Επεμβάσεις για αύξηση της αξιοποίησης αζώτου από την καλλιέργεια

Η αποτελεσματική αξιοποίηση του αζώτου (N) από τα φυτά είναι χαρακτηριστικό ζωτικής σημασίας για την αύξηση της απόδοσης, της ποιότητας, της διατροφικής, περιβαλλοντικής και οικονομικής ασφάλεια του ανθρώπου, καθώς η έλλειψή του (τροφοπενία) έχει αναδειχθεί ως ο πιο σημαντικός ανασταλτικός παράγοντας για την ανάπτυξη και παραγωγικότητα των φυτών. Μελέτες δείχνουν ότι οι συνολικές προστιθέμενες ποσότητες Ν στις καλλιέργειες ανέρχονται παγκοσμίως σε 169 εκατομμύρια τόνους, με 46% αυτών να εφαρμόζεται ως ανόργανα λιπάσματα. Ακόμα και σε περιπτώσεις υπερλίπανσης με Ν, τα φυτά καλύπτουν 50-80% των αναγκών τους σε Ν με πρόσληψη του θρεπτικού από τα εδαφικά αποθέματα, ενώ βασική αιτία έλλειψής του είναι οι απώλειες λόγω έκπλυσης, επιφανειακής απορροής, εξαέρωσης και απονιτροποίησης του Ν. Στις αρδευόμενες εκμεταλλεύσεις, και κυρίως στα αμμώδη εδάφη, οι απώλειες Ν είναι μεγαλύτερες και συμβαίνουν εξαιτίας απονιτροποίησης και έκπλυσής του, που κυμαίνεται σε ποσοστά 25-50% των συνολικών εφαρμοζόμενων ποσοτήτων αζωτούχων λιπασμάτων στην εκμετάλλευση.

Παγκοσμίως η αποτελεσματικότητα δέσμευσης του Ν για την παραγωγή δημητριακών (ρύζι, σιτάρι, σόργο, κριθάρι, καλαμπόκι, βρώμη και σίκαλη ανέρχεται μόλις στο 33%, με το υπολειπόμενο, μη αξιοποιήσιμο Ν (67%) να είναι υπεύθυνο για ετήσιες οικονομικές απώλειες  της τάξεως των 16 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Πέραν της επάρκειας του διαθέσιμου αζώτου και την ικανότητα του φυτού να το προσλαμβάνει από το έδαφος, ιδιαίτερα σημαντική είναι και η αποτελεσματικότητα χρήσης του θρεπτικού από τα φυτά (Nitrogen use efficiency, NUE) που ορίζεται ως η απόδοση που παράγεται ανά μονάδα προστιθέμενου Ν από το φυτό για να παράγει βλάστηση και σπόρους.

Παρά την γενετική βάση των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών του φυτού, υπάρχει πληθώρα περιβαλλοντικών παραγόντων που μπορούν να επηρεάσουν την έκφρασή τους και τους οποίους μπορεί επιτυχημένα να ελέγξει επαρκώς ο καλλιεργητής μέσω της υιοθέτησης ενός κατάλληλου συστήματος διαχείρισης. Πιο συγκεκριμένα, ο παραγωγός μπορεί να παρέμβει στο επίπεδο της βιολογίας του φυτού (επιλογή-δημιουργία κατάλληλου είδους και ποικιλίας), καθώς και να ελέγξει, εν μέρει, το περιβάλλον ανάπτυξης της καλλιέργειάς του, επιλέγοντας κατάλληλους και εστιασμένους τρόπους εφαρμογής των αναγκαίων εισροών.

• Χρήση λιπασμάτων ελεγχόμενης απελευθέρωσης με παρεμποδιστές νιτροποίησης και ουρεάσης

Μια πρώτη λύση, με θετικά αντίκτυπο στην απόδοση, φαίνεται να δίνουν τα λιπάσματα βραδέως-ελεγχόμενης απελευθέρωσης και αυτά εμπλουτισμένα με παρεμποδιστές ουρεάσης (τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα) και νιτροποίησης. Σε αυτό το πρίσμα, δύο ερευνητικές ομάδες του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών «έβαλαν κάτω από το μικροσκόπιο» την πρακτική των παρεμποδιστών, με την πρώτη να πραγματοποιεί μια εκτενή έρευνα και να συλλέγει στοιχεία που αφορούν την επίδραση αυτών σε δείκτες αζώτου, όπως η ικανότητα απορρόφησης, χρήσης και μεταφοράς του στοιχείου καθώς και το αντίκτυπο στην απόδοση, σε σύγκριση πάντα με συμβατικά λιπάσματα, ενώ η δεύτερη μελέτησε πειραματικά την διαφορά συμβατικών και με παρεμποδιστές λιπασμάτων στην φυσιολογία και τον πληθυσμό γαιοσκωλήκων (που θεωρούνται βιοδείκτες υγείας με ευεργετικές επιδράσεις στο εδαφικό οικοσύστημα). Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, οι θετικότερες επιδράσεις στην επιβίωση και δραστηριότητα του γαιοσκώληκα Octodrilus complanatus σημειώθηκαν στις επεμβάσεις της ουρίας με την προσθήκη παρεμποδιστή ουρεάσης καθώς και σε αυτή με την προσθήκη του διπλού παρεμποδιστή (ουρεάσης και νιτροποίησης). Αντίθετα η προσθήκη σκέτης ουρίας στο έδαφος είχε τις δυσμενέστερες επιδράσεις στα άτομα των γαιοσκωλήκων.  

