Dažnai sakoma –  fosforas tai gyvybė. Šis elementas yra viena svarbiausių žaliavų visai maisto gamybos grandinei, nuo tręšimo iki apdirbamosios maisto pramonės. Iki šiol beveik visas pasaulinis pramonės poreikis fosforo pagrindo produktams tenkinamas naudojant išskirtinai tik iškastinį fosforą, kurio natūralūs ištekliai sparčiai senka. Net 90% viso pasaulinio iškastinio fosforo sunaudojama žemės ūkio pramonėje – trąšoms bei pašarams gaminti. Europoje yra tik viena fosforinės uolienos kasykla (Suomijoje), kuri tenkina tik 10% viso ES poreikio.

Iškastinio fosforo resursai sparčiai senka ir rinkoje pastebimas ženklus kainos svyravimas. Karas Ukrainoje yra naujausias prieinamumą mažinantis veiksnys, kuris ypač išryškės 2022 metų pabaigoje, didėjant žaliavos tiekimo įtampoms dėl Rusijos įvesto akmens fosfato ir fosforo trąšų eksporto draudimo, ir šiuo metu vis dar galiojančio analogiško Kinijos eksporto ribojimo.

Fosfatinio akmens žaliavos kaina

Pažymėtina,  kad tai ne pirma, ir ne paskutinė fosforo kainų krizė pastaraisiais dešimtmečiais. Įvykus 2007 metų susidariusiai tiekimo krizei, per šiek tiek ilgesnį nei vienerių metų laikotarpį fosforito (fosfatinio akmens) kainos padidėjo net 700 %, todėl atitinkamai išaugo trąšų kainos.  

Fosforo naudojimas žemės ūkyje

Šiuo metu, žemės ūkyje, fosforas daugeliu jo gyvavimo ciklo etapų naudojamas neefektyviai, dėl to teršiami gruntiniai vandenys ir švaistomi ištekliai. Pagrindinės priežastys, dėl kurių prarandamas naudoti tinkamas fosforas, – dirvožemio erozija ir išplovimas, taip pat neefektyvus mėšlo, biologiškai skaidžių atliekų ir nuotekų naudojimas. Iš Prancūzijoje atliktos srautų analizės, matyti, kad 50 % bendro Prancūzijoje naudojamo fosforo kiekio yra prarandama: apie 20% su nuotekomis, tiek pat fosforo netenkama dėl dirvožemio erozijos ir išplovimo, o 10 % – su maisto atliekomis ir kitomis biologinėmis atliekomis.

Paradoksalu, nors fosforo atsargos (organinėje ir neorganinėje formoje) dirvožemyje labai didelės, prieinamo augalams fosforo yra sąlyginai mažai. Augalams neprieinami fosforo junginiai pereina į prieinamas (tirpias) formas labai lėtai. Pats fosforas, kaip elementas  yra labai reaktyvus todėl neaptinkamas elementinėje formoje ir iš karto sudaro netirpius fosfatus su metalais: rūgštiniame dirvožemyje susijungia su Al3+, Fe2+, Mn2+,  šarminiame dirvožemyje, su Ca2+.

Dėl šių fosforo savybių augalai gali pasisavinti tik 10-20% P iš įvedamų fosforo trąšų.

Tačiau gamtoje sutvarkyta taip, kad dirvožemyje esantys mikroorganizmai, naudodami  organines medžiagas kaip maisto ir energijos šaltinį, 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  ir sorbuotas fosforas tampa prieinamas augalams. Pastarieji yra itin svarbi dirvožemyje vykstančio medžiagų perdirbimo ciklo dalis.

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

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

Siekiant nustatyti atskirų, papildomai į dirvožemį įvedamų mikroorganizmų padermių efektyvumą, didinant fosforo prieinamumą augalams, 2020 metais buvo pradėtas bendradarbiavimas 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 yra dažniausia tręšimo fosforu forma. Kadangi tai yra lėtai įsavinamas elementas, šios trąšos įprastai aplikuojamos rudenį. 

Laboratoriniai tyrimai

Laboratorinių tyrimų metu buvo norėta tiksliai identifikuoti atskirų mikroorganizmų poveikį fosforo atpalaidavimui, todėl jie buvo vykdomi su mono kultūromis, o lauko tyrimams taikytas mikroorganizmų kompleksas – BioNPK Powder S.

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

Tyrimas atliktas su NPK trąšų kompozicija (paveikslėliuose NPK), taip pat gryno fosforo šaltiniu (fosforo miltais – paveikslėliuose FM), ir mono padermėmis (Meg- B. megaterium; Mclg – B. mucilaginosus). 

