Autorica: Helena Estiveira

16. kolovoz 2022.

Za dobar rast i razvoj usjeva potrebne su hranjive tvari; ako ih nema dovoljno biljke propadaju ili rastu sporije.

Dušik je jedan od tri najvažnije hranjive tvari za rast usjeva, uz kalij i fosfor. Važan je za fotosintezu i koncentraciju klorofila koji biljkama daje zelenu boju, što omogućuje ratarima da brže i lakše prate zdravlje usjeva. Intenzivna tamnozelena boja lišća znači da su biljke zdrave i imaju puno klorofila. Žutilo (kloroza) i svijetlozelena boja lišća ukazuju na nedostatak klorofila i bolesti biljke, potencijalno zbog nedostatka dušika.

Naša atmosfera obiluje dušikom — 79 % dušika je u plinovitom stanju kao N2. No taj dušik nije raspoloživ osim ako nije vezan u obliku amonijevih (NH4) ili nitratnih (NO) iona koji se mogu iskoristiti za razvoj biljaka. Dušik je stoga često ograničavajući faktor za optimalan rast usjeva, čak i u idealnim klimatskim uvjetima i uz dovoljno vode.

Prekomjerna upotreba sintetičkog dušika

Gnojiva su ključna za proizvodnju hrane diljem svijeta. Otkriće sintetičkog dušika početkom 20. stoljeća promijenio je način na koji rješavamo dostupnost dušika u tlu — više se ne moramo oslanjati na ograničenu količinu dušika koja se prirodno nalazi u tlu diljem svijeta, već ga možemo proizvoditi i koristiti za ishranu bilja. Gnojiva nam osiguravaju bolji prinos i ukupni učinak: ratari mogu proizvesti više usjeva na manje zemlje i ostvariti profit.

No to ima i nekih ozbiljnih nedostataka. Teoretski, upotreba veće količine gnojiva ne bi nužno bila problematična kad bi usjevi iskoristili sve što im je dostupno. Međutim, kada usporedimo omjer dušika nakon žetve s unosom dušika (putem gnojiva ili stajnjaka), možemo jasno vidjeti da postoji neravnoteža. Usjevi iskoriste manje od polovice primijenjenog dušika.

Što znače ovi podaci?

Odnos između unesenog i iskorištenog dušika naziva se "učinkovitost korištenja dušika“ (eng. NUE nitrogen use efficiency). Što je taj odnos veći, biljke bolje apsorbiraju i iskorištavaju raspoloživi dušik. Učinkovitost od 80 % znači da količina dušika u usjevima iznosi 80 % primijenjenog dušika te da biljke nisu iskoristile preostalih 20 % dušika.

Niska učinkovitost korištenja dušika je nepoželjna, jer znači da usjevi apsorbiraju vrlo malo primijenjenog dušika, a ostatak postaje onečišćivač. Od 1980. globalna učinkovitost korištenja dušika ostala je na niskoj razini od 40-50 %. Preostali dušik je otpad koji prodire u prirodni okoliš, ispire se iz tla i onečišćuje rijeke i jezera, narušava ravnotežu ekosustava i uzrokuje gubitak bioraznolikosti.

Posljedice niske učinkovitosti iskorištavanja dušika:

• Onečišćenje podzemnih voda: Nitrati izvan zone korijena onečišćuju podzemne vode.
• Eutrofikacija: Štetan rast algi, čime se troši kisik i šteti vodenim organizmima.
• Taloženje dušika: Amonijak ispušten u zrak isparavanjem vraća se na površinu kao plin sumpor dioksid.
• Efekt staklenika: Dušikov oksid nastao denitrifikacijom odgovoran je za 5 % globalnih klimatskih promjena (Shoji et al., 2001).

Nedovoljna apsorpcija dušika dovodi do potrebe za primjenom sve više dušičnih gnojiva za brži rast usjeva i osiguravanje hrane za sve veći broj stanovnika. Poljoprivrednici pojačavaju primjenu dušika, čime se produžuje ciklus, dodatno iscrpljuje tlo i povećavaju troškovi proizvodnje usjeva. Zbog stalnog povećavanja danas su potrebne znatno veće količine dušika za proizvodnju iste količine usjeva kao u 1960-ima.

Potrošnja dušičnih gnojiva od 1961. do 2014.

Ukupna potrošnja dušičnih gnojiva u tonama godišnje

Gubici dušika u tlu i biljkama štete ekosustavu, plodnosti tla i uzgoju bilja. Emisije amonijaka uzrokuju kisele kiše i emisije dušikovog oksida. Eutrofikacija — ispiranje nitrata u vodene ekosustave koje uzrokuje prekomjerni rast vodenih biljaka i algi — prijetnja je za ribe, kvalitetu vode te zdravlje ljudi i životinja. Prekomjerna upotreba sintetičkih dušičnih gnojiva stvorila je preko 500 mrtvih zona na globalnoj razini. Zbog propisa o ispiranju nitrata ograničeno je korištenje poljoprivrednog zemljišta u nekoliko zemalja. 