Σε γενικές γραμμές η θετική επίδραση των παρεμποδιστών διαφοροποιείται ανάλογα τον τύπο του παρεμποδιστή, την εφαρμοζόμενη ποσότητα, την χρονική στιγμή λίπανσης και την καλλιέργεια. Μελέτες από την Κίνα και την Βραζιλία στην τομάτα και την πατάτα βρήκαν ότι με την χρήση παρεμποδιστών ντροποίησης η παραγωγή μπορεί να αυξηθεί έως και 21% και 13,89% αντίστοιχα, σε σχέση με την απόδοση που έλαβαν κατόπιν χρήσης συμβατικών αζωτούχων  λιπασμάτων. Σε θετικά, αλλά πιο μετριοπαθή αποτελέσματα αναφέρθηκαν στο καλαμπόκι, με τη χρήση λιπασμάτων με παρεμποδιστές ουρεάσης (NBPT, με ουρία: 96 kg N στο εκτάριο) δίνοντας με διαφορά τα καλύτερα αποτελέσματα σε ένα από τα πειράματα, αυξάνοντας την παραγωγή κατά 49%, ενώ σε άλλα η απόδοση παρουσίασε βελτίωση της τάξεως του 3%-9,6%.  Αντίστοιχα, τα αγρονομικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά του σίτου παρουσίασαν σημαντικά θετικά αποτελέσματα κάτω από την εφαρμογή του αναστολέα ουρεάσης NBPT, ενώ ο αναστολέας νιτροποίησης DMPP σε θειικό αμμώνιο μπόρεσε να καλύψει επιτυχώς τις ανάγκες των όψιμων γονοτύπων σιταριού καθυστερώντας τη διαδικασία νιτροποίησης για περισσότερο από 6 εβδομάδες. Τέλος, θετικά αποτελέσματα στην απόδοση είχε η χρήση διπλού παρεμποδιστή τόσο στο σιτάρι όσο και στο ρύζι.  Αύξηση της τάξεως του 4-12% παρατηρήθηκε και στο βαμβάκι με την χρήση παρεμποδιστών ουρεάσης.

• Χρόνος, τρόπος, πηγή και ποσότητα

Η χρησιμοποιούμενη πηγή Ν και η μέθοδος εφαρμογής του είναι δύο παράγοντες με υψηλή επίδραση στην ικανότητα του φυτού να προσλαμβάνει το θρεπτικό στοιχείο. Όταν το άζωτο εφαρμόζεται κατά την σπορά θα πρέπει να είναι σε αμμωνιακή μορφή (NH4⁺), ενώ στις επιφανειακές λιπάνσεις το προστιθέμενο άζωτο συνιστάται να είναι σε νιτρική μορφή (ΝΟ3^-) που επιτρέπει την ταχύτερη αφομοίωσή του από τα φυτά. Η τοποθέτηση του αζωτούχου λιπάσματος (ουρίας) επί των γραμμών σποράς (ή μεταφύτευσης), και η ενσωμάτωσή του στο έδαφος (και όχι η απλή εφαρμογή του πάνω από την επιφάνεια του εδάφους) συμβάλλουν σημαντικά στην βελτίωση της διαθεσιμότητας και δέσμευση (+20–40%) του Ν από φυτά και κατ’ επέκταση της NUE.

Επιπροσθέτως, έρευνες (και πρακτική εμπειρία) δείχνουν ότι η αποτελεσματικότητα της αξιοποίησης του αζώτου  (και η μετάφρασή των μονάδων πρόσληψης σε παραγωγή) ήταν αισθητά μεγαλύτερη στις περιπτώσεις που η προσθήκη του αζωτούχο λιπάσματος γινόταν σε δόσεις (με επιφανειακές λιπάνσεις) και όχι ολοκληρωτικά πριν την σπορά (με την βασική λίπανση). Με αυτό τον τρόπο το φυτό έχει τις απαιτούμενες ποσότητες ανά στάδιο ανάπτυξης (με μέγιστες ανάγκες να σημειώνονται κατά την άνθιση και το γέμισμα του σπόρου), ενώ παράλληλα αποφεύγονται απώλειες λόγω ξεπλύματος και φυτοτοξικότητες. 

