Nem is gondolnánk, hogy a talaj mikrobiális életközösségei milyen aktívan védik a klímát

A talaj életközösségeit számtalan állat- és növényfaj, valamint temérdek mikroba és gomba alkotja. Rejtett világ ez, mellyel keveset foglalkozunk, holott olyan húsbavágó területek függenek tőle, mint a klímaváltozás, a biodiverzitás és az élelmezésbiztonság. Elemzésünkben a talaj életközösségeinek hatásait vizsgáljuk mindhárom folyamatra.

Klímaváltozás

A talaj komplex ökoszisztémája egymásra épülő folyamatok révén tartja a szenet a talajban és a növényi biomasszában és gátolja meg, hogy CO₂ formájában a levegőbe kerüljön, hozzájárulva ezzel a globális felmelegedéshez.

A növények és a fotoszintézisre képes mikroorganizmusok saját szerves anyagaik felépítéséhez használják fel a légköri szén-dioxidot, így felépítő életszakaszukban csökkentik a levegő ÜHG-koncentrációját. Lebontó életszakaszukban hasonló mértékben növelnék azt, azonban szervesanyag-tartalmuknak egy jelentős része a talajba kerül.

Itt a talajlakó állatok, baktériumok és gombák használják fel tápanyagként. Amennyiben a talajlakó életközösség teljes, a lebomlásból származó szén egy viszonylag zárt ciklusba kerül – az egymást fogyasztó organizmusok körén belül marad – és nem, vagy csak nagyon hosszú idő eltelte után jut vissza a légkörbe. Leegyszerűsítve, minél gazdagabb a talaj élővilága, annál több szén tárolódik egy adott időben a föld alatt, akár elhullott szervesanyagként, akár élőtömeg formájában.

Ennek a folyamatnak az egyik kevéssé ismert velejárója, hogy a tajga tűlevelű erdői nagyobb mértékben járulnak hozzá a légkör oxigén-koncentrációjának növeléséhez és szén-dioxid-koncentrációjának csökkentéséhez, mint a trópusi esőerdők. Az egyenlítő mentén a felszínen is lenyűgöző a biodiverzitás.

Az ott élő páratlanul gazdag faj- és egyedszámú életközösségek, főként rovarok és mikrobák az elhullott növényi részek többségét már azelőtt elfogyasztják, hogy azok a talajba kerülnének. Ennek következtében a növény élete során megkötött szén-dioxid visszakerül a légkörbe, ahol aztán az éppen felnövekvő növénygenerációk használhatják fel fotoszintézisükhöz. A trópusi esőerdők „karbonmérlege” tehát közelít a nullához. A tajgák tűlevelű erdőiben ezzel szemben viszonylag alacsony a talajmenti biodiverzitás, hiszen a hőmérséklet az év nagyrészében a fagypont alatt van. Az elhullott ágak és levelek jórészét nem bontják le azonnal a talajmentén élő állatok és mikrobák, így bekerülhetnek a talajba és így az ottani szénkörforgásba. Ennek következtében elmondhatjuk, hogy bár hajlamosak vagyunk az Amazonas-medencét a Föld tüdejének tekinteni, klímavédelmi szempontból vannak a bolygónak nála fontosabb biomjai is. Ezzel együtt természetesen óriási szükségünk van a trópusi esőerdőkre, ennek részleteire később kitérünk.

Paradox helyzet: a fosszilis energiahordozóink kialakulása is a talaj mikrobiális aktivitásának köszönhető és a szén-dioxid megkötésben is kulcsszerepük van a talajmikróbáknak.

A felvázolt folyamatoknak, azaz a növények szén-dioxid-megkötésének, majd a szén talajba jutásának hosszútávú (többszázmillió éves) eredménye a szárazföldek és az óceánok alatt fellelhető temérdek szénforrás kialakulása. Ez magába foglalja a szén legkülönbözőbb formáit (lignit, barna- és feketekőszén, kőolaj, földgáz). Ebből az időtávlatból származik a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének egyik problémája: a kőolaj, a földgáz és a kőszén százmillió éves időtávlatokban megújuló energiaforrások, azonban néhány évszázad, többnyire néhány évtized alatt égetjük el azt a szenet, ami földtörténeti szempontból is hosszú idő alatt alakult ki.

