Chemiczny sposób na suszę – wprowadzenie biotechnologii i nowych technik upraw

Powtarzające się od kilku lat zjawisko suszy i ekstremalne temperatury dobowe skłaniają polskich rolników do korzystania z rozwiązań opracowywanych
pod kątem innych stref klimatycznych.  W ostatnim czasie rekordy popularności biją preparaty opracowane z myślą o rolnikach z krajów arabskich.
Pogłębiające się od lat deficyty wilgoci w glebie sprawiają,  że większość rolników i sadowników nie jest w stanie im zapobiec przy pomocy nawadniania.
W efekcie rolnicy, agrotechnicy i naukowcy zajmujący się biotechnologiami szukają nowych rozwiązań problemów związanych ze zmianami klimatycznymi.

„W sytuacji, gdy nie ma deszczu i mamy do czynienia z obniżaniem poziomu wód gruntowych, struktura gleby nabiera kluczowego znaczenia. Powinniśmy stosować zabiegi konserwujące wodę w glebie, a takie zabiegi, jak tradycyjna orka, dodatkowo ją przesuszają. Dlatego poszukiwanie nowych sposobów na polepszenie struktury gleby i utrzymanie w niej wilgoci jest już koniecznością, której starają się sprostać naukowcy i praktycy w wielu państwach całego świata” –
podkreśla prof. dr hab. inż. Anna Wenda-Piesik z Katedry Agronomii Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy.

Wśród sposobów, dzięki którym rolnicy próbują ratować uprawy przed suszą, prof. Wenda-Piesik wymienia praktykowaną w niektórych częściach USA uprawę pasową zwaną strip till. Dzięki tej metodzie ziemia ma szansę na regenerację i lepszą gospodarkę wodną. Kolejnym sposobem konserwowania wody w glebie jest siew bezpośrednio w ściernisko oraz mulczowanie, dzięki któremu gleba wzbogacana jest w próchnicę i jednocześnie ogranicza się parowanie wody
z gleby. Należy tu również wymienić zastosowanie hydrożelu czy preparaty kwasów humusowych. Badania prowadzone w akredytowanym Centralnym Laboratorium Instytutu Inżynierii Środowiska Uniwersytetu Zielonogórskiego wykazały potencjał preparatu kwasów humusowych do trwałego zwiększenia zawartości węgla organicznego w glebach bardzo lekkich, lekkich i średnich. Preparat pozytywnie wpływa na retencję wody, zwłaszcza w glebach o wysokiej kulturze rolnej. Hydrogel natomiast to produkt w postaci mikrokryształków przeznaczony do magazynowania wody w glebie. Preparat przyczynia się
do lepszego wykorzystania składników pokarmowych, przyspiesza kiełkowanie nasion i wzrost młodych roślin. Wpływa pozytywnie na ukorzenianie się sadzonek i tworzenie rozbudowanego systemu korzeniowego. Korzystnie oddziałuje na wzrost części nadziemnej oraz poprawia kondycję roślin. Produkt jest wydajny
oraz bezpieczny dla środowiska. W podłożu działa 5 lat, a następnie ulega biodegradacji.

Jedną z nowych metod, testowanych pod kątem użycia w państwach Półwyspu Arabskiego jest wprowadzanie do gruntu mikroorganizmów polepszających
jej strukturę i zatrzymujących wodę przy korzeniach – informuje  dr inż. Magdalena Ostapiak z Przedsiębiorstwa Wdrożeń i Zastosowań Biotechnologii
i Inżynierii Genetycznej BIO-GEN

„Susza, wysokie temperatury w okresie zimowym, brak okrywy śnieżnej, przyśpieszona wegetacja roślin uprawnych, to obecnie problemy całego sektora rolniczego. Kraje arabskie, które na co dzień zmagają się z takim klimatem już korzystają z rozwiązań, po które dzisiaj coraz częściej sięgają polscy rolnicy i sadownicy” stwierdza naukowiec.

