Alternatywne nawozy bez zawartości organizmów żywych: nowoczesne sposoby zrównoważonego odżywiania roślin

W miarę jak rolnictwo zmierza w kierunku zrównoważonego rozwoju, wielu rolników i zarządców gruntów aktywnie poszukuje alternatyw dla nawozów organicznych, które nie zawierają organizmów żywych. Chociaż organizmy żywe od dawna przyczyniają się do żyzności gleby, ich stosowanie nie zawsze jest praktyczne lub pożądane ze względu na zmienność zawartości składników odżywczych, ryzyko związane z patogenami, kwestie logistyczne, nieprzyjemny zapach, straty składników odżywczych oraz presję regulacyjną.

Jednocześnie postępy w naukach o roślinach i glebie wykazały, że skuteczne odżywianie upraw nie wymaga stosowania obornika. Zamiast tego za główne czynniki decydujące o zrównoważonej wydajności coraz częściej uznaje się efektywność wykorzystania składników odżywczych, procesy zachodzące w strefie korzeniowej oraz zgodność biologiczną (FAO, 2023). Doprowadziło to do opracowania alternatywnych nawozów bezobornikowych, które charakteryzują się większą precyzją, przewidywalnością i skalowalnością.

Dlaczego rolnictwo wykracza poza kwestie żywieniowe, pomijając żywe organizmy

Obornik dostarcza materię organiczną i składniki odżywcze, ale wiąże się też z dobrze udokumentowanymi problemami:

• Niespójny skład odżywczy
• Ryzyko wymywania azotanów i spływu fosforu
• Patogeny i nasiona chwastów
• Ograniczenia związane z transportem i zastosowaniem
• Ograniczone zastosowanie w leśnictwie, ogrodnictwie oraz w systemach precyzyjnych na dużą skalę

Ograniczenia te wzbudziły zainteresowanie alternatywnymi nawozami niezawierającymi organizmów żywych, które zapewniają dostarczanie składników odżywczych z większą pewnością i przy mniejszym ryzyku dla środowiska (FAO, 2023; USDA NRCS, 2022).

Odżywianie roślin bez żywych organizmów: perspektywa strefy korzeniowej

Rośliny nie potrzebują samych organizmów żywych ; potrzebują składników odżywczych w postaci, którą korzenie mogą skutecznie wchłonąć. Pobieranie składników odżywczych regulują:

• Architektura korzeni i powierzchnia
• Postać chemiczna składników odżywczych
• Czas i lokalizacja w ryzosferze
• Wzajemne oddziaływania z mikroorganizmami glebowymi

Badania nad fenotypami korzeni wykazały, że zwiększenie efektywnej powierzchni korzeni jest często ważniejsze niż zwiększenie całkowitej podaży składników odżywczych (Lynch, 2019; Gregory, 2006). Dlatego też współczesne strategie nawożenia bez użycia obornika koncentrują się raczej na wydajności strefy korzeniowej niż na masowym dostarczaniu składników odżywczych.

Organiczne źródła azotu niebędące żywych organizmów

Azot pochodzący z aminokwasów

Jednym z najważniejszych osiągnięć w dziedzinie alternatywnych nawozów niezawierających organizmów żywychjest stosowanie azotu organicznego w postaci aminokwasów.

W przeciwieństwie do starszych modeli podręcznikowych, liczne recenzowane badania wykazały, że rośliny mogą bezpośrednio pobierać nienaruszone aminokwasy z gleby, omijając konieczność całkowitej mineralizacji mikrobiologicznej (Näsholm i in., 1998; Näsholm i in., 2009; Jones i in., 2005).

Azot pochodzący z aminokwasów:

• Nie zawiera mikroorganizmów i jest chemicznie stabilny
• Nie stanowi z natury konkurencji dla pożytecznych mikroorganizmów glebowych
• Może poprawić efektywność wykorzystania azotu
• Wspomaga wczesny rozwój korzeni i aktywność metaboliczną

Jednak produkty zawierające aminokwasy znacznie różnią się między sobą pod względem składu i działania.

Arginina jako preferowane organiczne źródło azotu

Podstawy naukowe wynikające z badań Torgny’ego Näsholma

Badania prowadzone przez profesora Torgny'ego Näsholma zasadniczo zmieniły dotychczasowe rozumienie odżywiania azotowego roślin poprzez wykazanie bezpośredniego pobierania organicznych form azotu przez rośliny, w tym gatunki drzewiaste i rośliny uprawne (Näsholm i in., 1998; Näsholm i in., 2009).

