Regeneratív mezőgazdaság 6. rész – a természetes nitrogénáramlás

Több mint tíz éve hangsúlyozom a talajok természetes termékenységének fontosságát, amely termékenységet a magas humusztartalom és a folyékonyszén-útvonallal táplált talajélet összetett hálózata képes biztosítani.

Ennek fejlesztése a regeneratív mezőgazdaság eszköztárával lehetséges, 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-utánpótlás a leghangsúlyosabb a közbeszédben. Természetesen minden más rendelkezésre álló tápelem is fontos, sőt, számomra a talaj szervesszén-tartalma 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. 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 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. A tavaszi nagy esők 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 minimumműveléssel, 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 szervesszén-tartalmától, pH-értékétől és a talaj mechanikai összetételétől. Minél magasabb a talajban a szervesszén-vegyületek (SOM), azaz a talajvizsgálatokban található humusz mennyisége, annál több szerves nitrogént is képes biztosítani a növényeinknek. Átlagosan a növény számára szükséges nitrogén 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 nitrogénparadoxon

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.

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 szén 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 szervesszén-tartalmának (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 : 1szén-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, 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. A gyorsabb sikerhez a jó minőségű, gomba- és baktériumfajokban gazdag komposzttal végzett talajoltás is jelentősen hozzá tud járulni (Johnson-Su módszer).

SZERZŐ: KÖKÉNY ATTILA