillangósok, de jórészt nem ezek teszik ki ezt a vegetációt, hanem legtöbbször a talaj korábbi bolygatása miatt a ruderális területekre jellemző gyomok, valamint a pázsitfűfélék egyes fajai. Viszont a különféle előre összeállított keverékekben általában sok pillangós is található, és a soraljak gyomirtása az ezekkel összefüggésbe hozható, a talajban élő N-kötő baktériumokat is érinti az előzőekben említett kiszélesedő, gyomirtott soraljsávok révén. A hatás mértéke és milyensége sok összetevő függvénye. Ennek feltárására a szőlőültetvények vonatkozásában további vizsgálatok elvégzése indokolt.
Röviden a glifozátról
A téma igen szerteágazó megközelítést igényelne, terjedelmi okok miatt azonban csak a leglényegesebb információkra szorítkozhatunk. A glifozát egy fehér és szagtalan, kristályos, szilárd anyag, nem illékony, nem megy keresztül fotokémiai lebomláson, és a levegőben stabil (Motharasan et al., 2018). A glifozátot régebben biztonságos vegyületnek tekintették, mivel adszorpció és lebomlás révén a talajban optimális esetekben elvileg gyorsan inaktiválódik (Quinn et al., 1988). Kiterjedt használata miatt azonban (ma a Földön a legnagyobb mennyiségben kijuttatott vegyszer) egyre nőnek az aggodalmak is vele szemben. És egyre növekszik a glifozát növényekben és a környezetben kiváltott hatásaival kapcsolatos tanulmányok száma is. Különösen a nem megfelelő alkalmazási gyakorlatok és a túlzott permetezés miatt figyelték meg a glifozát széles körű jelenlétét a vízi és szárazföldi környezetekben (Hanke et al., 2010). Számos tanulmányban közölték, hogy kimutatták a glifozátot talajban, növényi termékekben, növényi termékekkel táplálkozó állatokban, emberekben, édesvízben és az ott élő szervezetekben (Perez et al., 2011). A glifozát gyomirtásának hatékonyságára és környezeti kockázataira vonatkozó korábbi kedvező értékelések ellenére egyre több, újabb megfigyelés utal arra, hogy összefüggés van a glifozát kiterjedt alkalmazása és az agroökoszisztémákban jelentkező, nem célzott káros hatások között (Yamada et al., 2009). Ezen aggályok közül a legjelentősebbek: (1) a környezetben való tartósság, (2) a növények egészségére gyakorolt hatások és (3) a növények táplálkozásával való kölcsönhatás (1. ábra).
A glifozát hatásmechanizmusa
A glifozát egy nem szelektív, eredetileg vetés előtti (preemergensen használt), később (a GT – glifozáttoleráns – növények megjelenéséhez köthető alkalmazása révén) posztemergens gyomirtó (valamint deszikkáló), amelyről ismert, hogy több mint 150 gyomfaj irtására alkalmas (bár ez a szám szakirodalmanként eltérő lehet), beleértve az egy- és kétszikű egynyári vagy évelő növényeket is (Rodrigues és Almeida, 2005). A glifozát számos gyomirtó termék (például a Roundup) hatóanyaga, és a kereskedelemben különféle sóformákban, például izopropil-amin-, ammónium-, kálium- és triméziumsó formájában kapható. Többek között egynyári széleslevelű gyomok, fűfélék és sás irtására használják különféle szántóföldi és soros kultúrákban szerte a világon. Használata kiterjedt a városi és természeti területekre, a legelőkre, az erdőgazdálkodásra és a vízi területekre is (Ramdas et al., 2019).
A glifozát általában négy lehetséges úton juthat be a növényekbe: a leveleken vagy más zöld szöveteken, a gyökereken, a törzsön vagy a gyökérből vagy a törzsből kilépő hajtásokon (Sharma és Singh, 2001). A növényekbe való bejutását követően gyorsan átkerül a növényen belüli aktív növekedési régiókba. A glifozát aminofoszfonsav típusú glicinanalóg (glicin-foszfonát), hatóanyaga az N-foszfonometilglicin.