Wśród aminokwasów arginina zajmuje wyjątkowe miejsce w metabolizmie azotu u roślin:

• Arginina charakteryzuje się najwyższym stosunkiem azotu do węgla spośród wszystkich aminokwasów białkowych, co czyni ją skutecznym nośnikiem azotu (Winter i in., 2015).
• Pełni rolę głównej cząsteczki odpowiedzialnej za magazynowanie i transport azotu w roślinach (Slocum, 2005; Winter i in., 2015).
• Metabolizm argininy jest ściśle powiązany ze wzrostem roślin, reakcją na stres oraz remobilizacją azotu (Winter i in., 2015).

Właściwości te wyjaśniają, dlaczego arginina jest często wymieniana w literaturze poświęconej fizjologii roślin jako preferowana forma azotu organicznego, zwłaszcza w warunkach, w których kluczowe znaczenie ma efektywność wykorzystania azotu.

Dlaczego skład ma znaczenie: mieszanki a preparaty zawierające wyłącznie argininę

Wiele dostępnych w handlu nawozów aminokwasowych to złożone mieszanki, często wytwarzane z hydrolizatów białkowych. Chociaż mieszanki te mogą zawierać argininę, zawierają one również dziesiątki innych aminokwasów w różnych proporcjach.

Ograniczenia naukowe i praktyczne preparatów mieszanych obejmują:

• Niespójne proporcje aminokwasów
• Zmienność między partiami
• Mniej przewidywalne dostarczanie azotu na dużą skalę

Natomiast systemy oparte na jednym związku argininy skupiają się na dostarczaniu argininy w określonej postaci chemicznej. Gdy arginina tworzy stabilny kompleks z fosforem, umożliwia to:

• Precyzyjne i powtarzalne badania chemiczne składników odżywczych
• Wysoka powtarzalność między partiami
• Skalowalność w dużych zastosowaniach komercyjnych i leśnych
• Zrównoważone dostarczanie azotu i fosforu na styku korzeni z glebą

Znaczenie spójności składu preparatów jest powszechnie uznawane w badaniach nad efektywnością wykorzystania składników odżywczych oraz w zarządzaniu strefą korzeniową (Gregory, 2006; Lynch, 2019). Strategie dotyczące składu poszczególnych produktów zostały opisane w literaturze technicznej firmy (Arevo AB, 2023; Arevo AB, 2024).

Biostymulanty niezawierające żywych organizmów jako dodatki do nawozów

Biostymulanty stanowią podstawowy filar strategii zwiększania żyzności gleby bez stosowania obornika. Zgodnie z powszechnie przyjętymi definicjami biostymulanty nie działają jak nawozy, lecz stymulują procesy zachodzące w roślinach, które poprawiają efektywność wykorzystania składników odżywczych (du Jardin, 2015).

Do udokumentowanych właściwości biostymulujących należą:

• Zwiększona proliferacja drobnych korzeni
• Zwiększona powierzchnia strefy korzeniowej
• Zwiększona aktywność transporterów składników odżywczych
• Zwiększona odporność na stres abiotyczny

Systemy oparte na argininie stanowią połączenie nawożenia azotem organicznym i biostymulacji, wspomagając zarówno metabolizm azotu, jak i budowę systemu korzeniowego (Winter i in., 2015; Rouphael i Colla, 2020).

Strategie żywieniowe zgodne z mikroorganizmami oraz strategie bezmikrobiologiczne

Istotną zaletą alternatywnych nawozów na bazie argininy, które nie zawierają organizmów żywych jest to, że są one substancjami nieożywionymi. Oznacza to, że:

• Nie należy polegać na zaszczepionych mikroorganizmach
• Nie konkuruj bezpośrednio z rodzimymi społecznościami mikroorganizmów glebowych
• Zachowuje stabilność na różnych glebach i w różnych warunkach klimatycznych

Długoterminowe badania wykazały, że postać składników odżywczych wpływa na dynamikę mikroorganizmów glebowych oraz że nadmiar azotu mineralnego może ograniczać różnorodność mikroorganizmów (Geisseler i Scow, 2014).

Niemikrobiologiczne źródła azotu organicznego mogą zatem uzupełniać istniejącą biologię gleby, a nie ją zakłócać (Lambers i in., 2009).

Zalety alternatyw dla nawozów, które nie zawierają organizmów żywych

W ramach kompleksowej strategii zarządzania składnikami odżywczymi alternatywne nawozy niepochodzące z obornika mogą zapewnić:

• Przewidywalne dostarczanie składników odżywczych
• Zwiększona efektywność wykorzystania azotu
• Zmniejszenie strat składników odżywczych i emisji
• Zgodność z rolnictwem precyzyjnym
• Lepszy rozwój systemu korzeniowego i większa odporność upraw
• Uproszczona logistyka i zgodność z przepisami

Korzyści te zyskują coraz większe znaczenie w uprawach polowych, leśnictwie, ogrodnictwie oraz w systemach regeneracyjnych.

