Dažnai sakoma: fosforas – tai gyvybė. Šis elementas yra viena svarbiausių visos maisto gamybos grandinės žaliavų: nuo tręšimo iki maisto perdirbimo.

Beveik visas pasaulio pramonės fosforo pagrindo produktų poreikis tenkinamas naudojant iškastinį fosforą, kurio natūralūs ištekliai sparčiai senka. Net 90 proc. pasaulio iškastinio fosforo sunaudojama žemės ūkio pramonėje trąšoms ir pašarams gaminti.

Europoje yra vienintelė fosforinių uolienų kasykla (Suomijoje), kuri tenkina vos 10 proc. viso ES poreikio.

Iškastinio fosforo ištekliai sparčiai senka ir rinkoje pastebimi ženklūs kainos svyravimai. Karas Ukrainoje – naujausias prieinamumą mažinantis veiksnys, kuris ypač išryškės 2022 m. pabaigoje, didėjant žaliavos tiekimo įtampai dėl Rusijos taikomo akmens fosfato ir fosforo trąšų eksporto draudimo, taip pat šiuo metu vis dar galiojančio analogiško Kinijos eksporto ribojimo.

Tai ne pirma ir ne paskutinė fosforo kainų krizė per pastaruosius dešimtmečius. Įvykus 2007 m. tiekimo krizei, per šiek tiek ilgiau nei vienus metus fosforito (fosfatinio akmens) kainos padidėjo net 700 proc., todėl atitinkamai pabrango trąšos.

Fosforo naudojimas žemės ūkyje

Šiuo metu žemės ūkyje fosforas daugeliu jo gyvavimo ciklo etapų naudojamas neefektyviai, todėl teršiami gruntiniai vandenys ir švaistomi ištekliai. Dirvožemio erozija ir išplovimas, neefektyvus mėšlo, biologiškai skaidžių atliekų ir nuotekų naudojimas – pagrindinės priežastys, dėl kurių prarandame naudoti tinkamą fosforą.

Prancūzijoje atlikta srautų analizė rodo, kad 50 proc. bendro Prancūzijoje naudojamo fosforo kiekio prarandama: apie 20 proc. su nuotekomis, tiek pat dėl dirvožemio erozijos ir išplovimo, o 10 proc. – su maisto ir kitomis biologinėmis atliekomis.

Paradoksalu – nors fosforo atsargos (organinės ir neorganinės) dirvožemyje labai didelės, prieinamo augalams fosforo yra gana mažai. Augalams neprieinami fosforo junginiai pereina į prieinamas (tirpias) formas labai lėtai.

Pats fosforas, kaip elementas, labai reaktyvus, todėl neaptinkamas elementinės formos ir iš karto sudaro netirpius fosfatus su metalais: rūgštiniame dirvožemyje susijungia su Al³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, šarminiame – su Ca²⁺.

Dėl šių fosforo savybių augalai gali pasisavinti tik 10–20 proc. P iš įterpiamų fosforo trąšų.

Tačiau gamtoje sutvarkyta taip, kad dirvožemio mikroorganizmai naudoja organines medžiagas kaip maisto ir energijos šaltinį ir skaido jas į mineralinius junginius, kuriuos augalai lengvai pasisavina.

Mikroorganizmai išskiria organines rūgštis (citrinų, gliukono, oksalo ir kt.), sideroforus, kurie atpalaiduoja fosfato jonus iš mineralinės formos. Organinis fosforas (fitatai, fosfolipidai, nukleino rūgštys) mineralizuojamas į neorganinę formą veikiant MO fermentams (fosfatazės, fitazės).

Bakterijos ir grybai dalį fosforo imobilizuoja savo reikmėms. Gyvų organizmų biomasėje randama daug azoto, fosforo, sieros ir kalio. Sukultūrintame dirvožemyje 1 ha mikroorganizmai sukaupia 17,4 kg fosforo. Mikroorganizmams žuvus, organinės medžiagos mineralizuojamos gyvųjų mikroorganizmų, o sorbuotas fosforas tampa prieinamas augalams, kurie yra itin svarbi dirvožemyje vykstančio medžiagų perdirbimo ciklo dalis.

