کود های زیستی و ارتباط با محیط زیست :
بروز مشكلات اقتصادی و زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویه كودهای شیمیایی و نیز توجه به قابلیت‌های ذاتی بسیار جالب و متنوع موجودات خاكزی و به ویژه میكروارگانیسم‌ها موجب گردیده كه یكی از مهمترین و كاربردی ترین زمینه‌های مورد تحقیق در مطالعات علمی روز، تلاش برای تولید كودهای زیستی باشد.
كودهای زیستی به مواد حاصلخیز كننده‌ای اطلاق می‌شود كه حاوی تعداد كافی از یك یا چند گونه از ارگانیسم‌های مفید خاكزی هستند كه روی مواد نگهدارنده مناسبی عرضه می‌شوند. این‌اصطلاح گاهی برای موادی كه فقط حاوی فراورده‌های این موجودات هستند نیز بكار برده می‌شود.
كودهای زیستی یا بیولوژیك بصورت مایه تلقیح میكروبی، برای تامین یك یا چند عنصر غذایی مورد نیاز گیاه، نیز تعریف می‌شوند. این مواد بصورت تلقیح با بذر، خاك و یا كودهای آلی (كمپوست) مصرف می‌شوند.
الف) تثبیت بیولوژیكی ازت:
باسابقه‌ترین و در حال حاضر رایج‌ترین انواع كودهای زیستی، مربوط به باكتری‌های تثبیت كننده ازت است كه از بین آنها انواعی كه توان برقراری ارتباطهای همزیستی با گیاهان را دارند به دلیل كارایی بیشتر درجذب مقدار قابل توجهی ازت مولكولی، كاربرد وسیع‌تری پیدا كرده‌اند. در سطح جهانی، مجموع مقدار ازتی كه از طریق این همزیستی به خاك اضافه می‌شود حدود 70 تا 85 میلیون تن در سال برآورد شده‌است.
بروز مشكلات اقتصادی و زیست محیطی ناشی از اتلاف كودهای شیمیایی ازته (در نتیجه فرایندهایی چون تصاعد آمونیاك، دنیتریفیكاسیون و آبشویی نیترات) نیز ایجاب نموده كه در سال‌های اخیر سیستم‌های بیولوژیك تثبیت كننده ازت به عنوان بخشی از برنامه‌های كشاورزی پایدار جایگزین كودهای شیمیایی‌گردد.
رایج‌ترین این سیستم‌ها را همزیستی ریزوبیوم - لگومینوز تشكیل می‌دهد. امروزه رایج‌ترین كودهای میكروبی عرضه شده در سطح وسیع تجارتی مربوط به باكتری‌های تثبیت كننده ازت و مهمترین‌انواع مورد توجه برای استفاده‌های عملی شامل ریزوبیوم‌ها در همزیستی با لگومینوزها، فرانكیا با انواعی از گیاهان چوبی غیر لگومینوز، آزوسپیریلوم برای غلات و سیانو باكترها به حالت آزاد و یا همزیست باآزولا برای شالیزارهاست.
نقش ریزوبیوم‌ها در ارتقای سطح حاصلخیزی خاك بیش از یك قرن است كه مورد توجه بوده و امتیاز این باكتری بر سایر دی ازوتروفها، انجام تثبیت ازت با پتانسیل بسیار زیاد (درمواردی حدود 800 كیلو گرم در هكتار در سال) در حالت همزیستی با خانواده بقولات، به عنوان یكی از وسیع‌ترین خانواده سلسله‌های گیاهی است.
گرچه توان تثبیت بیولوژیكی ازت مولكولی،خصوصیت مشترك همه باكتری‌های ریزوبیوم است اما در بین سویه‌ها از نظر كارایی و راندمان تثبیت ازت (یعنی مقدار ازت تثبیت شده بازا هر واحد انرژی دریافتی از گیاه میزبان) تفاوت قابل ملاحظه‌ای وجوددارد.