Polscy naukowcy przebadali część tych preparatów i przygotowali do naszych warunków klimatycznych. Obecnie preparaty te powstają w polskich laboratoriach i znajdują zastosowanie na polskich polach i sadach.
Biotechnolodzy szukają także metod na zmniejszenie szkód powstających w wyniku ekstremalnych zmian temperatur, gdy w ciągu kilkunastu godzin temperatura potrafi wahać się od dwudziestu stopni na plusie do kilku stopni mrozu. Na niewielkich uprawach możemy zastosować agrowłókninę lub inne okrycie, ale na powierzchniach wielohektarowych trzeba szukać innych rozwiązań.

„Tutaj z pomocą przychodzą preparaty mikrobiologiczne z grupy krioprotektantów, które chronią przed okresowymi przymrozkami i niskimi temperaturami.
Ich zadaniem jest łagodne odwodnienie komórek, co zabezpiecza przed mechanicznymi uszkodzeniami m.in. pąków kwiatowych” – tłumaczy dr inż. Magdalena Ostapiak

Do badań nad utrzymaniem wilgoci w glebie i poprawie jej struktury przy użyciu pozostałości z produkcji papieru i mikroorganizmów przygotowują się naukowcy z pomologii Uniwersytetu Opolskiego i firmy Envipro. Jak powiedział prezes spółki Wojciech Musiał- „preparat jest już testowany na polach,
może z jednej strony zmniejszyć problemy rolników zmagających się z ubytkami próchnicy, wilgoci w glebie i jej zakwaszenia, a z drugiej dać odpowiedź na pytania dotyczące zagospodarowania setek tysięcy ton będących obecnie niechcianym produktem ubocznym papierni w całym kraju”.

„Doświadczenia praktyczne wykazały, że stosowanie biohumusów, rewitalizatorów mikrobiologicznych gleby czy biostymulantów roślin pozwalają na szybsze przywrócenie równowagi w agro-ekosystemie, którego częścią jest uprawa roślin na polach czy w sadach. Oczywiście, nie jest to recepta na wszystkie bolączki rolnictwa, ale warto korzystać z nowoczesnych biopreparatów, które mogą przyspieszyć procesy trwające w przyrodzie całymi miesiącami” –
uważa prof. Wenda-Piesik.

Susza w rolnictwie staje się zjawiskiem występującym coraz częściej w wielu regionach Europy i świata, nie oszczędza również krajów Ameryki Północnej. Sytuację może poprawić nowy preparat, który pomaga roślinom zatrzymać wodę. Opabaktyna – drobnocząsteczkowy antagonista receptorów ABA.
Naukowcy z University of California w Riverside opracowali preparat, który pomaga roślinom zatrzymywać wodę w czasie suszy. Jest to przełomowy krok
w uprawie roślin w warunkach zmieniającego się klimatu. O syntetycznym odpowiedniku roślinnego hormonu ABA, który może ocalić plony przed suszą, informuje tygodnik „Science”.

Badania nad związkiem, który umożliwi uprawę roślin w ekstremalnych warunkach pogodowych prowadzone są od wielu lat. Już w roku 2013 zespół Seana Cutlera z University of California w Riverside opracował pionierski związek chroniący przed nadmierną utratą wody. Quinabactin naśladuje działanie naturalnego hormonu roślinnego – kwasu abscysynowego (ABA). ABA wytwarzany jest przez rośliny w odpowiedzi na stres. Jego działanie polega na spowolnieniu wzrostu
i zamykaniu aparatów szparkowych w liściach (co zmniejsza straty wody), a zarazem zwiększa pobieranie wody przez korzenie oraz pobudza produkcję białek zapobiegających odwodnieniu. W rezultacie roślina nie więdnie.
Niestety ABA jest związkiem zbyt kosztownym i mało stabilnym, aby opryskiwać nim rośliny na szeroką skalę. Quinabactin wydawał się być dobrym substytutem naturalnego hormonu, okazało się jednak, że nie jest zbyt skuteczny w przypadku najpowszechniej uprawianej pszenicy.