Apibendrinus fosforo naudojimo galimybės žemės ūkyje, galima išskirti šias tendencijas:

1. Iškastinio fosforo ištekliai sparčiai senka, o tai didina fosforo trąšų kainas.
2. Įterptinio fosforo efektyvumas mažas, jo augalai pasisavina tik iki 20 proc., didžioji jo dalis išplaunama ir teršia gruntinius vandenis.
3. Dirvožemyje esantys ir fosforo mineralizacijos-imobilizacijos cikle dalyvaujantys mikroorganizmai yra itin svarbūs užtikrinant fosforo prieinamumą augalams ir išsaugant jį mikroorganizmų biomasėje.
4. Chemizuotuose ir nualintuose dirvožemiuose nėra užtektinai naudingųjų mikroorganizmų, jie turi būti tikslingai ir kuo efektyviau įterpiami į dirvą, taip padidinant jau esančio ir papildomai įterpiamo fosforo pasisavinimą, sumažinant nuostolius ir taršą gamtai.

Siekiant nustatyti atskirų, papildomai į dirvožemį įterpiamų mikroorganizmų padermių efektyvumą, didinant fosforo prieinamumą augalams, 2020 m. pradėta bendradarbiauti su VDU Žemės ūkio akademijos doktorantu Justinu Anušausku. Kartu vykdomi ilgalaikiai laboratoriniai ir lauko bandymai.

Siekiant tyrimus maksimaliai priartinti prie tradicinių agrotechnologijų, lauko tyrimus pasirinkta vykdyti su NPK (5-20,5-36) trąšomis. Kompleksiniai NPK tręšimai – dažniausia tręšimo fosforu forma. Tai yra lėtai pasavinamas elementas, todėl šios trąšos paprastai aplikuojamos rudenį.

Laboratoriniai tyrimai

Laboratoriniais tyrimais norėta tiksliai identifikuoti atskirų mikroorganizmų poveikį fosforo atpalaidavimui, todėl jie vykdyti su monokultūromis, o lauko tyrimams taikytas mikroorganizmų kompleksas BioNPK Powder S.

Mokslinėje literatūroje įprasčiausia ir plačiausiai žinoma fosforą atpalaiduojanti padermė yra Bacillus megaterium, tačiau įmonės „Nando“ turima bakterija Bacillus mucilaginosus taip pat žinoma kaip pakankamai efektyvus mikroorganizmas, gebantis atpalaiduoti netirpias medžiagas. Atlikus tyrimus paaiškėjo, kad jo potencialas fosforo tirpinimui laboratorinėmis sąlygomis labai aukštas.

Tyrimas atliktas su NPK trąšų kompozicija (paveikslėliuose NPK), taip pat grynojo fosforo šaltiniu (fosforo miltai - paveikslėliuose FM) ir monopadermėmis (Meg – B. megaterium; Mclg – B. mucilaginosus).

Įvertinti du pagrindiniai fosforo atpalaidavimo greitį indukuojantys veiksniai – pH lygio pokytis ir laisvojo fosforo pokytis. Kintantis pH lygis rodo mikroorganizmų išskirtas rūgštis, kurios skaido netirpius fosforo junginius. Rezultatai pateikti duomenų analizėje.