یكی از استفاده‌های علمی از این موجودات خاكزی تولید تجارتی مایه تلقیح ریزوبیوم و تلقیح آن به خاك و یا بذربقولات می‌باشد كه در بعضی كشورها مرسوم شده است. تولید مایه تلقیح ریزوبیومی در طی چند مرحله اساسی زیر صورت می‌گیرد:
1 - جمع آوری و تفكیك سویه‌های جداسازی شده: یكی ازضروری‌ترین مشخصه‌ها كه باید به عنوان یك معیار اصلی مبنای انتخاب قرار گیرد، توان رقابت آن با سویه‌های ضعیف و كم تاثیر بومی خاك است تا مایه تلقیح تهیه شده از آن بتواند ارزش كاربرد در سطح‌مزارع را داشته باشد، بنابراین تفكیك سویه‌های ریزوبیومی یكی از اساسی‌ترین مراحل تولید مایه تلقیح بوده و در این رابطه از روش‌های آنتی‌بیوتیكی، سرولوژیكی، ریزوبیوفاژ، و ژنتیكی استفاده می‌شود.
روش ژنتیكی نسبت به سایر روش‌ها از دقت و كارایی بیشتری برخوردار است و به عنوان مثال، روش تجزیه پروفیل پلاسمیدPPA) ) به عنوان بهترین و سریع‌ترین روش تفكیك سویه‌های سینوریزوبیوم‌ملیلوتی توصیه شده است. (پلاسمیدها در داخل سلول باكتری حامل مواد ژنتیكی بوده و بسیاری از ژن‌های ضروری برای رشد باكتری در شرایط نامساعد محیطی توسط پلاسمیدها حمل می‌شوند.)
2 - تكثیر و تولید توده سلولی: این مرحله‌یكی از پرهزینه‌ترین قسمت‌های تولید اینگونه فرآورده‌های میكروبی می‌باشد، به طوری كه در بسیاری از كشورهای تولید كننده مایه تلقیح، از مواد زائد و فرآورده‌های فرعی كارخانجات صنایع غذایی به عنوان‌محیط كشت و تكثیر باكتری استفاده می‌شود (شركت آمریكاییLipha Tech یك مایه تلقیح مایع تولید می‌نماید كه بدلیل جنبه‌های اقتصادی، فرمولاسیون آن تا كنون مخفی مانده ولی توانایی حفظ جمعیت‌ب اكتری در فاز ثابت رشد را دارد).
در ایران به منظور قطع واردات و تولید مایه تلقیح سویا، چند ماده ارزان قیمت جهت بررسی توان تكثیر باكتری انتخاب و مورد آزمایش قرار گرفته كه در این میان رقت 20% عصاره جوMalt exrxct ) ) توانایی افزایش جمعیت باكتری را دارد.
3 - تهیه حامل مناسب: حامل باكتری به مواد جامد، مایع یا نیمه جامدی اطلاق می‌شود كه قادر به حفظ جمعیت مشخصی از باكتری مورد نظر در مدت‌معین و به تعداد قابل قبولی باشد. بنابراین مهمترین ویژگی یك حامل توانایی حفظ جمعیت مناسبی از باكتری در فاصله زمانی تولید تا مصرف آن در مزرعه می‌باشد.
در بسیاری از كشورهای پیشرفته مانندامریكا، كانادا، روسیه و استرالیا از پیت به عنوان حامل استفاده می‌شود كه متاسفانه در ایران معادن قابل بهره‌برداری ندارد و به همین دلیل همواره مایه تلقیح سویا از خارج تهیه می‌شود.
نتایج آزمایشات انجام‌شده با كمپوست باگاس، كمپوست فیلتر كیك، ذغال سنگ، بنتونیت و ورمیكولیت خام نشان داده كه تیمار كمپوست باگاس می‌تواند به عنوان حامل جهت مایه تلقیح سویا استفاده شود.
این سیستم‌های همزیستی می‌توانند علاوه بر تامین نیاز ازتی گیاه میزبان، در افزایش حاصلخیزی خاك‌های زیر كشت و یا تهیه بخشی ازازت مورد نیاز گیاهان در تناوب زراعی بسیار موثر باشند.
نكته مهم در برقراری این همزیستی‌ها انتخاب موثرترین باكتری می‌باشد كه بتواند در شرایط خاك مورد نظر با رقم گیاهی مورد تحقیق دارای حداكثربازده باشد. ضمنا مصرف بی رویه كودهای ازته در مراحل مختلف رشد گیاهان بقول نیز موجب از بین رفتن و یا تضعیف گره‌های موجود در ریشه می‌گردد كه محتوی میلیون‌ها باكتری ریزوبیوم هستند.