Hatásmechanizmusa (2. ábra) révén a foszfoenol-piruvát analógjaként képes bekötődni annak helyére, meggátolva az aromás aminosavak bioszintézisének központi intermediere, az 5-enol-piruvil-sikiminsav-3–foszfát (EPSP) kialakulását katalizáló enzim, az EPSP-szintáz (EPSPS) nevű enzim aktivitását, amely a sikiminsav-útvonal hatodik lépését katalizálja (Kataoka et al., 1996, Forlani et al., 1999).
A glifozát ennek az enzimnek a bioszintézisét állítja le a kloroplasztiszban (Heszky, 2013), és annak blokkolásával megakadályozza a sikiminsav-útvonalon keresztül keletkező aromás aminosavak (a fenilalanin, tirozin és triptofán) kialakulását (Gravena et al., 2012).
A glifozáttal kezelt növényeknél a sikiminsav-anyagcsereút gátlása következtében ezen aromás aminosavak termelődésének hiánya miatt, mely a sejtekben a fehérjeszintézis leállásához vezet (Heszky, 2013), a korai öregedés jelei és nekrotikus elváltozások alakulnak ki (Székács 2006, Klátyik, 2021), majd általában 1–3 héten belül elpusztulnak. A folyamatot gyorsítja az, hogy a bioszintézis első lépésében keletkező – de tovább alakulni már nem képes –köztes termék, a sikiminsav a sejtekben akkumulálódik. Az EPSP-enzim működése gátlásának az a molekuláris oka, hogy a glifozát molekuláris szerkezete az enolpiroszőlősav-foszfátéhoz nagyon hasonló, viszont az EPSP-szintázhoz annál erősebb affinitással tud kapcsolódni (kompetitív gátlás). Ez a felismerés volt az elvi alapja a mutáns génre épülő, glifozáttoleráns GM-fajták előállításának (Heszky, 2013).
A glifozát növényben való egyenletes eloszlása miatt egyetlen növényi rész sem maradhat életben (Chang és Liao, 2002). A glifozát által gátolt metabolikus út minden magasabb rendű növényben jelen van, így a hatóanyag alkalmazása (csaknem) minden szárazföldi és vízi növényi szervezet elhalását okozza (Boocock és Coggins, 1983, Klátyik, 2021).
Külön szót kell ejteni a glifozát kapcsán két vegyületről
Az AMPA, vagyis az aminometil-foszfonsav a glifozát fő bomlásterméke, ami több problémát okoz, mint maga a glifozát (Federico 2020). Ráadásul az utóbbinál gyakrabban és nagyobb koncentrációban találták meg a környezetben. Az AMPA a glicin aminosav analógja, ahol a COOH-csoportot PO(OH)2-csoport (foszfonsav-csoport) helyettesíteti (3. ábra).
Az AMPA-t a talaj mikroflórája mineralizálja, de a glifozátnál alacsonyabb lebomlási sebességgel.
Nitrogéntartalmú szerves foszfonsavak (aminopolifoszfonátok), például ATMP, EDTMP és DTPMP bomlástermékeként is képződik, metabolitként AMPA. Mivel a foszfonátokat nagy mennyiségben használják mosó- és tisztítószerekben, korrózió- és vízkőképződés gátlóként a hűtő- és kazántápvízben, valamint a textil- és papíriparban, emiatt nem könnyű meghatározni az AMPA forrását a vizekben.
A glifozát tapadásának a fokozására és a felszívódóképességének növelésére kezdetben a polietoxilált aminok (POEA) vegyületcsoportot használták detergensként. Ennek van egy lipidalapú amin része, ami általában állati (pl. faggyú) vagy növényi (pl. kókuszolaj) eredetű, továbbá tartozik hozzá egy etilén-oxid-oligomer, ahol az etilénoxidláncok hossza eltérő lehet. A POEA fő képviselői a polietoxilált faggyúaminok (POE-faggyúamin). Felépítésükben egy állati eredetű, palmitinsavból, sztearinsavból és olajsavból származó aminokból és egyéb kisebb komponensekből álló keverék, egy faggyúzsírsavamin molekularész (Lawrence, 1994, Tush et al., 2013, Mesnage et al., 2019; Klátyik, 2021) és két, ismétlődő etilén-dioxid egységekből álló lánc vesz részt.