Laboratorinio tyrimo išvados

• Abi mikroorganizmų padermės efektyviai tirpdė fosforą ir išskyrė didelį kiekį fosforą atpalaiduojančių rūgščių, ypač tirpdant grynąjį fosforą (fosforo miltus).
• Skirtingos mikroorganizmų padermės išsiskyrė skirtingu poveikio mechanizmu didinant laisvojo fosforo kiekį:
  • Bacillus Megaterium didesnį laisvojo fosforo kiekį panaudojo ir užfiksavo gyvoje mikroorganizmų biomasėje;
  • Bacillus Mucilaginosus didesnį laisvojo fosforo kiekį iš karto pavertė laisvai augalui prieinama forma, mažiau jo užfiksavo gyvoje biomasėje;
  • abi mikroorganizmų padermės ypač naudingos žemės ūkyje mažinant fosforo nuostolius ir didinant jo prieinamumą, o skirtingas poveikio mechanizmas leidžia užtikrinti nuoseklesnį ilgalaikį augalo aprūpinimą.

Lauko tyrimai

Lauko tyrimai su biologiniu produktu BioNPK Powder S, kurio sudėtyje yra abi anksčiau laboratorijoje tirtos padermės, vykdyti dvejus metus Alytaus r. Raubonių kaime.

Analizuojant pirmų metų (2020 m.) gautus miežių grūdų derliaus rezultatus, pastebėta, kad naudojant „Nando“ mikrobiologinę technologiją gaunamas 9,34 proc. dydžio derliaus priedas. Vis dėlto šiaudų masė padidėjo ne taip žymiai kaip grūdų – siekia tik 2,73 procento. Tai parodo, kad didesnis produktyvumas nereiškia didesnio žalios masės auginimo ir nealina dirvožemio resursų.

Antrų metų (2021 m.) analogiško tyrimo rezultatas – 7 proc. derliaus priedas. Pažymėtina, kad šiame tyrime didžiausias dėmesys skirtas dirvos ir fosforo pokyčiams dirvoje. Nustatyta, kad 2021-aisiais pirmais metais atlaisvinto ir augalams prieinamo fosforo kiekis naudojant biologinį preparatą padidėjo net 55,6 proc. (palyginti su standartiniu tręšimu), o naudojant biologinį preparatą ir pusę normos mineralinių kompleksinių trąšų gautas toks pats laisvojo fosforo padidėjimas, kaip ir naudojant pilną trąšų normą be biologinio preparato.

Per dvejų metų pokyčio analizę pastebėta didelė teigiama preparato įtaka dirvos humusui (+ 0,15, palyginti su standartine technologija). Taip pat konstatuota, kad tuose variantuose, kuriuose panaudotas biologinis preparatas, galima fiksuoti nedaug sumažėjusį dirvos pH, o tai patvirtina ankstesnius laboratorinius tyrimus – aktyvią fosforą atpalaiduojančių mikroorganizmų veiklą galima fiksuoti ne tik laisvojo fosforo kiekiu, bet ir rūgštingumu (taip pastebint mikroorganizmų išskiriamas silpnąsias rūgštis).

Mes galime daryti išvadas, kad:

• iškastinio fosforo ištekliai sparčiai senka, o su jo tiekimu susijusios geopolitinės įtampos prieinamumą dar labiau blogina. Dėl to fosfatinės uolienos kainos žaliavų rinkose yra rekordinės;
• fosforas dirvoje linkęs sudaryti netirpius junginius su metalo jonais, dėl to jo prieinamumas augalams ribotas. Fosforą atpalaiduojantys mikroorganizmai gali dalį jo atpalaiduoti ir padidinti jo prieinamumą augalams;
• B. megaterium ir B. mucilaginosus efektyviai tirpina fosforo junginius, išskirdamos silpnąsias rūgštis. Per procesą dalis fosforo tampa laisvuoju, o dalis užrakinama mikroorganizmų biomasėje;
• „Nando“ gaminamo biologinio produkto BioNPK Powder S, savo sudėtyje turinčio fosforą atpalaiduojančių mikroorganizmų, taikymas leidžia ne tik padidinti derliaus potencialą, bet ir sumažinti neigiamą mažesnės tręšimo normos įtaką fosforo prieinamumui. Be to, naudojant ilgai, daroma teigiama įtaka dirvos humuso kiekiui.