Wnioski

Przyszłość odżywiania roślin uprawnych nie zależy od żywych organizmów. Postępy w fizjologii roślin i gleboznawstwie — a zwłaszcza odkrycie bezpośredniego pobierania azotu organicznego— otworzyły nowe ścieżki dla zrównoważonego zarządzania żyznością gleby.

Wśród nich na szczególną uwagę zasługują alternatywne nawozy na bazie argininy, niezawierające organizmów żywych, ze względu na ich wydajność biochemiczną, kompatybilność biologiczną oraz precyzję składu. Koncentrując się na procesach zachodzących w strefie korzeniowej, a nie na masowym dostarczaniu składników odżywczych, systemy te umożliwiają prowadzenie rolnictwa skalowalnego, przewidywalnego i przyjaznego dla środowiska.

Bibliografia

• Näsholm, T., Ekblad, A., Nordin, A., Giesler, R., Högberg, M. i Högberg, P. (1998). Rośliny lasów borealnych pobierają azot organiczny. Nature, 392, 914–916.https://www.nature.com/articles/31921
• Näsholm, T., Kielland, K. i Ganeteg, U. (2009). Pobieranie azotu organicznego przez rośliny. New Phytologist, 182(1), 31–48.https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2008.02751.x
• Jones, D. L., Healey, J. R., Willett, V. B., Farrar, J. F. i Hodge, A. (2005). Pobieranie rozpuszczonego azotu organicznego przez rośliny. Soil Biology & Biochemistry, 37(3), 413–423.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071704002573
• Winter, G., Todd, C. D., Trovato, M., Forlani, G. i Funck, D. (2015). Metabolizm argininy u roślin. Journal of Experimental Botany, 66(14), 4087–4099.https://academic.oup.com/jxb/article/66/14/4087/2884735
• Slocum, R. D. (2005). Geny, enzymy i regulacja biosyntezy argininy u roślin. Plant Physiology and Biochemistry, 43(8), 729–745.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0981942805001518
• Lynch, J. P. (2019). Fenotypy korzeni sprzyjające lepszemu pobieraniu składników odżywczych. Plant Physiology, 180(2), 768–779.https://academic.oup.com/plphys/article/180/2/768/6117438
• Gregory, P. J. (2006). Korzenie roślin: wzrost, aktywność i interakcje z glebą. Blackwell Publishing. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470995563
• Lambers, H., Mougel, C., Jaillard, B. i Hinsinger, P. (2009). Interakcje między roślinami, mikroorganizmami i glebą w ryzosferze. Plant and Soil, 321, 83–115.https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-009-0042-x
• Geisseler, D. i Scow, K. M. (2014). Długoterminowy wpływ nawozów mineralnych na mikroorganizmy glebowe. Soil Biology & Biochemistry, 75, 54–63.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071714001264
• du Jardin, P. (2015). Biostymulanty roślinne: definicja, koncepcja, główne kategorie i regulacje prawne. Scientia Horticulturae, 196, 3–14.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304423815300538
• Rouphael, Y. i Colla, G. (2020). Biostymulanty w rolnictwie. Frontiers in Plant Science, 11, 40.https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00040/full
• FAO. Zrównoważone gospodarowanie składnikami odżywczymi gleby. https://www.fao.org/soils-portal/soil-management/en/
• USDA NRCS. Zdrowie gleby i gospodarka składnikami odżywczymi. https://www.nrcs.usda.gov/conservation-basics/natural-resource-concerns/soil/soil-health
• Arevo AB. (2023). Dostarczanie azotu organicznego na bazie argininy: aktywacja strefy korzeniowej i efektywność wykorzystania składników odżywczych. Dokument techniczny. https://arevo.se/science
• Arevo AB. (2024). Pobieranie azotu organicznego i wydajność strefy korzeniowej w różnych uprawach i systemach leśnych. Podsumowania badań. https://arevo.se/research

Zastrzeżenie

Niniejsza treść została opracowana przy pomocy sztucznej inteligencji w oparciu o publicznie dostępne źródła. Chociaż dołożono wszelkich starań, aby informacje były jak najdokładniejsze, mają one charakter wyłącznie informacyjny i nie należy ich traktować jako profesjonalnej porady. Przed podjęciem decyzji dotyczących rolnictwa, środowiska lub działalności gospodarczej należy zawsze skonsultować się z wykwalifikowanymi ekspertami.