Povećanje prinosa zahtijeva primjenu više gnojiva, što zauzvrat povećava onečišćenje. Budući da mnogi smatraju da je dodatna upotreba gnojiva važna za povećanje prinosa, nalazimo se u začaranom krugu. No to ipak nije jedina mogućnost, a mikroorganizmi igraju ključnu ulogu u pronalaženju novog rješenja.

Bakterije koje vežu dušik u tlu i ciklus dušika

Bakterije su jedini poznati mikroorganizmi koji mogu pretvoriti plinoviti dušik u organski spoj amonijak koji je dostupan biljkama. Prije nego što su razvijene komercijalne metode vezanja dušika, biljke su se oslanjale samo na mikroorganizme koji su im osiguravali iskoristiv dušik.

Bakterije u tlu igraju ključnu ulogu u praktički svim elementima dostupnosti dušika, podržavaju formiranje i rast podzemnih ekosustava i biljaka putem:

• Pretvorbe N2 u amonijak vezanjem dušika. Ove bakterije ili slobodno žive (žive neovisno o drugim organizmima) ili tvore simbiotske zajednice s biljkama ili drugim organizmima (npr. termitima ili praživotinjama).
• Pretvorbe amonijaka u nitrat i nitrata u N2 ili druge dušikove plinove.
• Razgradnje organske tvari, oslobađanjem vezanog dušika za ponovnu upotrebu od strane drugih organizama.

Bakterije u tlu odgovorne su za glavnu pretvorbu N2 u amonijak, a potom u proteine u procesu koji se naziva vezanje dušika.

Vezanje dušika je proces pretvaranja relativno nereaktivnog atmosferskog N2 u reaktivnije molekule (nitrate, nitrite ili amonijak). Ovi reaktivni oblici važni su za usjeve jer im pomažu u rastu i razvoju. Nedostatak dušika, s druge strane, koči rast usjeva i zdrav razvoj.

Bakterije koje vežu dušik, kao što su rodovi Rhizobium, Azospirillum ili Rhodobacter, proizvode jedinstveni enzim odgovoran za vezanje dušika, što čini oko 90 % prirodnog vezanja dušika na našem planetu.

Ukratko, bakterije koje vežu dušik pretvaraju atmosferski dušik u anorganske spojeve i postižu ono što usjevi sami ne mogu: proizvode iskoristiv dušik. Bakterije ga apsorbiraju kao plin iz zraka i ispuštaju u tlo, obično kao amonijak. To je jedina održiva alternativa za biljke budući da one mogu unijeti dušik iz tla samo kao anorganske molekule koje sadrže dušik, što naglašava potrebu za vezanjem dušika.

Iskoristiv dušik koji bakterije daju usjevima prijeko je potrebna komponenta molekula klorofila. Klorofil je neophodan za fotosintezu, koja energiju sunčeve svjetlosti pretvara u kemijsku energiju potrebnu biljkama.

Nadalje, biljke trebaju dušik kao sastavni dio aminokiselina kako bi izgradile proteine potrebne za metabolizam i skladištenje energije. Nedostatak vezanog dušika uzrokuje žutilo, stanjivanje, sušenje, opće usporavanje rasta i propadanje biljaka.

Bakterije koje vežu dušik u konačnici opskrbljuju tlo anorganskim spojevima koji sadrže dušik, a koji su bitna hranjiva za usjeve. Nakon uginuća, te bakterije otpuštaju dušik pohranjen u njihovoj biomasi u tlo, čime prirodno povećavaju plodnost tla i omogućuju poljoprivrednicima uštede na sintetičkim gnojivima.

“Dušične bakterije nas uče da priroda, sa sofisticiranim oblicima kemije žive tvari, još uvijek razumije i koristi metode koje mi još ne znamo oponašati.”

Fritz Haber, Nobel Lectures, Chemistry 1901-1921, The Synthesis of Ammonia from Its Elements

Organska gnojidba podržava održivu proizvodnju usjeva

Biljke imaju koristi od organske gnojidbe jer se upotrebom gnojiva koja sadrže niz mikroorganizama koji mogu naseliti rizosferu može poboljšati bioraspoloživost i unos hranjivih tvari putem korijenovih dlačica. Organska gnojiva, uključujući simbiotske i slobodne fiksatore dušika, ali ne samo njih, isplativa su i ekološki održiva te predstavljanju učinkovitu alternativu sintetičkim gnojivima.

Organska gnojiva pomažu održati produktivnost i zadovoljiti sve veću potražnju za usjevima, istovremeno čuvajući i održavajući prirodne resurse za buduće generacije. Brojna istraživanja diljem svijeta pokazuju vrijednost organskih gnojiva za povećanje prinosa i poboljšanje kvalitete poljoprivrednih proizvoda na sljedeće načine:

• Obogaćivanjem tla hranjivim tvarima i korisnim mikroorganizmima.
• Poboljšanjem plodnosti i zdravlja tla.
• Očuvanjem prirodnih resursa.
• Poboljšanjem produktivnosti i omjera troškova i koristi kako bi se postigla bolja održivost.

Alltech Crop Science, globalni lider u mikrobnoj fermentaciji i korištenju metabolita fermentacije, nastavlja s istraživanjem i inovacijama kako bi pomogao poljoprivrednicima diljem svijeta u održivijoj, produktivnijoj i profitabilnijoj proizvodnji usjeva.