این مسئله‌در مزارع یونجه خوزستان و لوبیا در همدان كاملا مشهود است. سیانو باكترهاCianobacter) ) نیز یك دسته دیگر از میكروارگانیسم‌های مهم تثبیت كننده ازت در خاك می‌باشند كه تحقیقات جهانی درباره‌آنها سابقه طولانی داشته و هم اكنون در بسیاری از كشورها به عنوان كود بیولوژیك ازته مصرف می‌شوند.
ازتوباكتر كروكوكومAzotobacter Crococum) ) نیز یك باكتری آزاد زی تثبیت كننده ازت است كه می‌تواند هورمون‌های محرك رشد گیاه و بعضی مواد كنترل كننده قارچ‌ها را سنتز كند. امروزه بسیاری‌كشورها از كود ازتوباكتری برای محصولات مختلف از جمله غلات، صیفی‌جات و سبزیجات استفاده می‌كنند كه دارای اثرات چشمگیری بر روی وزن خشك اندام‌های هوایی، توسعه سیستم ریشه‌ای وعملكرد گیاه می‌باشد.
تحقیقات انجام شده در ایران نشان می‌دهد كه این باكتری به همراه كود دامی و كمپوست دارای اثرات معنی داری بر روی وزن و تعداد خوشه‌های گندم بوده و می‌تواند جایگزین مناسبی‌برای كودهای ازته باشد. آزوسپیریلوم نیز می‌تواند به طور همزیست با گیاهان مهم زراعی مانند انواع غلات (بخصوص گندم و ذرت) به تثبیت ازت مولكولی پرداخته و به عنوان یك كود بیولوژیك مورد توجه‌قرار گیرد.
این باكتری توانایی تولید هورمون‌های رشد گیاهی را نیز دارد و تلقیح گیاه با آن می‌تواند موجب افزایش سیستم ریشه‌ای و افزایش معنی‌دار وزن خشك ریشه و اندام‌های هوایی گیاه گردد. در ایران تنهامورد استفاده از كودهای زیستی ازته، مصرف باكتری برادی ریزوبیوم ژاپونیكوم در زراعت سویا و یا تلقیح بذور سویا با نیتراژن قبل از كشت است.
این امر موجب تثبیت ازت و افزایش جذب آن و در مواردی‌جذب آهن توسط گیاه می‌گردد.
هم اكنون بررسی‌هایی جهت جمع‌آوری سویه‌های بومی ریزوبیوم، انتخاب انواع برتر و استفاده از آنها برای تولید مایه تلقیح سویا در داخل كشور، به منظور كاهش مصرف‌كودهای ازته در دست انجام است و با توجه به پتانسیل با ارزش بسیاری دیگر از ریزوبیوم‌ها در تثبیت ازت، رواج مصرف كودهای شیمیایی در كشت گیاهان میزبان آنها بسیار عجیب و غیر قابل توجیه به نظرمی‌رسد.
پاراسیونیا كه تنها گیاه غیر لگوم همزیست با ریزوبیوم‌هاست به عنوان یك الگو یا مدل تجربی منحصر به فرد در بررسی‌های مهندسی ژنتیك، به منظور تعمیم پدیده همزیستی به گیاهان دیگر وبخصوص امكان ایجاد گره‌های تثبیت كننده ازت بر روی ریشه محصولات استراتژیك مورد استفاده قرار دارد
ب) قارچ‌های میكوریزا و میكروارگانیسمای حل كننده فسفات:
یكی از پایه‌های اساسی كشاورزی‌پایدار، استفاده كارآمد از كودهای شیمیایی و بخصوص كودهای فسفاته است. این كودها دارای تحرك كمی در خاك بوده و طی واكنش‌هایی با عناصر خاك (تركیب فسفات با كلسیم، منیزیم، آهن، روی، ...)بصورت نامحلول درآمده و بازده مصرفی آنها كاهش می‌یابد.