A talajban megtalálható szén mennyisége 2500 gigatonna körül alakul, ami a földi ökoszisztémákban megtalálható szén 80%-a. Ennek a 2500 milliárd tonnának nagyjából 60%-a szerves molekulák formájában található meg a talajban.[1] Összehasonlításképpen: 2021-ben az emberi eredetű ÜHG-kibocsájtás valamivel több mint 40 milliárd tonna CO₂-egyenértéket tett ki, ami nagyjából 11 milliárd tonna szenet tartalmaz.[2] Ez azt jelenti, hogy a bolygó talajában közel 230-szor annyi szén van jelen, mint amennyit az emberiség egy egész év alatt kibocsájt, és a talaj szerves molekulái is több mint 140-szer annyi szenet tartalmaznak. Ennek a temérdek szénnek egy jelentős része kerülhet a légkörbe, ha tovább pusztítjuk talajaink biodiverzitását. Ezzel pedig el is érkeztünk a biodiverzitás szerepéhez.

Biodiverzitás

A biodiverzitás növekedésével együtt növekszik az ökoszisztéma ellenállósága is a biotikus és az abiotikus stresszhatásokkal szemben.

Előbbihez tartoznak a különböző betegségek, utóbbihoz pedig leginkább a természeti tényezők, úgymint a hőmérséklet, az UV-sugárzás vagy a csapadék bősége, hiánya. Az ellenállóság növekedése abból fakad, hogy egy diverz élő közösség, egy természetes ökoszisztéma többféle környezeti hatásnak, vagy betegségnek tud ellenállni, így, még ha egy bizonyos faj egyedszáma csökken is, egy másik fajé gyarapodni tud. Ezért van nélkülözhetetlen szerepe a páratlan biodiverzitású trópusi esőerdőknek a Föld ökoszisztémájában: adaptációs képességet adnak az egész bolygónak, számtalan faj kialakulásának és elterjedésének a központjai (lásd például: Homo sapiens).

A biodiverzitásból fakadó ellenállóképesség az állatok és növények esetén evidensnek tűnik, azonban nincs másképp a mikroorganizmusokkal sem. Ha magasabb faj- és egyedszámú baktérium- és gombaközösség él a talajban, akkor egy megbetegedés vagy környezeti hatás nem fog drasztikus változást előidézni a talajmikrobiom szerkezetében.

A talaj biodiverzitása természetes folyamatok révén is csökkenhet, azonban nagyobb ráhatásunk van az ember okozta talajszennyezésre. Ennek egyik legjelentősebb formája a mezőgazdaság, azon belül is növényvédőszerek és a műtrágyák használata.

A rovarellenes, gombaellenes, gyomellenes növényvédő szerek, összefoglaló nevükön peszticidek a modern ipari mezőgazdaság alapkellékei. Nagy szükségünk van rájuk azért, hogy a haszonnövények termését ne károsítsák a különböző kártevők, és így minőségben és mennyiségben is megfelelő termést kapjunk. Ezek a növényvédő szerek azonban nem csak a nemkívánatos életformákat pusztítják el. Jórészük lemosódik a talajba, ahol komoly pusztítást végez annak hasznos mikrobaközösségeiben.

A talaj mikrobiomja a mikroorganizmusok számos csoportjából tevődik össze: prokarióta és eukarióta egysejtűek, fotoszintetizáló cianobaktériumok, gombák és algák alkotják. Ezek a többsejtű élőlényeknél jóval kisebb és egyszerűbb élőlények, azonban a sejtek szintjén hasonló enzimatikus reakciók és egyéb élettani folyamatok zajlanak le bennük, így metabolikus tevékenységük és ennek változása felmérhető a különböző mikróbák által kiválasztott, a talajban is működő enzimek aktivitásának vizsgálatával. Több kutatás is született, melynek szerzői a különböző növényvédőszerek hatásait vizsgálták a mikrobiomra, méghozzá enzimaktivitás és a talajlégzés alapján (utóbbi a talaj élőlényeinek légzése során keletkezett szén-dioxidot méri).

Az egyik ilyen kutatás az acetamiprid nevű rovarölőszer hatásait vizsgálta. Ez a vegyszer széles körben használatos a leveleszöldségek, a citrusfélék, az alma, a szőlő, a gyapot, a káposztafélék és a dísznövények termesztése során. Alkalmazása alacsony és magas koncentráció esetén is negatív hatással volt a talajlégzésre és a foszfatáz enzimaktivitásra. Kéthetes alkalmazást követően már pozitív hatással bírt a dehidrogenáz enzimaktivitására.[3] Ez vélhetően annak tudható be, hogy folyamatos kitettség esetén bizonyos mikrobák képesek immunitást fejleszteni egyes vegyszerekkel szemben, hiszen életciklusuk rövid, gyorsan szaporodnak, így az előnyös (ebben az esetben rezisztens) mutációk is gyorsan kiszelektálódnak.

