Иновации в микробните торове за устойчиво земеделие и намаляване на парниковите емисии

Микробни торове – иновация за устойчиво земеделие

Торовете са от ключово значение за световното производство на храна, но тяхното производство изисква огромни количества енергия и води до значителни емисии на парникови газове. Все пак, нови иновации в биотехнологиите ни дават надежда, че микробите могат да помогнат за решаването на тези проблеми.

Ролята на микроорганизмите за подобряване на храненето на растенията

Последните научни изследвания все по-ясно показват, че въвеждането на полезни микроорганизми в почвата около корените на растенията може значително да подпомогне тяхното хранене, особено чрез осигуряване на необходимия азот. Това е ключов елемент за растежа на растенията, който може да намали нуждата от химически торове – сектор, който към момента допринася за около 2% от глобалните емисии на парникови газове.

Ползата за фермерите би била двойна:

• не само разходите за химически торове биха намалели,
• но и това би помогнало на земеделците да се справят с непрекъснато нарастващите цени на енергията и торовете, особено в контекста на геополитическите кризи като конфликта в Иран.

Биологични торове и предизвикателствата при тяхното разработване

Човечеството отдавна използва биологични торове като тор и компост, а през последните десетилетия компании разработват микробни торове, включително и такива с генетична модификация. Въпреки това, създаването на микроби, които не само надеждно фиксират азот, но и се развиват добре в почвата, остава сериозно предизвикателство.

Пример с компанията Switch Bioworks

Стартиращата компания Switch Bioworks предлага новаторски подход, който позволява на микробите първо да изградят стабилни и здрави колонии, а едва след това да преминат към активното производство на азот.

„Трябва да преосмислим тора“, заявява основателят и главен изпълнителен директор на компанията, Тим Шнаибъл.

Макар въздухът да съдържа около 80% азот, растенията не могат директно да усвоят тази форма, тъй като този азот е газообразен и химически инертен. Вместо това те се нуждаят от „фиксиран“ азот – по-активни съединения като амоняк, които се образуват при азотфиксиращи микроорганизми или чрез индустриалния процес на Хабер-Бош, използващ природен газ.

Биологичните торове целят да заместят част от синтетичните торове с микроби, които могат естествено да фиксират азот. Обаче, производството и отделянето на амоняк е енергийно интензивно за микробите, и те често предпочитат да запазят азота за собственото си развитие, което ограничава ефективността им като торове.

Тим Шнаибъл обяснява, че е важно първо микробите да се размножат и да колонизират корените на растенията, тъй като е сложно и скъпо те да се поставят директно в големи количества върху растенията. След като стабилна микробна популация бъде установена, тогава може да се активира производството на азот.

Ключът в подхода на Switch Bioworks е „генетичният превключвател“ – секция от ДНК, която контролира кога и как отделните гени се включват или изключват. Тази система позволява микробите да реагират на нивото на азот в почвата и едва когато то спадне до определена граница, те започват да произвеждат амоняк. По този начин микробите се развиват нормално, след което започват да тороват културите, без да си вредят взаимно.

Полеви изпитания и резултати

За да докаже своята технология, Switch Bioworks провежда полеви изпитания в шест американски щата и е фокусирана най-вече върху царевица – най-разпространената култура в САЩ. Въпреки че е още рано да се дадат окончателни изводи за ефективността на продукта, вече има видими резултати:

• растенията, третирани с техните микробни торове, изглеждат по-здрави спрямо контролната група.

Други компании и перспективи за развитие

Подобни усилия се правят и от други компании. Pivot Bio е един от пионерите в областта, като от основаването си през 2011 г. продуктите им са използвани на милиони акри. Те имат предлагани микробни торове, които могат да се нанасят както директно върху семената, така и предварително.

Компанията разширява портфолиото си от покривани култури – освен царевица, вече включват памук, пшеница и други дребни зърнени растения като сорго и ечемик.

Според техните технически експерти производството на достатъчно жизнеспособни и устойчиви микробни колонии, които да работят ефективно в различни почвени и климатични условия, остава предизвикателство, но потенциалът за промяна на сектор, в който торът и семената са едни от най-големите разходи, е огромен.

В момент, когато цените на торта растат, а цените на продуктите падат, биологичните торове могат да станат ключово решение.

Ограничения и бъдещи перспективи

Все пак, експертите предупреждават, че има определен лимит относно колко голяма част от синтетичните торове могат да бъдат заменени с микроби. Според симулациите на Switch, максимумът вероятно е около 50%, но първоначалните им продукти ще могат да заместят около 25% от торовете, които се използват в момента. Pivot Bio също отчита възможността за заместване на около една четвърт от обичайните торове.

Това означава, че синтетичният тор ще остане важна част от земеделието за дълго време.

„В близкото бъдеще няма ясна и реалистична визия за пълно изместване на химическите торове“, казва Дън Блаустаин-Рейто от института Breakthrough.

Затова други стратегии за намаляване на емисиите и замърсяването с азот от селското стопанство остават много важни.

Заключение

Микробните торове представляват обещаваща иновация, която може значително да намали екологичния отпечатък на селското стопанство, да снижи разходите за земеделските стопани и да намали зависимостта от енергоемки и замърсяващи процеси. Въпреки че технологията все още е в начален стадий на развитие и изисква допълнителни полеви изпитвания, перспективите са изключително обнадеждаващи и могат да доведат до промени в начина, по който се отглежда храната по света.