Skip to content

BIONAWOZY – Aplikacja

Powrót na stronę główną

 „Opracowanie prototypu aplikacji informatycznej służącej skatalogowaniu, upowszechnianiu i promocji preparatów o charakterze bionawozów możliwych do zastosowania w uprawach roślin ogrodniczych” (Umowa MRiRW nr DHR.ns.070.1.2022.).

Prof. dr hab. Lidia Sas-Paszt
Kierownik Zakładu Mikrobiologii i Ryzosfery
Instytut Ogrodnictwa – Państwowy Instytut Badawczy w Skierniewicach

Bionawozy to preparaty na bazie surowców pochodzenia organicznego, zawierające: aminokwasy, cukry, witaminy, fitohormony, enzymy oraz makro- i mikro-elementy, a często także mikroorganizmy i/lub ich metabolity korzystnie wpływające na wzrost i plonowanie roślin.

W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie produkcją i konsumpcją żywności ekologicznej, co jest wyrazem wzrostu świadomości konsumentów w kontekście ochrony środowiska naturalnego i zdrowia człowieka. Badania nad opracowaniem przyjaznych dla środowiska metod uprawy roślin rolniczych i ogrodniczych o podwyższonej odporności na stresy pochodzenia biotycznego i abiotycznego, optymalizację metod nawadniania i nawożenia, wykorzystanie płodozmianu w celu ograniczenia występowania patogenów glebowych, ściółkowanie gleb oraz stosowanie nawozów pochodzenia naturalnego z aplikacją pożytecznych mikroorganizmów glebowych dla zwiększenia wzrostu i odporności roślin na choroby i szkodniki oraz polepszenia żyzności gleb uprawnych.

            Jednym z bardzo ważnych celów współczesnego rolnictwa, zwłaszcza ekologicznego, jest utrzymanie gleb w wysokiej kulturze, między innymi przez dobór odpowiednich metod nawożenia. W integrowanej i konwencjonalnej produkcji roślin powszechnie stosuje się mineralne nawozy azotowe. W sadach ekologicznych dla poprawy dostępności azotu dla roślin konieczne jest zastosowanie nawozów oraz innych środków pochodzenia naturalnego poprawiających właściwości gleby. Bionawozy czy stymulatory wzrostu i rozwoju roślin nazywane biostymulatorami są skuteczną alternatywą dla nawożenia mineralnego. Są to preparaty pochodzenia naturalnego (roślinnego lub zwierzęcego), bezpieczne dla ludzi i środowiska. Produkowane są na bazie materii organicznej, ekstraktów roślinnych i pożytecznych mikroorganizmów (bakterie, grzyby mikroskopowe i grzyby mykoryzowe).

            Na rynku europejskim dostępne są nawozy organiczne i środki poprawiające właściwości gleby produkowane na bazie, produktów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz kompostów. W skład tych biopreparatów wchodzą pożyteczne mikroorganizmy glebowe wyizolowane z innych niż występujące w Polsce warunków klimatyczno-glebowych. Ich zastosowanie do zwalczania chorób i szkodników w naszych warunkach jest  często z mało skuteczne. Obecnie w Polsce liczba oferowanych nawozów pochodzenia naturalnego wzbogaconych pożytecznymi mikroorganizmami jest niewielka. Jednakże, zainteresowanie rynku bioproduktami dynamicznie wzrasta, co stwarza potrzebę wdrożenia do praktyki rolniczej nowych produktów mikrobiologicznych.

            W Zakładzie Mikrobiologii i Ryzosfery Instytutu Ogrodnictwa – Państwowym Instytucie Badawczym w Skierniewicach opracowano i wdrożono do praktyki ogrodniczej i rolniczej mikrobiologiczne technologie uprawy roślin ogrodniczych i rolniczych oraz poprawy jakości gleb. Zaproponowane innowacyjne technologie są przełomowe w kraju i w skali międzynarodowej. Nowe technologie obejmują opracowanie naturalnych produktów wzbogaconych mikrobiologicznie, takich jak bionawozy i ulepszacze glebowe, komposty oraz metod ich stosowania w zróżnicowanych warunkach uprawy polowej i/lub szklarniowej różnych gatunków roślin ogrodniczych i rolniczych. Dotychczas opracowane technologie znajdują zastosowanie przede wszystkim na glebach zakwaszonych, o dużej intensywności upraw roślin ogrodniczych, gdzie brak jest możliwości przeprowadzenia powszechnie zalecanego zmianowania, w sytuacji wystąpienia choroby replantacyjnej, a także na glebach przygotowywanych pod nowe uprawy.