Buvo įvertinti du pagrindiniai fosforo atpalaidavimo greitį indukuojantys veiksniai – pH lygio pokytis ir laisvojo fosforo pokytis. pH lygio kitimas rodo mikroorganizmų išskirtas rūgštis, kurios skaido netirpius fosforo junginius.  Rezultatai matomi toliau pateikiamoje duomenų analizėje. 

pH priklausomybė nuo laiko

Laboratorinio tyrimo išvados:

  • Abi mikroorganizmų padermės efektyviai vykdė fosforo tirpinimą ir išskyrė didelį kiekį fosforą atpalaiduojančių rūgščių, ypač tirpinant 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 atpalaidavo į laisvai augalui prieinamą formą, mažiau jo užfiksuojant gyvoje biomasėje;
    • Abi mikroorganizmų padermės yra 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, kurio sudėtyje yra abi anksčiau laboratorijoje tirtos padermės, buvo vykdomi dvejus metus Alytaus rajone, Raubonių kaime. 

Analizuojant pirmųjų metų (2020 metų) gautus miežių grūdų derliaus rezultatus, pastebėta, kad naudojant Nando mikrobiologinę technologiją gaunamas 9,34 % dydžio derliaus priedas. Visgi šiaudų masės padidėjimas yra ne toks žymus kaip grūdų, ir siekia tik 2,73 %. Tai parodo, kad didesnis produktyvumas nereiškia didesnio žalios masės auginimo ir nealina dirvožemio resursų.

Antrųjų metų (2021 metų) analogiško tyrimo rezultatas – 6,97% derliaus priedas. Paskutiniai tretieji bandymų metai (2022 m.) parodė bene geriausius rezultatus – 17,24% derliaus padidėjimą.

Pažymėtina, kad šiame tyrime didžiausias dėmesys buvo skiriamas dirvaI ir visų pirma fosforo pokyčiams dirvoje. Nustatyta, kad 2021 pirmais metais atlaisvinto ir augalams prieinamo fosforo kiekis naudojant biologinį preparatą padidėjo net 55,6 %  (lyginant su standartiniu tręšimu), o naudojant biologinį preparatą ir pusę normos mineralinių kompleksinių trąšų buvo gautas toks pats laisvojo fosforo padidėjimas kaip ir naudojant pilną trąšų normą be biologinio preparato. 2022 metais, tęsiant  tyrimą, išryškėjo dar didesnis skirtumas, abu variantai, kuriuose buvo naudojami mikrobiologiniai preparatai išsiskyrė prieinamo fosforo padidėjimu, tuo tarpu kontrolė ir pilnas tręšimas su NPK trąšomis netaikant preparatų parodė ženklų sumažėjimą. 

P

Per dvejų metų pokyčio analizę pastebėta ženkli teigiama preparato įtaka dirvos humusui (+0,15 lyginant su standartine technologija). Taip pat konstatuota, kad tuose variantuose, kuriuose buvo panaudotas biologinis preparatas, galima fiksuoti nežymiai sumažėjusį dirvos pH, o tai patvirtina ankstesnius laboratorinius tyrimus – aktyvią fosforą atpalaiduojančių mikroorganizmų veiklą galima fiksuoti ne tik per laisvojo fosforo kiekį, bet ir rūgštingumą (taip pasatebint mikroorganizmų išskiriamas silpnasias rūgštis).

Mes galime daryti išvadas kad:

  • Iškastinio fosforo resursai sparčiai senka, o su jo tiekimu susijusios geopolitinės įtampos prienamumą 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 yra ribotas. Fosforą atpalaiduojantys mikroorganizmai gali atpalaiduoti dalį fosforo ir padidinti jo prienamumą augalams. 
  • B. megaterium ir B. mucilaginosus efektyviai tirpina fosforo junginius, išskirdamos silpnąsias rūgštis. Proceso metu dalis fosforo tampa laisvuoju, o dalis yra užrakinama mikroorganizmų biomasėje.
  • Nando gaminamo biologinio produkto BioNPK Powder S, savo sudėtyje turinčio fosforą atpalaiduojančius mikroorganizmus taikymas leidžia ne tik padidinti derliaus potencialą, tačiau taip pat sumažinti neigiamą sumažintos tręšimo normos įtaką fosforo prieinamumui. Be to, ilgalaikio naudojimo metu daroma teigiama įtaką dirvos humuso kiekiui.