Samliv i jorda kan hjelpe oss gjennom fosforkrisa

Atj-142649

Seniorforsker Erik Joner. Foto: Anette Tjomsland.

Under jordas overflate finnes det et unikt samliv mellom planter og visse typer sopp, som hjelper plantene å ta opp vann og næring. Dette er jordas egen plantefabrikk, men i kulissene truer bakterier og jordfysiske egenskaper som ødelegger for samlivet.

I en verden med begrensede fosforressurser er det helt nødvendig å finne ut hvordan vi kan legge til rette for naturens egne prosesser for effektiv utnyttelse av fosfor. Soppsymbiosen mykorrhiza kan bli en viktig alliert.

– Vi er nødt til å finne andre måter å bruke fosfor på. Vi må resirkulere fosfor slik at mineralreservene ikke uttømmes, og vi må utnytte mykorrhiza som biologisk ressurs slik at plantene tar opp fosfor mer effektivt, sier seniorforsker i NIBIO, Erik Joner.

 

Røttenes røtter

Mykorrhiza-sopper vokser på røttene til plantene og produserer et nettverk av sopptråder som transporterer næring og vann til planten. I praksis er dette en forlengelse av plantens rotsystem. Sopptrådene kan oppnå en absorpsjonsoverflate som er 10-100 ganger større enn hva planten kunne hatt ved bare å danne egne røtter. Derfor kan man kalle mykorrhiza for "røttenes røtter". Hos mange planter skjer nesten alt opptak av nitrogen, fosfor og mange mikronæringsstoffer ved hjelp av mykorrhizasopp.

20160307_111954
Vekstkammerforsøk med mykorrhiza i lusernplanter. Foto: Erik Joner.

Jordas egen plantefabrikk

Forskerne bak en studie som nylig ble publisert i ISME Journal, har studert den jordfysiske og mikrobielle sammensetningen i jordtyper hvor plantene har tatt opp lite fosfor. I studien identifiserte de bakterier og forhold som gjør det vanskelig for plantene å danne effektive symbioser. Dette er et viktig skritt nærmere målet om å øke nytten av mykorrhiza i landbruket.

– Før har man trodd at det er fosfornivået i jord som i veldig stor grad styrer hvor mye mykorrhiza man får på planter. Det er fortsatt riktig, men det viser seg at i tillegg spiller jordbakteriene og pH en stor rolle, sier Joner. Han er en av forfatterne bak den nye studien.

– Vi forsøkte å finne ut hva slags mikroorganismer som kunne påvirke mykorrhizaen negativt. Da viste det seg at noen bakterier trives veldig godt i sur jord. De ser ut til å være årsaken.

Forskerne vet ennå ikke hvordan bakteriene i den sure gjorda lager dårlige forhold for mykorrhizaen, men det håper de å finne ut i neste fase. Mer om det senere.

 

Best forhold for mykorrhiza i organisk gjødslet jord

I forsøkene benyttet forskerne jord fra langvarige gjødslingsforsøk på Møystad gård utenfor Hamar. Forsøkene har pågått siden 1950-tallet og forsøksfeltene har blitt utsatt for ulik gjødsling. Forskerne valgte ut jordprøver fra ulike steder, med varierende nivåer av pH, fosfor og organisk materiale.

Den jorda hvor mykorrhizaen trivdes best hadde over tid blitt tilført store doser husdyrgjødsel. Jordprøven som kom dårligst ut var fra et identisk felt som bare hadde fått mineralgjødsel.

Joner er ikke overrasket over at jord med husdyrgjødsel kom best ut, fordi den inneholder mer organisk materiale og større mangfold av mikroorganismer.

– Det så vi allerede i en studie vi gjorde for 20 år siden. Det som er nytt nå er at vi også ser at noen mikroorganismer kan gi negativ effekt, sier Joner. Han forklarer at når mangfoldet av organisk materiale synker i sur jord så fører det trolig til at noen mikroorganismer kan dominere mikrolivet og produsere så mye av sine giftstoffer at det virker negativt på mykorrhizaen.

– De driver rett og slett med en form for kjemisk krigføring mot andre mikroorganismer. Det er jo dette de driver med hele tiden i jorda; de sloss om næring. Mykorrhizaen vil ikke vokse inn i jord der den «lukter» slike giftstoffer. 

Logikken er dermed at større mangfold og mer mikrobiell aktivitet fra næringsrik husdyrgjødsel vil bryte ned giftstoffene og svekke bakteriene som virker negativt på mykorrhizasoppen.

Entry points
Kløverrot med mykorrhiza farget med Trypan-blått som synliggjør hyfer, arbuskler og vesikler inni rota. Foto: Erik Joner.

Skal jakte på bakterienes gass

Det finnes altså mikroorganismer som er både bra og dårlig for mykorrhizaen, og dermed for plantenes næringsopptak. Snart skal Joner og kollegene lete etter hva slags stoffer bakteriene i sur jord slipper ut, som gjør at mykorrhizaen ikke trives.

– I neste runde skal vi se på metabolittene, altså det som bakteriene lager av stoffer som de slipper ut i jorda. De lager et eller annet produkt eller gjør noe aktivt for å hemme soppen. Det kan være flytende eller i form av gass, sier Joner.

Han har mest tro på at det er gass.

