Niezwykle skuteczne i obiecujące metody wspomagania upraw rolnych to efekt wieloletnich prac badawczych z zakresu biotechnologii dla rolnictwa prowadzone przez zespół Magdaleny Popowskiej, prof. Uniwersytetu Warszawskiego. W niedalekiej przyszłości mogą one być wdrażane na masową skalę, co zrewolucjonizuje stosowane od wielu lat praktyki w hodowli roślin uprawnych.

Zespół badawczy wyselekcjonował różnego rodzaju szczepy występujących w glebach bakterii, które w procesie rozwoju roślin pełnią określone funkcje wspomagające. Bakterie te mają m.in. kluczowe znaczenie dla zachowania równowagi.

Co dają naturalne szczepy bakterii?

Zdaniem odkrywców z UW, odpowiednio dobrane mieszanki pożytecznych bakterii pozwalają w skali roku zredukować nawożenie pól aż do 40%. Zastosowanie bakterii pozwala znacząco ograniczyć opryski grzybobójcze stosowane po herbicydach. Zidentyfikowane szczepy są też zdolne szybko degradować zalegające w glebie toksyczne substancje zawarte w środkach chwastobójczych (herbicydach) – przede wszystkim glifosat. Pożyteczne bakterie również skutecznie eliminują z gleby fitopatogeny – czyli bakterie niszczące uprawy. Jeszcze inne szczepy są zdolne oczyszczać glebę z metali ciężkich i związków ropopochodnych.

Zespół Magdaleny Popowskiej skatalogował i przetestował wszystkie odkrycia w tym zakresie, co w krótkiej perspektywie pozwoli opracować gotowe szczepy i preparaty do zastosowania zarówno na otwartych polach uprawnych, jak również w szklarniach.

- Wprowadzenie naszych metod do produkcji masowej może zrewolucjonizować stosowane od wielu lat metody uprawy roślin, które są kosztowne, niszczą ziemie uprawne i mają negatywny wpływ na jakość plonów i żywności – wyjaśnia Magdalena Popowska, Dyrektor Instytutu Mikrobiologii UW.

Dzięki pożytecznym bakteriom wprowadzanym bezpośrednio do gleby dwukrotnie w ciągu roku, przed zasiewem i po żniwach (zbiorach), może się dokonać istna rewolucja.

- Dziś dysponujemy nie tylko wyodrębnionymi szczepami bakterii, ale mamy już opracowane gotowe ich kombinacje wraz z wyskalowaniem dozowania. Jesteśmy w stanie uzyskać różne pożądane rezultaty, na przykład w ciągu kilkunastu dni możemy zdegradować zalegający w glebie powszechnie stosowany glifosat. Innym efektem jest wyeliminowanie bakterii atakujących rośliny uprawne. Rozwijają się one intensywnie po zastosowaniu herbicydu. Stosując preparaty bakteryjne przywracamy również właściwe parametry mikroflory, odbudowując niszczoną przez dekady ziemię uprawną. Wszystkie te efekty potwierdziliśmy już badaniami i eksperymentami – dodaje Magdalena Popowska.

Poszczególne preparaty bakteryjne wymagają atestów. Obecnie trwają procedury związane z ich uzyskaniem. Nad procesem komercjalizacji czuwa powołana spółka uniwersytecka (spin-off) – Bactrem oraz Uniwersytecki Ośrodek Transferu Technologii. Do wykonania pozostają jeszcze w najbliższym sezonie wegetacyjnym ostateczne testy na gruntach otwartych, po czym będzie można dopuścić gotowe produkty dla wszystkich zainteresowanych producentów płodów rolnych.

Wynalazki także w przyszłym roku zostaną objęte ochroną patentową. Bactrem przyjął strategię udostępnienia różnego rodzaju preparatów, szczepów i rozwiązań, tak aby móc dopasować wynalazki do specyficznych potrzeb rolników, różnych typów upraw i cykli produkcyjnych. Przed nami ostatnie formalności domykające proces wprowadzenia na rynek gotowych rozwiązań. Są one niezbędne do udostępnienia producentom rolnym poszczególnych preparatów ukierunkowanych na różne problemy związane z hodowlą roślin i jakością gleby. Już dziś jednak po dotychczasowych eksperymentach jestem pewna, że wszystkie testy na gruntach otwartych i w szklarniach zakończą się sukcesem – mówi Magdalena Popowska.

Co dokładnie oznaczać będzie rewolucja oparta na bakteriach glebowych?

1.   Wyeliminowanie z upraw toksycznych związków pochodzących z herbicydów

Po zastosowaniu herbicydu, rolnicy będą mogli na początku okresu wegetacji dozować do skażonej gleby bakterie, które w ciągu 2 tygodni zdegradują toksyczne substancje chwastobójcze. Dzięki temu toksyczne związki nie przedostaną się do roślin uprawnych. Jeden z preparatów skutecznie degraduje kontrowersyjny składnik związków chwastobójczych – herbicydów, który jest powszechnie stosowany w rolnictwie – glifosat. Jest on degradowany do związków łatwo przyswajalnych: wody, etanolu i fosforanów.