W Instytucie Ogrodnictwa – PIB powstał pierwszy w Polsce i największy w Europie bank symbiotycznych mikroorganizmów: grzybów mykoryzowych, grzybów strzępkowych, drożdży oraz pożytecznych bakterii glebowych, wyizolowanych z ryzosfery roślin ogrodniczych, rosnących w różnych warunkach glebowo-klimatycznych Polski. Wykazano dużą skuteczność pożytecznych mikroorganizmów zgromadzonych w zasobach SYMBIO BANK-u w stymulacji wzrostu wegetatywnego i plonowania roślin truskawki, jabłoni, wiśni, ogórka i pomidora oraz innych gatunków roślin ogrodniczych. Niektóre szczepy bakterii wykazują działanie ochronne przeciwko fitopatogenom, t.j. Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum i Verticillum dahliae. Najbardziej efektywne szczepy tych mikroorganizmów są komponentami nowo opracowanych preparatów biologicznych: biostymulatorów, bionawozów, kompostów i inokulów bakteryjno-mykoryzowych. Wykazano jednocześnie negatywny wpływ stosowania chemicznych środków produkcji roślin, w tym syntetycznych nawozów NPK, na występowanie i aktywność pożytecznych mikroorganizmów glebowych w ryzosferze roślin uprawnych.

SYMBIO-BANK to także źródło, z którego zakłady produkujące bionawozy pozyskują pożyteczne mikroorganizmy, rozmnażają je i inkorporują do, biostymulatorów, polepszaczy glebowych i podłoży organicznych. Skuteczność innowacyjnych bionawozów już od kilku lat sprawdzana jest w IO–PIB w Skierniewicach na roślinach sadowniczych i warzywnych. Uzyskane wyniki  zachęcają do ich stosowania w praktyce. Dotychczasowa współpraca Zakładu Mikrobiologii i Ryzosfery Instytutu Ogrodnictwa-PIB z producentami nawozów zaowocowała rejestracją i wprowadzeniem do produkcji ogrodniczej następujących bionawozów:

  • Florovit Agro – wapno nawozowe granulowane PMG z kwasami humusowymi i pożytecznymi mikroorganizmami;
  • bioaktywne podłoża do uprawy warzyw Profi 3 i Profi 4 z mikroorganizmami z rodzaju Trichoderma;
  • nawóz BioPlus Forte na bazie drożdży i mikroorganizmów;
  • BacterBase – biopreparat zawierający szczepy bakterii Bacillus velezensis i B. amyloliquefaciens do stosowania w warzywnictwie i sadownictwie;
  • nawóz organiczno-mineralny SLAFER firmy TAYLOR, który jest źródłem składników pokarmowych (makro i mikroelementów) oraz substancji organicznej wpływającej pozytywnie na rozwój roślin i przyczyniającej się do poprawy właściwości fizycznych gleby;
  • polepszacz glebowy firmy Taylor, produkowany na bazie łupków karbońskich, zawierający wyselekcjonowane szczepy bakterii z rodzaju Bacillus i grzybów z rodzaju Trichoderma.

Zalety bionawozów i biopreparatów  

Nawozy, stymulatory i komposty wzbogacone mikrobiologicznie są bezpieczną, skuteczną i ekonomicznie opłacalną metodą nawożenia roślin. Komponentami bionawozów i biostymulatorów są unikalne szczepy mikroorganizmów, zawierające minimum 108 jtk/g, umożliwiające ich połączenie z substratami pochodzenia naturalnego. Wysoka skuteczność bionawozów i biopreparatów wynika z ich stabilnego składu organicznego i mikrobiologicznego, dostosowanego do specyfiki warunków glebowo-klimatycznych Polski. Produkty te są sukcesywnie wdrażane na polskim rynku do upraw roślin ogrodniczych i rolniczych. Przewagą bionawozów jest brak fitotoksyczności dla roślin oraz brak zagrożenia dla środowiska po ich zastosowaniu. Użycie tych bionawozów wiąże się z poprawą jakości plonów i ich walorów prozdrowotnych.