– Gass har lettere for å spre seg. I jord med for eksempel en del leire så er det ikke alltid veske transporteres så langt.

Målet er å finne et diagnoseverktøy og en behandling som hemmer de dårlige bakteriene.

– Vi håper å finne ut hvordan vanlige agronomiske virkemidler kan redusere mengden mykorrhizahemmende bakterier i jord.

Hvis forskerne lykkes med å finne og bekjempe mykorrhizaens naturlige fiender, kan det være et viktig bidrag til å effektivisere bruken av fosfor i landbruket.

Økt bærekraftig matproduksjon

Det at mykorrhizaen trives ekstra godt i jord med høyt organisk innhold gjør det enda mer verdifullt å resirkulere for eksempel husdyrgjødsel og fiskeslam. Joner påpeker at det er mange spennende resirkuleringsløsninger på gang, og norske bønder benytter allerede en kombinasjon av biorest, avløpssam, husdygjødsel og mineralgjødsel. Likevel viser flere studier fra NIBIO at det sløses for mye med fosfor i Norge. Bare husdyrgjødsel alene kan dekke det nasjonale behovet for fosforgjødsel, men det blir utnyttet dårlig fordi mye spres i regioner som allerede har mer enn nok fosfor i jorden.

På spørsmål om hvor mye effektive mykorrhizasymbioser i jorda kan redusere bruken av fosfor svarer Joner:

– Vi kunne kanskje halvert fosforbruken, i våre forsøk ser vi en dobling i av opptak av fosfor. Men det er litt vanskelig å si sikkert, siden våre forsøk foregår under kontrollerte forhold.

Han er imidlertid mest opptatt av hvor viktig mykorrhiza kan bli for verdens matproduksjon.

– Dette vil ha mye større betydning lenger sør der tilgangen på fosfor er knapp. Her i Norge har vi tross alt fosforoverskudd.

KONTAKTPERSON
Mykorrhiza - røttenes røtter
Symbiose

Symbiose er tett samliv mellom organismer av ulike arter. 

I dag brukes vanligvis ordet i den betydning at begge parter har fordel av samlivet (mutualisme). Men symbiose kan også brukes om andre former for samliv der ingen (kommensalisme), eller bare den ene, av artene drar nytte av det tette forbindelsen (parasittisme).

Kilde: www.snl.no

Mykorrhiza

Mykorrhiza er navnet på symbiosen mellom visse typer sopp og planter.

Soppene som danner arbuskulær mykorrhiza (AMF - arbuscular mycorrhizal fungi) finnes på de fleste planterøtter og er den viktigste typen mykorrhiza for landbruksvekster. Mykorrhiza-sopp (inkl AMF) er sopp som danner mykorrhiza. AMF produserer noe som kalles ekstern mycel (ERM - extra-radical mycelium). Det er et nettverk av sopptråder (hyfer) som vokser i jorda og tar opp næring for planten. ERM lever i samspill med bakteriene i jorda, og noen bakterier hemmer utvikling og næringsopptak gjennom mykorrhiza.

Fosfor

Fosfor (P) er en av de viktigste ingrediensene i mineralgjødsel. Det er et viktig næringsstoff for planter. Fosfatstein som brukes i mineralgjødsel er en ikke-fornybar ressurs, og verdens reserver av fosfatstein holder på å uttømmes. Heldigvis finnes det fosfor i vårt naturlige kretsløp. Mer spesifikt i avføring fra husdyr, fisk og mennesker. Mye av dette går tapt i dag, derfor pågår det mye forskning på hvordan vi kan resirkulere og bruke disse ressursene. Samtidig bidrar ny teknologi til redusert bruk av kunstgjødsel i det konvensjonelle landbruket.

Ektomykorrhiza på gran. Foto: Isabella Børja.
Sporer av mykorrhizasoppen Scutellospora calospora, 50-250 µm. Foto: Erik Joner.

Tekst frå www.nibio.no kan brukast med tilvising til opphavskjelda. Bilete på www.nibio.no kan ikkje brukast utan samtykke frå kommunikasjonseininga. NIBIO har ikkje ansvar for innhald på eksterne nettstader som det er lenka til.

Publikasjoner

Til dokument

Sammendrag

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) colonise roots of most plants; their extra-radical mycelium (ERM) extends into the soil and acquires nutrients for the plant. The ERM coexists with soil microbial communities and it is unresolved whether these communities stimulate or suppress the ERM activity. This work studied the prevalence of suppressed ERM activity and identified main components behind the suppression. ERM activity was determined by quantifying ERM-mediated P uptake from radioisotope-labelled unsterile soil into plants, and compared to soil physicochemical characteristics and soil microbiome composition. ERM activity varied considerably and was greatly suppressed in 4 of 21 soils. Suppression was mitigated by soil pasteurisation and had a dominating biotic component. AMF-suppressive soils had high abundances of Acidobacteria, and other bacterial taxa being putative fungal antagonists. Suppression was also associated with low soil pH, but this effect was likely indirect, as the relative abundance of, e.g., Acidobacteria decreased after liming. Suppression could not be transferred by adding small amounts of suppressive soil to conducive soil, and thus appeared to involve the common action of several taxa. The presence of AMF antagonists resembles the phenomenon of disease-suppressive soils and implies that ecosystem services of AMF will depend strongly on the specific soil microbiome.