Pupiniai javai neatsiejama sėjomainos dalis. Šiuos pasėlius plėtoti svarbu visų tipų ūkiams, siekiantiems dirbti našiai, efektyviai ir tausoti dirbamas žemes. Pupinių augalų pasėliuose sunaudojama daug mažiau azoto trąšų ir pesticidų, dirvožemis praturtinamas mikroorganizmų, maisto elementų sėjamiems žieminiams pasėliams ar kitiems sėjomainos augalams. Rezultatas – padidėja visos sėjomainos sistemos ekonominė nauda.

Simbiozė

Pagrindinis pupinių augalų biologijos ypatumas – gebėjimas gyventi simbiozėje su atmosferinį azotą fiksuojančiomis rhizobia (4 gentys arba ~ 100 rūšių) bakterijomis . Rhizobia – dirvožemio bakterijų grupė, kuri apima pupinių augalų šaknis ir formuoja gumbelius (gumbeliuose fiksuotas azotas vėliau naudojamas augalui vystytis). Pupiniai augalai visada ir visuose organuose sintetina ir kaupia daugiau baltyminių medžiagų nei kitų šeimų augalai. Gerai išvystyta liemeninė šaknų sistema leidžia lengviau pasisavinti maisto medžiagas. Simbiotinis ryšys tarp gumbelinių bakterijų ir pupinių augalų yra gyvybiškai svarbus biologinio azoto prieinamumui augalams. Ant pupinių šeimos augalų šaknų esančios bakterijos konvertuoja atmosferinį azotą į amoniaką ir aminorūgštis, o šiuose procesuose labai svarbus elementas yra fosforas. Esant palankioms gumbelinėms bakterijoms vystytis sąlygoms nebūtina naudoti azoto trąšų, nes jos gali suveikti kaip inhibitorius, todėl dalis bakterijų sunyks ir silpniau fiksuos azotą.

Fosforas, pupiniai augalai ir mikroorganizmai

Gumbelinės bakterijos stipriai reaguoja į prieinamo fosforo trūkumą, drėgmės perteklių ar trūkumą, augalų apsaugos priemonių naudojimą. Fosforo prieinamumas ir įsisavinamumas lemia lapų fotosintezės procesą ir spartina augalų ir bakterijų simbiozę – tai turi įtakos biologinio azoto fiksacijos procese. Fosforas skatina šaknų augimą ir vystymąsi, todėl pagerėja ne tik jo, bet ir kitų maisto medžiagų pasisavinimas, pavyzdžui: dirvožemyje, kuriame yra fosforą atpalaiduojančių mikroorganizmų, geriau pasisavinamas ir kalis. Kai trūksta fosforo, gumbelinės bakterijos silpniau formuoja gumbelius, mažėja jų sklaida augalo šaknyse, kartu į dirvožemį perduoda mažiau biologiškai fiksuoto azoto. Fosforas taip pat didina ankščių skaičių augale, skatina jų vystymąsi, stambumą ir augalų atsparumą ligoms.

Kaip įvertinti ar tinkamai vyksta azoto fiksavimas pupinių augalų pasėlyje? Ką pasako gumbeliai ir jų spalva?

Įvairių augalų rūšių gumbelių dydis ir forma skiriasi – didesni yra pupų, mažesni – žirnių, mažiausiai – ant dobilų ar liucernų šaknų. Skirtingų pupinių šeimos augalų šaknyse būna ir gumbeliai išsidėstę skirtingai. Gumbelinių bakterijų skaičių lemia maistinių medžiagų kiekis, dirvožemio struktūra ir deguonies prieinamumas. Neteisinga lyginti skirtingų augalų, pvz., žirnių ir pupų gumbelių skaičių ir dydį.
Gumbeliai ant augalų šaknų pradeda formuotis, kai augalas turi 5-8 lapus. Tolygiai pasiskirstę reguliaraus dydžio gumbeliai pasieks didesnį azoto fiksavimą nei keli labai dideli gumbeliai. Tik ant pagrindinės šaknies easantys gumbeliai rodo, kad azoto fiksavimas yra sutrikęs. Susitelkdamos ir didindamos gumbelį bakterijos bando kompensuoti prastą fiksavimą. Gumbeliai tik viršutinėje šaknų zonoje reiškia prastą deguonies prieinamumą apatinėje šaknų zonoje.

Iškasę augalą bei kruopščiai atskyrę dirvožemį nuo šaknų turėtumėte rasti apie 15 gumbelių, jeigu dauguma jų vidus yra raudonos spalvos – manoma, kad azotą fiksuojančios bakterijos yra gyvybingos ir atlieka savo funkciją. Aktyviai azotą fiksuojančiuose gumbeliuose yra pigmentinio baltymo, vadinamo legoglobinu. Dėl šio baltymo gumbelio spalva yra raudona. Raudonas gumbelio vidus indikuoja jog gumbelyje esančios bakterijos yra gyvybingos. Negyvų, neaktyvių ar senstančių gumbelių vidus būna pilkai žalias arba rudas.

Ką rodo praktika

Žirnių tiksliųjų bandymų rezultatai, 2020 m.
Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo centras, Žemdirbystės institutas Dotnuva.

Duomenų analizė parodė vidutinę koreliaciją tarp derliaus ir gumbelių skaičiaus ir svorio bei derliaus ir šaknų ilgio. Stipri koreliacija nustatyta tarp šaknų svorio ir ilgio ir gumbelių skaičiaus ir svorio. Pupinių kultūrų augintojai turėtų skirti dėmesio ne tik augalo antžeminei daliai, bet ir rizosferai, nes tai glaudžiai susiję su galutiniu derliumi.

Pupų gamybinių bandymų rezultatai, 2020 m., Joniškio r.