Альтернативи добривам без використання живих організмів: сучасні підходи до сталого підживлення рослин

У міру переходу сільського господарства на принципи сталого розвитку багато фермерів та землекористувачів активно шукають альтернативи органічним добривам, що не містять живих організмів. Хоча живі організми історично сприяли родючості ґрунту, їх використання не завжди є доцільним або бажаним через мінливість вмісту поживних речовин, ризики, пов’язані з патогенами, логістичні проблеми, неприємний запах, втрати поживних речовин та регуляторний тиск.

Водночас досягнення в галузі ботаніки та ґрунтознавства довели, що для ефективного живлення сільськогосподарських культур не обов’язково використовувати гній. Натомість ефективність використання поживних речовин, процеси в кореневій зоні та біологічна сумісність дедалі частіше визнаються головними чинниками сталого врожаю (ФАО, 2023). Це сприяло розробці альтернативних добрив, що не містять гною, які є більш точними, передбачуваними та масштабованими.

Чому сільське господарство виходить за межі харчування без використання живих організмів

Гній є джерелом органічної речовини та поживних речовин, але він також пов’язаний із добре відомими проблемами:

• Нерівномірний склад поживних речовин
• Ризик вимивання нітратів та стоку фосфору
• Збудники хвороб та насіння бур’янів
• Обмеження щодо транспортування та застосування
• Обмежена придатність для лісового господарства, садівництва та великих систем точного землеробства

Ці обмеження викликали інтерес до альтернативних добрив, що не містять живих організміві забезпечують більш надійне надходження поживних речовин при меншому ризику для довкілля (ФАО, 2023; USDA NRCS, 2022).

Харчування рослин без живого організму: з точки зору кореневої зони

Рослинам не потрібні живого організму як таких; їм потрібні поживні речовини у формі, яку коріння може ефективно засвоювати. Поглинання поживних речовин регулюється:

• Архітектура кореневої системи та площа поверхні
• Хімічна форма поживних речовин
• Хронологія та локалізація в ризосфері
• Взаємодія з ґрунтовими мікроорганізмами

Дослідження фенотипів коренів показали, що збільшення ефективної площі поверхні коренів часто є важливішим, ніж збільшення загального обсягу поживних речовин (Lynch, 2019; Gregory, 2006). Тому сучасні стратегії удобрення без використання гною зосереджуються на ефективності кореневої зони, а не на загальному обсязі внесених поживних речовин.

Органічні джерела азоту, що не містять живих організмів

Азот на основі амінокислот

Одним із найважливіших досягнень у сфері альтернативних добрив, що не містять живих організмів, є використання органічного азоту у вигляді амінокислот.

На відміну від застарілих підручникових моделей, численні рецензовані дослідження довели, що рослини можуть безпосередньо поглинати незмінені амінокислоти з ґрунту, оминаючи необхідність повної мікробної мінералізації (Näsholm et al., 1998; Näsholm et al., 2009; Jones et al., 2005).

Азот на основі амінокислот:

• Не містить мікроорганізмів і є хімічно стійким
• Не є природним конкурентом корисних ґрунтових мікроорганізмів
• Може підвищити ефективність використання азоту
• Сприяє ранньому розвитку кореневої системи та обмінним процесам

Однак амінокислотні продукти значно відрізняються за складом та ефективністю.

Аргінін як найкраще джерело органічного азоту

Наукове обґрунтування на основі досліджень Торгні Нешольма

Дослідження під керівництвом професора Торгні Нешольма кардинально змінили уявлення про азотне живлення рослин, продемонструвавши, що рослини, зокрема деревні види та сільськогосподарські культури, безпосередньо засвоюють органічні форми азоту (Näsholm et al., 1998; Näsholm et al., 2009).

Серед амінокислот аргінін посідає особливе місце в азотному обміні рослин:

• Аргінін має найвище співвідношення азоту до вуглецю серед усіх протеїногенних амінокислот, що робить його ефективним носієм азоту (Winter et al., 2015).
• Вона виконує роль основної молекули, що забезпечує накопичення та транспортування азоту в рослинах (Slocum, 2005; Winter et al., 2015).
• Метаболізм аргініну тісно пов'язаний із ростом рослин, реакцією на стрес та ремобілізацією азоту (Winter et al., 2015).