A polietoxilált faggyúaminok rövidítése nem egységes. Az elfogadott szakirodalmi megnevezése a polietoxilált jelleget a „POE” mozaikszóval mutatja, és ezt egészíti ki az amin eredetének (faggyú, lipid) és/vagy a szénlánc hosszának a feltüntetése. Mindemellett a korábban használt POEA rövidítés továbbra is általános (és ebben a formában gyakran használják a POE-faggyúaminra), bár ez figyelmen kívül hagyja azt, hogy a polietoxilált aminok nemcsak (állati) faggyúeredetűek lehetnek (Klátyik, 2021). A POEA (az egyszerűsítés érdekében és a megszokott jelölést használva) adjuvánsként történő használata általánosan elterjedt volt egészen addig, amíg a vizsgálatok ki nem mutatták, hogy az ezzel formázott készítményeknek van a legtoxikusabb mellékhatása, sokkal nagyobb mértékben, mint magának a tiszta hatóanyagnak (Darvas és Székács, 2018). Emiatt a POEA-tartalmú glifozátkészítményeket hazánkban 2016 óta nem szabad forgalomba hozni.
És hogy milyen problémák lehetnek a POEA-val? Például bekerül a talajba és a talajvizekbe, de a felszíni vizekbe is éppúgy eljuthat. Az előző helyekről pedig tovább az élő szervezetekbe, többek között az emberbe is. Ez egy elég szerteágazó láncolat, és egyre több vizsgálat mutat ki a láncolat elemeiben vagy glifozátot vagy annak bomlástermékeit, illetve valamely glifozátalapú termékhez köthető adjuvánst. Bár az élő szervezetekre gyakorolt közvetlen vagy közvetett hatásaikra vonatkozó vizsgálatok sok esetben inkább csak feltételezéseket közölnek, de egyre több kapcsolat mutatkozik bizonyos betegségek kialakulásával összefüggésben is.
A glifozát talajéletre kifejtett hatásai
A szőlőültetvényeket általában intenzívebben kezelik, mint a szántóföldeket, ideértve a gyakoribb bolygatást és a különféle peszticidek alkalmazását, amelyek kölcsönhatásba léphetnek az egyidejűleg alkalmazott gyomirtókkal (Hoesel et al., 2017), ami ugyancsak nem marad következmények nélkül.
A szőlő mint „évelő” növény az évek során kialakult krónikus gyomirtóstressz miatt érzékenyebb lehet a gyomirtó szerekkel történő gyomirtásra, mint az egynyári növények.
Kísérleti ültetvényben vizsgálták a gyomirtó szeres (felhasznált hatóanyagok: flazaszulfuron, glufozinát, glifozát) kezelés és a mechanikai gyomirtás következményeit. A vizsgálatok célja a kémiai és mechanikai gyomirtás talajbiotára és a szőlő táplálkozására gyakorolt nem célzott hatásainak megállapítása volt. Ezért alaposan elemezték a fentiekben megjelölt műveleteknek:
- a szőlő gyökér mikorrhizálására,
- a talaj-mikroorganizmusok (baktériumok, élesztőgombák és penészgombák) telepképző egységeire,
- a gilisztapopulációra (aktivitás, sűrűség, biomassza, szaporodás) és
- a szőlő gyökereiben (N, P, K, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn),
- leveleiben (N, P, K, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn), továbbá
- a xilémnedvében (P, K, Ca, Mn; baktériumok és gombák) és
- a szőlőlében (N, P, K, fenolok) lévő tápanyag-koncentrációra vonatkozóan kapott eredményeit.