Opracowane bionawozy wyróżniają się:

• unikalną recepturą składu – zawierają węgiel brunatny, osady i odpady z przetwórstwa owoców i warzyw, torf oraz pożyteczne mikroorganizmy, co sprawia, że są wysoce skuteczne w stymulacji wzrostu i plonowania roślin;

• występowaniem autochtonicznych szczepów pożytecznych mikroorganizmów, wyizolowanych z rizosfery roślin, rosnących w warunkach glebowo-klimatycznych Polski;

• zwiększoną aktywnością biologiczną, ze względu na zawartość konsorcjów pożytecznych mikroorganizmów;

• korzystnym oddziaływaniem na wzrost i plonowanie roślin, przez wzmacnianie ich odporności na biotyczne i abiotyczne stresy środowiskowe, poprawę stanu odżywienia roślin w składniki mineralne.

Innowacyjność nowoopracowanych bionawozów opiera się w dużym stopniu na pozyskaniu ze środowiska glebowego pożytecznych mikroorganizmów, wchodzących w skład inokulów mikrobiologicznych. Dokładna identyfikacja wyselekcjonowanych szczepów bakterii i grzybów wchodzących w skład bionawozów jest  niezbędna, co wynika z konieczności podania składu jakościowego bionawozów podczas ich komercjalizacji i wdrażania do praktyki. Ponadto zastosowanie do identyfikacji analizy sekwencji DNA nie tylko szczepów mikroorganizmów wchodzących w skład inokulów, ale także wszystkich izolatów pozyskanych z gleby umożliwia eliminację mikroorganizmów patogenicznych dla roślin. 

Szczepy bakterii identyfikowane są w pierwszej kolejności na podstawie sekwencji genu rybosomalnego 16S rRNA, natomiast grzyby – w oparciu o sekwencje regionu ITS genu rybosomalnego. Poznanie sekwencji tych genów często nie jest jednak wystarczające do precyzyjnej identyfikacji mikroorganizmów. Z tego powodu konieczna jest analiza sekwencji innych genów tzw. ‘housekeeping genes’, czyli genów metabolizmu podstawowego (). Do najczęściej sekwencjonowanych genów bakterii np. Bacillus należą rpoB, gyrA, gyrB, tuf, purH, recA i in. natomiast w przypadku grzybów są to np. geny:. tef1, rpb2, chi 18-5 i in. Precyzyjna identyfikacja wymaga uzyskania sekwencji ok. 5-7 genów przy sekwencjonowaniu nici DNA z dwóch końców ‘forward’ i’ rewers’, przy czym należy uwzględnić konieczność powtórzenia reakcji sekwencjonowania.

Procedura identyfikacji molekularnej mikroorganizmów prowadzona w Zakładzie Mikrobiologii i Ryzosfery IO-PIB obejmuje następujące etapy: ekstrakcja DNA z kolonii bakteryjnych lub grzybowych, amplifikacja DNA w reakcji PCR ze starterami specyficznymi do poszczególnych genów, analiza sekwencji DNA, identyfikacja rodzajów/gatunków mikroorganizmów na podstawie porównania uzyskanych sekwencji z bazą danych zawartych w banku genów NCBI (National Center for Biotechnology Information) (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PAGE_TYPE=BlastSearch) oraz analizę filogenetyczną uzyskanych sekwencji DNA. W tej procedurze istnieje konieczność sekwencjonowania DNA w sposób komercyjny. Takie rozwiązanie jest ekonomicznie opłacalne i nie wymaga zakupu kosztownej aparatury jaką jest sekwenator. Z tych powodów koszty identyfikacji molekularnej szczepów mikroorganizmów wymagają uwzględnienia kosztów sekwencjonowania.