Ці властивості пояснюють, чому аргінін у літературі з фізіології рослин часто називають найкращою формою органічного азоту, особливо в умовах, коли ефективність використання азоту має вирішальне значення.

Чому склад має значення: суміші проти однокомпонентних систем аргініну

Багато комерційних амінокислотних добрив є складними сумішами, які часто отримують із гідролізатів білків. Хоча ці суміші можуть містити аргінін, до їхнього складу входять також десятки інших амінокислот у різних пропорціях.

До наукових та практичних обмежень комбінованих препаратів належать:

• Непослідовне співвідношення амінокислот
• Міжпартійна варіабельність
• Менш передбачуване надходження азоту у великих обсягах

На відміну від цього, системи на основі одного компонента — аргініну — спрямовані на доставку аргініну у визначеній хімічній формі. Коли аргінін утворює стабільний комплекс із фосфором у складі препарату, це дає змогу:

• Точний та відтворюваний хімічний аналіз поживних речовин
• Висока стабільність якості від партії до партії
• Масштабованість у великих комерційних та лісогосподарських проектах
• Збалансоване надходження азоту та фосфору в зоні контакту коренів із ґрунтом

Важливість стабільності складу добре визнана в дослідженнях ефективності використання поживних речовин та управлінні кореневою зоною (Gregory, 2006; Lynch, 2019). Стратегії формування складу конкретних продуктів викладені в технічній літературі компанії (Arevo AB, 2023; Arevo AB, 2024).

Біостимулятори без живих організмів як доповнення до добрив

Біостимулятори є основою стратегій підвищення родючості ґрунту без використання гною. Згідно з загальноприйнятими визначеннями, біостимулятори не діють як добрива, а стимулюють процеси в рослинах, що підвищують ефективність використання поживних речовин (du Jardin, 2015).

До задокументованих ефектів біостимуляторів належать:

• Посилене розгалуження дрібних коренів
• Збільшена площа поверхні кореневої зони
• Підвищена активність транспортних білків, що переносять поживні речовини
• Підвищена стійкість до абіотичного стресу

Системи на основі аргініну поєднують в собі функції органічного азотного живлення та біостимуляції, сприяючи як азотному обміну речовин, так і формуванню кореневої системи (Winter et al., 2015; Rouphael & Colla, 2020).

Стратегії харчування, сумісні з мікроорганізмами, та стратегії харчування без використання мікроорганізмів

Важливою перевагою альтернативних добрив на основі аргініну, що не містять живих організмів полягає в тому, що вони є неживими речовинами. Це означає, що вони:

• Не покладайтеся на імунізовані мікроорганізми
• Не вступати в пряму конкуренцію з природними ґрунтовими мікробіологічними угрупованнями
• Залишаються стабільними на різних ґрунтах та в різних кліматичних умовах

Довгострокові дослідження показали, що форма поживних речовин впливає на динаміку мікроорганізмів у ґрунті, а надлишок мінерального азоту може пригнічувати мікробіологічне різноманіття (Geisseler & Scow, 2014).

Отже, немікробні органічні джерела азоту можуть доповнювати, а не порушувати існуючу біологічну структуру ґрунту (Lambers et al., 2009).

Переваги альтернатив добривам, що не містять живих організмів

У разі включення до комплексної стратегії управління поживними речовинами альтернативні добрива, що не містять гною, можуть забезпечити:

• Передбачуване надходження поживних речовин
• Підвищення ефективності використання азоту
• Зменшення втрат поживних речовин та викидів
• Сумісність із точним землеробством
• Покращений розвиток кореневої системи та стійкість культур
• Спрощення логістики та дотримання нормативних вимог

Ці переваги стають дедалі актуальнішими у вирощуванні рядових культур, лісовому господарстві, садівництві та регенеративних системах.