Kimutatták, hogy a szőlőültetvényekben a gyomirtó szerek alkalmazása befolyásolja a szőlőtermés élettani paramétereit, ami a levél száraztömeg-százalékának és az oldható szénhidráttartalomnak a csökkenéséhez vezet. Ez a bogyók növekedésére, a szabad aminosav-tartalomra és az ammónium felhalmozódására utal (Saladin et al., 2003). A különböző gyomirtási módszerek szőlőültetvény-ökoszisztémán belüli mellékhatásainak jobb megértése elősegítené az ökológiailag megalapozottabb, környezetkímélő szőlőművelési gyakorlatok kialakítását.
Vizsgálatok szerint a glifozát akár 50%-os mértékben is csökkentheti a szőlőgyökér mikorrhizálását a mechanikus gyomirtáshoz képest. A legmagasabb mikorrhizációt mechanikus gyomirtás mellett tapasztalták. A talaj mikroorganizmusainak jelenlétét szignifikánsan befolyásolták a herbicidek is, amelyeknél a CFU-értékek (összes telepképző egység) a glufozinát alatt magasabbak, míg a glifozát alatt a legalacsonyabbak voltak. Ez a káros hatás nem függött össze a három különböző vizsgált hatóanyaggal, ami arra utal, hogy vagy a szőlő fiziológiájára gyakorolt nem célzott hatások, vagy a herbicidkészítményekbe kevert adjuvánsok felelősek mindezért. Sajnos azonban ezeket az adjuvánsokat általában vállalati titoknak tekintik, és hozzáférhetőség híján kevésbé vizsgálják őket. Megállapították egyebek mellett azt is, hogy a glifozátalapú gyomirtó szerek befolyásolják a mikorrhizációt gyógynövényfajokban (Zaller et al., 2014) és szőlőben (Baumgartner et al., 2005). Azt is leírták, hogy a glufozinát károsítja a talaj mikrobiális közösségeit (Pampulha et al., 200).
Tanulmányokban közölték, hogy a peszticidadjuvánsok toxikusabb hatással lehetnek a nem célszervezetekre, mint a tényleges hatóanyag (Mullin et al., 2016, Mesnage és Antoniou, 2018).).
Vizsgálatok megállapították, hogy a szőlő gyökereinek AMF-fel (arbuszkuláris mikorrhizagomba) történő kolonizálása növeli a szőlő növekedését és táplálkozását, a vízstressz-toleranciáját és a betegségek elleni védelmét (Trouvelot et al., 2015). Más talajmikroorganizmusok, például élesztőgombák, penészgombák vagy baktériumok szerepe a szőlő talajában kevésbé tanulmányozott. Az eredmények azonban azt mutatják, hogy az éghajlati és talajtani jellemzők mellett a talajok mikroorganizmusai a szőlő fiziológiáját is megváltoztatják, sőt a borok sok összetevőből kialakuló, de a termőhelyhez kifejezetten kötődő „terroir” jellegéért is felelősek (Bokulich et al., 2014; Gilbert et al., 2014).
Ezek az eredmények fontosak, figyelemmel a mikorrhizának a szisztémás rezisztencia kialakítására gyakorolt, a növényekben kifejtett széles körű hatásaira, amelyek megvédik őket a biotróf és nekrotróf kórokozók, a fonálférgek és növényevő ízeltlábúak széles körétől (Cameron et. al., 2013). Kimutatták, hogy a mikorrhizahálózatok növelik a szőlőtőkék toleranciáját az abiotikus stresszekkel (mint például a szárazság, vízstressz, sótartalom vagy a nehézfémek) és biotikus streszszekkel, például peronoszpóra elleni érzékenységgel szemben (Trouvelot et al., 2015).
Sőt, a mikorrhizaszimbiózis a szőlőben befolyásolja a tápanyagfelvételt és a bor minőségét (Bavaresco et al., 2003), ami jobb oxidatív stabilitást és a bioaktív vegyületek magasabb szintjét eredményezi a mikorrhiza nélküliekhez képest (Gabriele et al., 2016). Nyilván az előbbiekből következően a glifozát ezt a szimbiontakapcsolatot gátolhatja. Az AMF vizsgálatai során összesen 30 különböző szőlővel összefüggő gombataxont találtak.