Izolacja szczepów bakterii glebowych będzie prowadzona na pożywkach mikrobiologicznych metodą posiewów kolejnych rozcieńczeń. Wyizolowane szczepy bakterii i grzybów będą hodowane na pożywkach mikrobiologicznych o odpowiednim składzie w celu scharakteryzowania ich właściwości, takich jak udostępnianie fosforu i żelaza roślinom, degradacja chityny koloidalnej, wytwarzanie auksyny – kwasu indolilooctowego, właściwości antagonistyczne przeciwko glebowym patogenom roślin powodującym zamieranie systemu korzeniowego, takim jak Verticillium, Phytophthora, Rosellinia. W ramach realizacji projektu będą także opracowane płynne pożywki mikrobiologiczne o składzie optymalnym do namnażania wyselekcjonowanych mikroorganizmów. Nowe mikroorganizmy, pozyskane z ryzosfery roślin uprawnych, po ich scharakteryzowaniu i zidentyfikowaniu są komponentami nowo opracowanych inokulów mikrobiologicznych, których skład zapewnia działanie biostymulujące i ochronne w uprawie roślin ogrodniczych i rolniczych.    

Na polskim rynku nawozów i produktów nawozowych wzbogaconych mikrobiologicznie dominują różnego rodzaju nawozy wapniowe i wapna nawozowe.

  • Florovit AGRO – wapno nawozowe granulowane PMG
  • Florovit Mikroflora (3w1) – wapno granulowane z kwasami humusowymi i pożytecznymi mikroorganizmami

Ich wprowadzenie na rynek związane jest z realizacją projektu „DEMONSTRATOR” prowadzonego we współpracy z Zakładem Mikrobiologii i Ryzosfery IO-PIB. Po pojawieniu się produktów firmy INCO, także inne firmy zaczęły wprowadzać na rynek podobne produkty.

Jakie alternatywy dla nawozów mineralnych pojawiają się na rynku światowym i europejskim

W związku z procesami zachodzącymi obecnie na globalnych rynkach, w szczególności związanych ze wzrostem cen nawozów mineralnych dąży się do optymalizacji ich wykorzystania oraz wdrożenia alternatywnych technologii nawożenia. Przyszłość nawożenia będzie opierać się na stosowaniu nawozów wolnodziałających i o kontrolowanym uwalnianiu składników pokarmowych, nawozów zawierających aminokwasy i inne związki biologicznie czynne. Ponadto będzie rosło znaczenie nawozów organicznych sprzyjających gromadzeniu materii organicznej i zatrzymujących wodę w glebie. Obserwuje się powrót do stosowania nawozów organicznych, ale w zasadzie tylko tam, gdzie jeszcze są one dostępne – ponieważ zaniechanie produkcji zwierzęcej w niektórych regionach doprowadziło do zaburzenia podaży tego typu nawozów. Jednocześnie widać duże zainteresowanie nawozami organicznymi otrzymywanymi z surowców ubocznych powstających w wyniku działalności innych dziedzin gospodarki czy otrzymywanych z surowców pozyskiwanych ze środowiska naturalnego. W szczególności dotyczy to nawozowego wykorzystania surowych lub przetworzonych produktów ubocznych z przetwórstwa rolno-spożywczego, produktów ubocznych z biogazowni czy nawet wykorzystania produktów powstających z procesów oczyszczania ścieków komunalnych. W tym ostatnim przypadku są to nie tylko kompostowane lub w inny sposób uzdatniane osady ściekowe ale m.in. struwit otrzymywany w procesach wytrącania jonów fosforanowych i amonowych z oczyszczanych ścieków. Produkt ten jest wolnodziałającym źródłem jonów fosforowych, uwalnianych wyłącznie pod wpływem kwasów organicznych produkowanych przez korzenie roślin czy w wyniku działalności mikroorganizmów glebowych.

Obecnie dominującą grupę nawozów uzyskiwanych z produktów ubocznych stanowią komposty. Ma to związek z tym, że kompostowanie jest relatywnie najprostszym do realizacji procesem, nie wymagającym dużych nakładów inwestycyjnych.