2.   Przywrócenie prawidłowej mikroflory w zdegradowanej i jałowej glebie

Na skutek kontaktu herbicydu z glebą, praktycznie zamiera w niej życie. W naturalnej glebie na każdy jej gram przypada ok. 1010 bakterii. Po zastosowaniu herbicydu w gramie gleby pozostaje ok. 103 bakterii. Chcąc lepiej zobrazować to zjawisko, można powiedzieć, że to tak, jakby całą ziemską populację ludzi ograniczyć do jednego niewielkiego miasta. W wyjałowionej herbicydem glebie nie ma mikroflory odpowiedzialnej za żyzność i produktywność biologiczną gleby, czyli niezbędnej do prawidłowego wzrostu roślin. Dodanie odpowiednich szczepów bakterii do porażonej gleby, przywraca naturalną mikroflorę – w ciągu jednego sezonu na gram gleby przypada nawet 1011 pożytecznych bakterii, które stymulują wzrost roślin. Uprawy wzrastają na glebie zdrowszej, wykazującej naturalną harmonię mikroflory.

3.  Oszczędności na opryskach bakteriocydami i środkach grzybobójczych

Po zastosowaniu herbicydu w porażonej glebie chętnie rozwijają się grzyby chorobotwórcze oraz bakterie działające niekorzystnie na rośliny. Dodanie do takiej gleby pożytecznych bakterii całkowicie eliminuje te negatywne czynniki. W rezultacie rolnicy nie muszą dodatkowo opryskiwać pól środkami grzybobójczymi i bakteriocynami – czyli środkami niszczącymi wszystkie bakterie, co jeszcze drastyczniej degraduje i wyjaławia pole uprawne.

4.  Znaczne oszczędności na nawozach mineralnych

Zespół Magdaleny Popowskiej wykazał, że zastosowanie szczepów bakteryjnych pozwala zmniejszyć ilość stosowanych nawozów mineralnych o ok. 20 do 40% – zależnie od kategorii gleby, uprawy i warunków atmosferycznych. Nawozy mineralne stanowią ważny składnik kosztu w produkcji rolnej (ok. 20 – 25% ogółu kosztów). W Polsce rokrocznie rolnicy zużywają ok. 2 mln ton nawozów. Zastosowanie bakterii pozwoliłoby więc wygenerować znaczne oszczędności w tym obszarze.

5.  Zauważany większy wzrost plonów

Eksperymenty wykazały, że plony rosnące na glebie z bogatą mikroflorą stymulowaną szczepami pożytecznych bakterii statystycznie są obfitsze o kilkanaście procent w stosunku do roślin hodowanych na glebach tylko nawożonych mineralnie. Obserwacje te dotyczyły tempa wzrostu rośliny, skali uzyskiwanej biomasy, jak i skali ostatecznego plonu.

Szansa na przerwanie błędnego koła kosztownych, niezdrowych i zgubnych dla środowiska upraw

Współczesne metody upraw roślin wymagają stosowania oprysków herbicydami, pestycydami, środkami grzybobójczymi i eliminującymi bakterie. Błędne koło zaczyna się od herbicydów – środków chwastobójczych, które w pierwszej fazie wegetacji przygotowują grunt pod uprawy. Herbicydy mają katastrofalne skutki dla gleby – drastycznie ją wyjaławiają, całkowicie destabilizując mikroflorę. To sprzyja rozwojowi grzybów i bakterii, które niszczą rośliny oraz pozostałe pożyteczne bakterie i mikroorganizmy potrzebne do prawidłowego rozwoju plonów. Zniszczona herbicydem gleba wymaga więc zastosowania środków grzybobójczych, a następnie intensywnego nawożenia, co znacznie zwiększa ogólne koszty produkcji.

Herbicydy to substancje groźne dla człowieka. Po spożyciu skażonych płodów rolnych herbicyd przenika do krwiobiegu, co zwiększa ryzyko wystąpienia nowotworów, obniża płodność i zaburza ogólną równowagę hormonalną. Dlatego ważne jest wdrażanie metod szybkiej neutralizacji szkodliwych substancji, zanim przedostaną się one do roślin konsumowanych przez ludzi.

Według danych GUS, w Polsce w ciągu roku rolnicy rozpryskują ponad 40 tys. ton herbicydów. W tej masie jest ponad 12 tys. ton szkodliwych substancji czynnych. Sprzedaż herbicydów systematycznie rośnie – w ciągu 5 lat o ponad 20%, co oznacza, że do żywności przenika coraz więcej trujących substancji z oprysków. Wartość rynku nawozów w Polsce ogółem to blisko 10 mld złotych.

Dobrą wiadomością jest fakt, że z roku na rok poprawia się świadomość konsumentów. Szczególnie w krajach rozwiniętych ludzie chcą jeść zdrową i bezpieczną żywność. Poświęcają coraz więcej energii i środków, by w taką żywność się zaopatrzyć. Jednocześnie społeczeństwom coraz bardziej zależy, by konsumpcja i produkcja rolna nie miały negatywnego wpływu na środowisko.

dr hab. Magdalena Popowska, prof. UW