قارچ‌های میكوریزا كه در همزیستی با انواع مختلف گیاهان به اجرای نقش می‌پردازند كارایی و توانایی بسیار بالایی از نظر تامین فسفر مورد نیاز گیاه نشان داده، به طوری كه سایر فواید مهم حاصل‌از همزیستی میكوریزایی مانند جذب بیشتر بعضی از عناصر پرمصرف و كم مصرف (به عنوان مثال، افزایش جذب ازت، پتاس، كلسیم، منیزیم، منگنز، آهن)، جذب بهتر آب، تولید هورمون‌های محرك رشدگیاه و بالاخره پتانسیل مقابله با عوامل بیماریزا ریشه، تحت الشعاع مسئله جذب فسفر توسط آنها قرار گرفته است.
این قارچ‌ها بدرون سلول‌های كورتكس راه یافته و سپس با استفاده از مواد فتوسنتزی ریشه به‌سرعت تكثیر و با گسترش ریسه خود بدرون خاك، جذب عناصر غذایی و بویژه فسفر را افزایش می‌دهند.
مهمترین قارچ‌های اندومیكوریزا، وزیكولار آرباسكولارVesicular arbuscular) ) از رده زیگوسیت‌ها و راسته Glomales است كه به طور همزیست با ریشه بسیاری از گیاهان زراعی، غلات و حبوبات فعالیت داشته و اثر كیفی مثبت در تغذیه فسفری گیاه میزبان، بویژه‌در خاك‌های با مقدار فسفات قابل جذب كم دارند.
قارچ‌های اكتومیكوریزا عمدتا از جنس‌هایBoletus و Tricholoma در ریشه درختان كاج نیز نقش مهمی در تغذیه و رشد درختان دارند. به طور كلی‌اگر چه اثرات قارچ‌های میكوریزا بر روی رشد گیاه میزبان و جذب عناصر غذایی بر حسب نوع خاك و نوع قارچ همزیست متفاوت است اما در هر حالت مثبت و معنی‌دار است.
ضمنا تحقیقات نشان داده كه دراكثر موارد بین قارچ‌های میكوریزا و باكتری ریزوبیوم یك اثر سیزژیستی در تثبیت ازت و افزایش وزن غده‌های ریشه‌ای در گیاه وجود دارد.
اما میكروارگانیسم‌های حل كننده فسفاتPSM) ) بصورت‌ساپروفیت در منطقه ریشه (ریزوسفر) فعالیت نموده و با مصرف ترشحات ریشه، تركیبات نامحلول فسفات (مانند تری كلسیم فسفات) را بصورت محلول قابل جذب گیاه در می‌آورند.
این میكروارگانیسم‌های آزاد زی بصورت كودهای میكروبی فسفاته در سطح تجارتی عرضه شده‌اند كه هر چند كارایی میكوریزا را ندارند ولی اثرات سینرژیستی حاصل از تلقیح مشترك آنها مورد توجه قرار گرفته است.
ج - باكتری‌های ریزوسفری مولد سیدروفور:
این باكتری ها به عنوان ریزوباكتری‌های افزاینده رشد گیاه توصیف می‌شوند. این گروه ازحاصلخیزكننده‌ها با تولید تركیب‌های آلی خاص كه قادر به تشكیل كلات با آهن فریك هستند می‌توانند در كنترل مقدار آهن قابل جذب در ریزوسفر موثر باشند. این باكتری‌ها بیشتر از جنس پسودوموناس بوده اما لیست انواع دیگر آنها در حال گسترش است.
د- میكروارگانیسم‌های تجزیه كننده سلولز:
تولید كود آلی (كمپوست) بطریقه بیوتكنولوژی و از كلیه منابع آلی از جمله زباله‌های خانگی، ضایعات كشاورزی (باگاس نیشكر، ضایعات پسته و چای، كاه و كلش غلات، سبوس برنج و ...) و بازیافت (لجن) فاضلاب‌های شهری و خانگی و غیره‌صورت می‌گیرد.
در تولید كود آلی از اكتیواتورهاActivators) )یا تخمیركننده‌های آلی استفاده می‌شود كه شامل قارچ‌های جنس تریكودرماTrichoderma spp) .) به عنوان عنصر تلقیح بر روی كمپوست و كود برگی است. گاهی از قارچ‌های هومیكولاHumicola) ) و آسپرژیلوسAspergillus sp.) ) نیز به عنوان اكتیواتور استفاده می‌شود. این قارچ‌ها می‌توانند براحتی و به طور سریع عمل تخمیر و تجزیه سلولز، همی سلولز و لیگنین را انجام داده و در تولید كمپوست بسیار مفید باشند.