Jednakże w przypadku wielu produktów odpadowych stosowane są inne techniki przetwarzania. Np. odpady z produkcji zwierzęcej są surowcem do produkcji preparatów aminokwasowych, które są doskonałym źródłem powoli działającego azotu. Dotyczy to zarówno nawozów stałych jak i płynnych. Ponadto niektóre produkty płynne mogą indukować w roślinach procesy metaboliczne zwiększające ich odporność na warunki stresowe.

Hydroliza i ekstrakcja stosowane są również w przypadku nawozów organicznych otrzymywanych z wodorostów morskich lub roślin. Produkty tego typu są już powszechnie dostępne na rynku.

Oddzielną grupą produktów, o których należy wspomnieć są kwasy humusowe i produkty na ich bazie. Są one stosowane do uzupełniania strat glebowej materii organicznej, do których dochodzi szczególnie pod wpływem stosowania azotowych nawozów mineralnych. Dostępne są one na rynku zarówno w formie stałej jak i płynnej.

Jednocześnie opracowywane są technologie oparte na rolnictwie precyzyjnym, dzięki którym można aplikować produkty adekwatnie do pokarmowych potrzeb roślin. Te technologie aplikacji mogą znaleźć zastosowanie przede wszystkim w aplikacji płynnych nawozów organicznych za pomocą sterowanych przez sztuczną inteligencję dronów latających lub jeżdżących po powierzchni gleby. W przypadku tych drugich rozwijane są też techniki aplikacji nawozów w formulacjach stałych (granulaty czy proszki).

Rosnące zapotrzebowanie na żywność, związane z rosnącą populacją stawia przed rolnictwem nowe wyzwania. Jednakże wymagają one starannego podejścia do tematu bezpieczeństwa żywnościowego i zarządzania istniejącymi zasobami glebowymi. Rośnie świadomość negatywnego wpływu sztucznych nawozów mineralnych zarówno na środowisko, jak i na zdrowie człowieka. Ludzie coraz częściej wybierają żywność ekologiczną i są również gotowi zapłacić za nią nieco więcej pod względem ceny. A to jest jednym z czynników napędzających popyt na nawozy organiczne.

Jednakże postulowane przez radykalne środowiska proekologiczne zupełne odejście od stosowania sztucznych środków produkcji i całkowite przejście na rolnictwo ekologiczne jest niemożliwe, ponieważ nie zapewni ono wystarczającej ilości żywności koniecznej do wyżywienia globalnej populacji. Między innymi wiązałoby się to ze spadkiem plonów najważniejszych roślin uprawnych, w związku z czym wymagałoby zajęcia pod rolnictwo nowych terenów. Niestety powierzchnia gruntów nadających się do uprawy stopniowo spada nie tylko na skutek procesów degradacji gleb uprawnych, ale także na skutek zajmowania gruntów dla potrzeb urbanizacji, industrializacji i transportu.

Dlatego perspektywiczne jest zrównoważone stosowanie wszystkich rodzajów nawozów: mineralnych i organicznych. Nawozy mineralne są niezbędne jako źródło łatwo dostępnych składników mineralnych, tak ważnych w kluczowych fazach rozwoju roślin, szczególnie szybko rosnących roślin jednorocznych lub dwuletnich (zarówno warzyw jak i zbóż, roślin oleistych czy okopowych). Jednocześnie stosowanie nawozów charakteryzujących się dużą zawartością materii organicznej pozwoli na utrzymanie zawartości materii organicznej oraz aktywności mikrobiologicznej gleb na optymalnym poziomie. Nawozy naturalne i organiczne są też źródłem składników mineralnych powoli uwalnianych z materii gleby w procesie mikrobiologicznej degradacji. Ponadto, są one źródłem mikroelementów, których zawartość w glebie maleje, szczególnie tam gdzie zaniechano stosowania obornika i innych nawozów organicznych.