Gdy ABA wiąże się z receptorem w komórce roślinnej, tworzy dwa mocne wiązania, natomiast Quinabactin – tylko jedno wiązanie. S. Cutler
wraz ze współpracownikami z University of California w Riverside oraz Medical College of Wisconsin zbadał miliony cząsteczek podobnych do kwasu abscysynowego, szukając takich, które tworzyłyby dwa wiązania. W końcu udało się znaleźć właściwy związek – Opabactin, który ma działanie 10 razy silniejsze niż ABA. Poza tym cechuje go bardzo szybkie działanie – w ciągu kilku godzin.

Nowoczesne technologie wg Polskiego Instytutu Ekonomicznego mogą okazać się pomocne w przeciwdziałaniu skutkom suszy dzięki wykorzystaniu teledetekcji satelitarnej. Rolnictwo jest dziedziną gospodarki, która jest coraz bardziej zautomatyzowana. Aby usprawnić uprawę roślin i hodowlę zwierząt gospodarstwa rolne coraz częściej stosują rozwiązania oparte m.in. na internecie rzeczy, teledetekcji czy sztucznej inteligencji.

Jak wyjaśnili eksperci PIE analiza występowania suszy jest możliwa, dzięki zdjęciom satelitarnym wykonywanym w paśmie bliskiej i średniej podczerwieni,
czyli teledetekcji. „Dokładna analiza odbicia światła od roślin lub gleby pozwala na ocenę stopnia ich wysuszenia, bez konieczności dodatkowej analizy gleby” – czytamy w „Tygodniku Gospodarczym” Polskiego Instytutu Ekonomicznego. Eksperci przypomnieli, że w 2019 r. Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa przeprowadził pilotaż teledetekcji satelitarnej w celu wypracowania metodologii oceny zniszczeń w uprawach rolnych spowodowanych m.in. przez suszę. Równolegle Państwowy Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa (IUNR) pracuje nad wdrożeniem teledetekcji do systemu monitoringu suszy rolnej,
a Agencja Modernizacji i Restrukturyzacji Rolnictwa zamierza wdrożyć teledetekcyjny system wyceny szkód spowodowanych przez suszę.

Analitycy Polskiego Instytutu Ekonomicznego zwrócili uwagę, że zastąpienie poprzedniej procedury szacowaniem strat przez sztuczną inteligencję opartą
na teledetekcji satelitarnej pozwala na uproszczenie procedur oraz bardziej obiektywną miarę zniszczeń w skali całego kraju.

Szersze wykorzystanie technologii satelitarnych jest, zdaniem analityków, konieczne do tego, by zwiększyć efektywność produkcji rolnej w Polsce. Rzecznik Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego Grzegorz Walijewski stwierdził, że jeżeli będzie coraz mniej wody w rzekach, problemy mogą mieć elektrownie i przemysł. Hydrolog przypomniał, że występują cztery rodzaje suszy: meteorologiczna, glebowa (zwana również rolniczą), hydrologiczna (dotycząca wód powierzchniowych – m.in. rzeki, jeziora) i hydrogeologiczna (wody podziemne). „We wszystkich tych czterech kategoriach niedobór wody jest poważny i można powiedzieć, że występuje susza, lecz z różną intensywnością” – podkreślił przedstawiciel IMGW-PIB.

Oprócz wody w formie opadów, która w oczywisty sposób determinuje występowanie suszy, rzecznik wskazał także na wiatr czy temperaturę, wpływającą
na parowanie wody z gleby. Poziom wody w rzekach oraz jej przepływy mają istotne znaczenie dla energetyki i przemysłu. Tradycyjne elektrownie potrzebują bieżącej wody do chłodzenia generatorów. Odpowiednia ilości wody jest również niezbędna do produkcji prądu dla hydroelektrowni. Prognozy klimatologów
z IMGW-PIB na najbliższą przyszłość są umiarkowanie  optymistyczne.

Autor: Izabela Świgoń, ZODR w Barzkowicach