Ezen túlmenően a lágy szárú gyomfajokról bebizonyosodott, hogy segítik a domináns mikorrhizagombák egy csoportját – szélesebb spektrumot biztosítva ezeknek a gombáknak a szőlő gyökerein történő megtelepedéséhez (Radić et al., 2012), továbbá a gyomfajoknak talajművelést pufferoló hatása van más talajbioták számára. Vagyis a glifozáttal történő teljes kiiktatásuk visszahat a mikorrhizakapcsolatokra is.
Az ellenőrzött körülmények között végzett vizsgálatokból származó bizonyítékok egyre növekvő száma arra utal, hogy a gyomirtó szerek módosíthatják a talaj mikrobiális közösségeit. Csak néhány tanulmány vizsgálta a gyomirtó szerek hatását a talaj mikroorganizmusaira a szőlőültetvényekben, amelyekben a talajbaktérium-közösségeket tekintik a szőlőn megtelepedő baktériumok többsége elsődleges tározójának, ami legalább a bor erjedésének első szakaszait és talán a bor aromáját is befolyásolja (Zarraonaindia et al., 2015). A mikrobák dinamikájának és a végtermékre gyakorolt hatásának jobb megértése nagyon fontos ahhoz, hogy a borászok egységes és jó minőségű borstílusokat állítsanak elő. Egyre nyilvánvalóbb, hogy a különböző szőlőtermesztési gazdálkodási gyakorlatok egyértelműen eltérő talajmikrobiális közösségeket alakítanak ki, amelyek befolyásolják a szőlővel való jótékony kölcsönhatásokat. Kimutatták azonban azt is, hogy a talajban élő mikrobaközösségek igen változatosak, a szőlőtermesztési gazdálkodástól (pl. hagyományos vagy bio), a talajműveléstől, a szőlőültetvény korától és a környezeti tényezőktől függően.
Mit jelenthet mindez a gazdának?
A talajtípusok és a különböző mezőgazdasági gyakorlatok, például a műtrágyázás vagy a talajművelés közötti kölcsönhatások is befolyásolják a herbicidek és a gyomirtás hatását a talaj élővilágára.
Az elmondottakból következik, hogy további kutatásokra van szükség ezeknek az összetett kapcsolatoknak az átfogó tanulmányozására. Ez az alapja a terroirhatásnak, amit a gondos és szakszerű emberi beavatkozással még kifejezőbbé lehet tenni. A magyarországi borvidékek eltérő ökológiai (talajtani, éghajlati, mikroklimatikus) adottságai adják az alapját annak a sokrétű ízvilágnak, ami a hazai borokban megjelenik. És ezért fontos annak az ismerete is, hogy az összefüggések láthatóvá váljanak.
A glifozát alkalmazásának rövid és hosszú távú konkrét vizsgálati eredményeit a szőlőben a cikksorozat következő részében mutatjuk be.
A biológiai talaj-életerő ismeretek iránt érdeklődőket a MATE 2023-ban újra induló szakirányú továbbképzése ismét várja.
További információ: https://uni-mate.hu/képzés
A cikksorozat korábbi részei:
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 1. A talajbiológiai erő fontossága és az ismeretek begyűjtése
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 2. rész
Az idézett irodalmi hivatkozások a szerzőnél találhatók meg.
SOROZATSZERKESZTŐ: BIRÓ BORBÁLA, PROF. EMERITA, A BIOLÓGIAI TALAJERŐGAZDÁLKODÓ SZAKIRÁNYÚ TOVÁBBKÉPZÉS ELINDÍTÓJA, (SZIE-MATE, BUDAPEST)
ÍRTA: NYESTE JÓZSEF, A SZAKDOLGOZATA ALAPJÁN, 2021