Na rosnące znaczenie rynku nawozów organicznych wskazują prognozy marketingowe. Wg Vantage Market Research przychody z rynku nawozów organicznych w 2021 wyniosły 59,1 mld USD. Jednak prognoza wskazuje na ich wzrost do poziomu 88,1 mld USD w roku 2028, utrzymując średni, coroczny wzrost na poziomie 6,9% w okresie od 2022 do 2028 roku. Wartość globalnego rynku nawozów organicznych w 2021 r. wyniosła 9,95 mld USD, a do 2028 r. ma ona przekroczyć 22,13 mld USD, wykazując coroczny przyrost na poziomie 12.1% prognozowany w okresie 2022-2028.

W raporcie podkreślono także perspektywy rozwoju produkcji owoców i warzyw, co spowoduje wzrost zainteresowania nawozami organicznymi w produkcji ogrodniczej.

W raporcie podkreślono wzrost znaczenia suchych formulacji nawozów organicznych. Sucha forma nawozów ma właściwości korzystne z użytkowego punktu widzenia, takie jak łatwość stosowania i transportu, dłuższy okres przechowywania, co zwiększa opłacalność ich stosowania. Ponadto, suche formy nawozów organicznych można łatwo łączyć ze sztucznymi nawozami mineralnymi tworząc np. granulowane formulacje typu „blend”, łatwe do przechowywania i aplikacji za pomocą tradycyjnych maszyn rolniczych do rozsiewania nawozów. Ponadto nawozy w formie stałej łatwo można wzbogacać  pożytecznymi mikroorganizmami. Dostępnym na rynku produktem tego typu jest opracowane we współpracy z Instytutem Ogrodnictwa-PIB wapno nawozowe wzbogacone o kwasy humusowe i pożyteczne mikroorganizmy.

Segment nawozów płynnych również prawdopodobnie będzie miał znaczący udział, ponieważ zapewniają one roślinom szybszy dostęp do składników pokarmowych. Ponadto łatwo można je aplikować za pomocą powszechnie stosowanych w uprawie roślin opryskiwaczy polowych czy sadowniczych. Inną popularną formą aplikacji płynnych nawozów organicznych jest fertygacja, która zyskuje coraz większe znaczenie w uprawach ogrodniczych, zarówno w produkcji sadowniczej czy roślin ozdobnych, ale także w produkcji warzyw, szczególnie pod osłonami. Jednak, produkcja takich nawozów wymaga większych nakładów na badania i rozwój, dla zapewnienia stabilności produktów, szczególnie formulacji zwierających żywe mikroorganizmy.

Podsumowanie

W praktyce ogrodniczej i rolniczej można zauważyć tendencję zwiększonego zainteresowania naturalnymi metodami produkcji, w tym mikrobiologicznymi technologiami nawożenia i ochrony roślin uprawnych. Istnieje ku temu wiele powodów, wśród których wymienić można: obawy konsumentów o pozostałości szkodliwych substancji w owocach i innych płodach rolnych, obecne trendy w ustawodawstwie i zmniejszanie ilości dopuszczonych do użytku pestycydów, pojawienie się nowych i odpornych ras szkodników i fitopatogenów oraz niszczenie pożytecznej fauny, w tym owadów zapylających, a także wzrost świadomości o wpływie konsumpcji owoców na zdrowie.

W ramach popularyzacji bionawozów zachęca się rolników do ich stosowania. Są one skuteczną i ekonomicznie opłacalną alternatywą w stosunku do standardowego nawożenia mineralnego. Jednocześnie wskazuje się na celowość optymalizacji wykorzystania nawozów chemicznych lub ich całkowite lub częściowe zastąpienie bionawozami. Zwiększenie efektywności pobierania i przyswajania składników odżywczych z bionawozów przez zastosowanie pożytecznych mikroorganizmów przyczyni się do poprawy wielkości i jakości plonów oraz ograniczenia stosowania nawozów mineralnych i innych chemicznych środków produkcji roślin. W związku z tym na większą skalę, niż dotychczas, warto stosować nawozy organiczne i mineralne wzbogacone mikrobiologicznie stymulujące wzrost i plonowanie roślin ogrodniczych. Innowacyjne bionawozy wzbogacone mikrobiologicznie są wdrażane do praktyki ogrodniczej i rolniczej w celu poprawy wzrostu i plonowania roślin uprawnych oraz żyzności gleby.

Udostępnij na: