|
|
Close Help | ||||||||||||||
BÚ AVČR, Brno
BÚ AVČR, Třeboň
BÚ AVČR, Průhonice
+ VÚRV
Využití mikrobiálních inokulací pro revitalizaci půd
V důsledku těžby hnědého uhlí na území severozápadních Čech jsou tisíce hektarů krajiny pokryty výsypkami nadložních hornin. Materiál výsypek je tvořen převážně miocénními jíly a vyznačuje se nepříznivými fyzikálními vlastnostmi, především značnou kompaktností a nepropustností pro vodu. Úspěšné uchycení, růst a přežívání rostlin na těchto stanovištích je ovlivněno faktory, jako je množství živin, pH, vlhkost substrátu a půdní mikrobiální aktivita.
Půdní mikrobiální společenstvo působí v mnoha důležitých biogeochemických procesech, které jsou nezbytné pro vývoj půdy a růst rostlin. Důležitými komponentami půdního mikrobiálního společenstva jsou symbiotické arbuskulární mykorhizní (AM) houby, které žijí v kořenech rostlin většiny terestrických rostlinných druhů, a rhizosférní bakterie podporující růst rostlin (tzv. PGPR, z angl. "plant growth promoting rhizobacteria"), které žijí v rhizosféře rostlin (symbioticky uvnitř kořenů nebo volně na jejich povrchu či v rhizosférní půdě). AM houby mohou ovlivňovat růst a přežívání rostlin tím, že redukují stresy spojené s nedostatkem minerální výživy, nepříznivými vodními poměry, strukturou půdy, pH, toxickými kovy a biotickými faktory, jako jsou půdní patogeni nebo nedostatek organické hmoty. Zlepšení příjmu živin mykorhizních rostlin je umožněno především prostřednictvím extraradikálního mycelia (ERM), které prorůstá podstatně větší objem půdy než kořenový systém a jehož délka dosahuje nejčastěji hodnot od několika metrů do několika desítek metrů na gram půdy.
PGPR se vyznačují širokou škálou způsobů, jimiž mohou ovlivňovat růst rostlin: fixace vzdušného dusíku, zvyšování dostupnosti živin v rhizosféře, pozitivní vliv na růst kořenů a jejich morfologii nebo podpora symbiózy rostlin s jinými prospěšnými mikroorganismy. AM houby můžeme nalézt prakticky ve všech nenarušených ekodystémech, avšak mechanická nebo chemická disturbance půdy může vést k redukci nebo eliminaci jejich populací nebo omezení jejich funkcí. Hustoty spor AM hub na mladých výsypkách i v opuštěných povrchových dolech byly významně nižší než na okolních nenarušených plochách a kolonizace kořenů vysetých trav dosáhla stejné úrovně jako před těžbou až po 3 - 7 letech.
Jiným způsobem biologického oživení složišť rozličných odpadních substrátů je aplikace různých forem organické hmoty. Například bylo zjištěno, že při použití kompostovaných kalů z papíren nebo slámy v rekultivačním protokolu nastala rychlá kolonizace hlušiny AM houbami a po dvou vegetačních sezónách byla hustota spor 10-100krát vyšší než v přirozených travních ekosystémech.
Cíle výzkumu
Úkol č. 1
Ověřit potenciál mikrobiálních inokulací pro revitalizaci hnědouhelných výsypek vybranými rekultivačními plodinami
Úkol č. 2
Navrhnout optimální režim mikrobiálních inokulací a hnojení pro vytvoření stabilního vegetačního krytu a snížení nákladů na management rekultivovaných ploch
Úkol č. 3
Zhodnotit vliv pěstované rostliny, mikrobiálních inokulací a hnojení na rozvoj charakteristik půdního prostředí
Shrnutí konceptu a metodik
Cílená inokulace půdními mikroorganismy se schopností podpořit růst rostlin bude využita pro zefektivnění postupů rekultivace hnědouhelných výsypek. Stávající postupy rekultivace založené na výběru vhodných druhů plodin a způsobů hnojení budou doplněny vnesením mikrobiálních společenstev s cílem zvýšit výnosy plodin, urychlit proces revitalizace půdního prostředí a snížit náklady na rekultivační proces. Optimalizace rekultivačních postupů bude provedena pro modelové druhy plodin využívaných v rekultivaci degradovaných půd: konopí seté (Cannabis sativa) a chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea). Pro každou plodinu zvlášť bude navržen režim hnojení a mikrobiální inokulum. Mikrobiální inokulum bude obsahovat jako hlavní složku symbiotické arbuskulární mykorrhizní (AM) houby, jako podpůrné složky půdní baktérie Azotobacter se schopností fixace dusíku, fosfor solubilizující baktérie a baktérie Sinorhizobium meliloti symbioticky fixující dusík. Složení mikrobiálního inokula bude pro dané podmínky optimalizováno výběrem účinných izolátů AM hub.
V první fázi projektu bude probíhat optimalizace mikrobiálního inokula jako klíčové složky revitalizačního systému v nádobových experimentech. Bude zahrnovat předběžnou selekci izolátů AM hub nejlépe adaptovaných na půdní podmínky hnědouhlené výsypky. Kromě izolátů hub ze sbírek Botanického ústavu budou do selekce zahrnuty i izoláty AM hub izolované přímo ze sousedství pokusné lokality se stejnými základními půdními charakteristikami.
Dále bude optimalizována směs AM hub na každém z modelových druhů plodin v interakci s podpůrnými baktériemi a hnojením. Zpětná detekce mikroorganismů v půdě a kořenech rostlin umožní ekonomizaci složení inokulační směsi tak, aby obsahovala jen mikroorganismy které se v systému realizují.
V druhé fázi projektu bude účinnost revitalizačních systémů navržených na základě výsledů nádobových experimentů verifikována v maloparcelkových experimentech na modelové lokalitě. Účelem experimentů je především získání nezbytných referenčních dat pro budoucí aplikace vyvinutého systému.
V maloparcelkových pokusech bude komplexně monitorován jak růst a vývoj rostlin tak chemické a mikrobiální vlastnosti půdního prostředí v souladu s požadavky na efekt komplexních revitalizačních systémů. Kromě výnosových parametrů pěstovaných plodin, budou zaznamenány i kvalitativní rostlinné parametry jako zdravotní stav plodin, obsahy živin a rizikových prvků. Dále budou monitorovány chemické parametry (m.j. obsah organického uhlíku, dostupného fosforu) a mikrobiologické parametry (m.j. půdní dýchání, inokulační potenciál) půdy, které jsou indikátory kvality půdního prostředí. Komplexní dokumentace účinnosti navržených rekultivačních postupů tak konkrétně prokáže potenciál mikrobiálních inokulací pro zefektivnění revitalizace degradovaných půd a snížení jejich nákladů.