Висновок

Майбутнє живлення сільськогосподарських культур не залежить від живому організмі. Досягнення у фізіології рослин та ґрунтознавстві — зокрема відкриття прямого поглинання органічного азоту— відкрили нові шляхи для сталого управління родючістю ґрунтів.

Серед них особливу увагу привертають альтернативні добрива на основі аргініну, що не містять живих організмів, завдяки своїй біохімічній ефективності, біологічній сумісності та точності складу. Зосередившись на процесах у кореневій зоні, а не на масовому внесенні поживних речовин, ці системи забезпечують можливість масштабування, передбачуваність та екологічну відповідальність у сільському господарстві.

Література

• Нешольм, Т., Екблад, А., Нордін, А., Гіслер, Р., Хегберг, М. та Хегберг, П. (1998). Рослини бореальних лісів поглинають органічний азот. Nature, 392, 914–916.https://www.nature.com/articles/31921
• Нешольм, Т., Кіелланд, К. та Ганетег, У. (2009). Поглинання органічного азоту рослинами. New Phytologist, 182(1), 31–48.https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2008.02751.x
• Джонс, Д. Л., Хілі, Дж. Р., Віллет, В. Б., Фаррар, Дж. Ф. та Ходж, А. (2005). Поглинання рослинами розчиненого органічного азоту. Soil Biology & Biochemistry, 37(3), 413–423.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071704002573
• Winter, G., Todd, C. D., Trovato, M., Forlani, G., & Funck, D. (2015). Метаболізм аргініну в рослинах. Journal of Experimental Botany, 66(14), 4087–4099.https://academic.oup.com/jxb/article/66/14/4087/2884735
• Слокум, Р. Д. (2005). Гени, ферменти та регуляція біосинтезу аргініну в рослинах. «Фізіологія та біохімія рослин», 43(8), 729–745.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0981942805001518
• Лінч, Дж. П. (2019). Фенотипи коренів для покращення поглинання поживних речовин. Plant Physiology, 180(2), 768–779.https://academic.oup.com/plphys/article/180/2/768/6117438
• Грегорі, П. Дж. (2006). Коріння рослин: ріст, життєдіяльність та взаємодія з ґрунтом. Видавництво «Блеквелл».https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470995563
• Ламберс, Г., Мугель, К., Жаяр, Б. та Хінсінгер, П. (2009). Взаємодія рослини–мікроорганізмів–ґрунту в ризосфері. Plant and Soil, 321, 83–115.https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-009-0042-x
• Гайсселер, Д., та Скоу, К. М. (2014). Довгостроковий вплив мінеральних добрив на ґрунтові мікроорганізми. Soil Biology & Biochemistry, 75, 54–63.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071714001264
• дю Жарден, П. (2015). Біостимулятори для рослин: визначення, концепція, основні категорії та нормативно-правове регулювання. Scientia Horticulturae, 196, 3–14.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304423815300538
• Руфаель, Й., та Колла, Г. (2020). Біостимулятори в сільському господарстві. Frontiers in Plant Science, 11, 40.https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00040/full
• ФАО. Стале управління поживними речовинами ґрунту. https://www.fao.org/soils-portal/soil-management/en/
• USDA NRCS. Стан ґрунту та управління поживними речовинами. https://www.nrcs.usda.gov/conservation-basics/natural-resource-concerns/soil/soil-health
• Arevo AB. (2023). Постачання органічного азоту на основі аргініну: активація кореневої зони та ефективність використання поживних речовин. Технічний інформаційний документ. https://arevo.se/science
• Arevo AB. (2024). Поглинання органічного азоту та ефективність кореневої зони в різних сільськогосподарських та лісогосподарських системах. Резюме досліджень. https://arevo.se/research

Застереження

Цей матеріал створено за допомогою штучного інтелекту на основі загальнодоступних джерел. Незважаючи на те, що ми доклали зусиль для забезпечення максимальної точності інформації, вона призначена виключно для інформаційних цілей і не повинна розглядатися як професійна консультація. Перед прийняттям рішень у сфері сільського господарства, охорони навколишнього середовища або бізнесу завжди слід консультуватися з кваліфікованими фахівцями.