Egy másik kutatásban egy bromoxynil-tartalmú gyomirtószer hatását vizsgálták a talajéletre. Ez a vegyszer jelentősen és hosszútávon csökkentette a talaj biomasszáját, amelyet a dehidrogenáz enzimaktivitás visszaesésével mutattak ki.[4]

Ismét egy másik terepvizsgálat során a Thiodan nevű, endoszulfán tartalmú rovarölőszer hatásait vizsgálták. Ez a vegyszer komoly visszaesést okozott az Actinobacteriumok, a gombák és a protozoák számában, azonban növelte a baktériumok számát.[5]

Jól látható tehát, hogy a mezőgazdaságban használatos különböző vegyszerek a mikroorganizmusok egy bizonyos halmazát akár segíthetik is a gyarapodásban, hiszen gyorsan szaporodó és alkalmazkodó élőlényekről beszélünk. Összességében viszont erősen negatív irányba billen a mérleg nyelve, hiszen ezek a kemikáliák nem eléggé szelektívek a célorganizmusokra, így számos olyan élőlénycsoportot is pusztítanak, amelyek előnyösek, időnként nélkülözhetetlenek az egészséges talajélet szempontjából.

Élelmezésbiztonság

A talajok termőképességét, szervesanyag (és szén-) tartalmát egyebek mellett az 1 gramm talajra jutó mikroorganizmusok számával is meghatározhatjuk. Az 1990-es évek elején a föld alatt élő mikroorganizmusok össztömege még hússzorosa volt az emberiség össztömegének.[6] Pontos adataink nincsenek arra vonatkozóan, hogy mennyivel, de azóta ez az arány minden bizonnyal az emberiség „javára” változott, egyrészt a népességnövekedés, másrészt a talajmikrobiom további pusztítása miatt.

A talaj életközösségei pont ugyanazért fontosak a mezőgazdaság és így az élelmezésbiztonság szempontjából, amiért a teljes földi ökoszisztéma szempontjából is. Megkötik és áramoltatják a szerves- és ásványi anyagokat a növények gyökérzónáját jelentő felső talajrétegekben, így azok nem kerülnek a légkörbe és nem is mosódnak le a mélyebb rétegekbe, ebből kifolyólag felhasználhatók maradnak mind a terület természetes növényzete-, mind haszonnövényeink részére.

Bizonyos mikroorganizmusok azonban többet tesznek ennél a megtartó folyamatnál. A növények fejlődése szempontjából az egyik legfontosabb szervetlen anyag a nitrogén, amelyből nincs hiány a Földön, hiszen a légkör 78%-át teszi ki. A légkörben fellelhető N₂ formában azonban a növények nem tudják felhasználni, nekik ionok (NH₄⁺, NO₃⁻ ionok) formájában van rá szükségük.[7] Ebben vannak segítségükre a nitrogénkötő baktériumok, amelyek a növények számára hasznosítható ionokká alakítják a légköri nitrogént.[8] A szimbiotikus kapcsolattal természetesen a mikroorganizmusok sem járnak rosszul, hiszen a növény gyökérzónájában számukra hasznosítható szerves anyagokhoz jutnak.

A talajok mikrobaközösségeinek pusztítása tehát a mezőgazdasági termelésbe vont területek termelőképességét is csökkenti, amit trágyázással, elsősorban műtrágyákkal igyekszünk pótolni. Ezeknek felelőtlen használata azonban a talaj minőségének további romlását és a vizes élőhelyek eutrofizációját, azaz túlzott elalgásodását eredményezi. A talaj szerves- és szervetlen anyag tartalmának megőrzése így fenntarthatóbb megoldás a földek megművelésére. Erre kínál lehetőséget a biogazdálkodás és a talajmegújító gazdálkodás, melyekről egy korábbi cikkünkben már beszámoltunk.

Összegzés

Bolygónk talajai komplex és sérülékeny életközösséget alkotnak, melyet több szempontból is az emberiség elemi érdeke óvni.

Az egészséges és magas szervesanyag tartalmú talajok a szén mikrobiális keringetése és tárolása révén hozzájárulnak klímacéljaink gyorsabb és fenntarthatóbb eléréséhez. A magas faj- és egyedszámú talajmikrobiom lehetőséget ad az adaptációra, így ellen tud állni akár a nem ember által okozott biotikus és abiotikus stresszhatásoknak is.

A természetes és a mezőgazdasági művelésbe vont talajok életközösségei pedig elengedhetetlenek a növények fejlődéséhez, így természetes élőhelyek fenntartásához és az emberiség élelmezéséhez is.

Az iparosodott mezőgazdaság és a környezetszennyező ipari termelés megnehezítik talajaink megóvását, azonban az ezirányú törekvéseink hosszútávon csak megtérülő befektetésnek bizonyulhatnak.