Πέρα από την ικανότητα πρόσληψης του θρεπτικού από το έδαφος, ο παραγωγός μπορεί να κάνει κάποιες διορθωτικές κινήσεις για να βελτιώσει και την ικανότητα αξιοποίησης του Ν από το φυτό. Πειραματικά στοιχεία έχουν αναδείξει την σημαντικότητα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των θρεπτικών στοιχείων με την ανεπάρκεια μαγγανίου, χαλκού, μολυβδαινίου και κυρίως ψευδαργύρου να μειώνουν ακόμα και κατά 50% τον μεταβολισμό (και κατ’ επέκταση την χρήση) του αζώτου από το φυτό

• Έλεγχος της οξύτητας των εδαφών

Έχει βρεθεί ότι όξινα εδάφη μειώνουν  απορρόφηση και αποτελεσματικότητα αξιοποίησης του Ν από τα φυτά. Ως αποτέλεσμα, επεμβάσεις που θα συμβάλλουν στην αύξηση του pH του εδάφους (να γίνει δηλαδή βασικότερο), μπορούν εμμέσως να αυξήσουν την πρόσληψη και αποτελεσματική χρήση του στοιχείου.

• Άρδευση και εδαφική υγρασία

Έλλειψη νερού κατά την περίοδο ανάπτυξης μιας καλλιέργειας μπορεί να περιορίσει την «κινητικότητα» του Ν στο έδαφος και να μειώσει την πρόσληψη και αξιοποίησή του από το φυτό. Από την άλλη πλευρά,  υπερβολική άρδευση (ιδίως στα αμμώδη εδάφη) θα επιτείνει το πρόβλημα της έκπλυσης των θρεπτικών στοιχείων. Μεταξύ των συστημάτων άρδευσης (κατάκλυση, αυλάκια, καταιονισμός και στάγδην) η χρήση στάγδην άρδευσης συμβάλει στην πιο εστιασμένη εφαρμογή του νερού, βελτιώνει την ικανότητα πρόσληψης του Ν (ενώ παράλληλα το διατηρεί στα ανώτερα εδαφικά στρώματα κοντά στην ριζόσφαιρα του φυτού), μειώνει τις απώλειες λόγω έκπλυσης και μπορεί να συνδυάσει την εφαρμογή και των δύο εισροών ταυτόχρονα (υδρολίπανση=fertigation).

• Αμειψισπορά, χλωρή λίπανση και ενσωμάτωση υπολειμμάτων προηγούμενης καλλιέργειας

Η εναλλαγή των καλλιεργειών (με όσπρια), είναι μια τεχνική που εφαρμόζεται αιώνες τώρα και έχει αποδείξει την πολύπλευρη ευεργετική της επίδραση. Σύσταση και εφαρμογή ενός κατάλληλου προγράμματος αμειψισπορά βελτιώνει την υγεία και σύσταση του εδάφους και μπορεί να προσφέρει μέγιστα οφέλη στην κύρια καλλιέργεια αυξάνοντας σημαντικά την ικανότητά της να αξιοποιεί το διαθέσιμο εδαφικό άζωτο, ενώ παράλληλα μειώνει τις ποσότητες αζώτου που θα πρέπει να συμπληρώσει με χημικά λιπάσματα ο παραγωγός.  

• Χρήση ειδών και ποικιλιών με υψηλή ικανότητα αξιοποίησης του Ν

Υπάρχει πληθώρα καταγραφών που αναφέρει διακύμανση της ικανότητας αξιοποίησης του Ν μεταξύ των καλλιεργούμενων ειδών αλλά και μεταξύ των διαφορετικών γονοτύπων του ίδιου είδους. Καθώς τα συστήματα ακριβούς εφαρμογής των εισροών συνεχώς αναβαθμίζονται (smart farming, νέες τεχνολογίες και λιπάσματα), οι ερευνητές «βουτούν» στο DNA των φυτών αναζητώντας την γενετική βάση (γονίδια) του συγκεκριμένου χαρακτηριστικού. Χαρτογραφώντας το γονιδίωμα όλο και περισσότερων ειδών, οι γενετιστές αναπτύσσουν μοριακούς δείκτες γύρω από τις περιοχές που φαίνεται να επηρεάζουν άμεσα και έμμεσα την ικανότητα του φυτού να αξιοποιεί το άζωτο από το περιβάλλον ανάπτυξής τους. Παρά τα νέα στοιχεία που έρχονται συνεχώς στο φως και σχετίζονται με την γενετική βάση αυτού του τόσο σημαντικού χαρακτηριστικού, είναι ξεκάθαρο ότι δεν υπάρχει μόνο ένα ή δύο υπεύθυνα γονίδια, αλλά πληθώρα περιοχών που αλληλοεπιδρούν και δρουν προσθετικά-ποσοτικά (QTLs= quantitative trait loci). Ως αποτέλεσμα, περιπλέκεται η δημιουργία νέων ποικιλιών που θα φέρουν την πλειοψηφία αυτών των περιοχών. 

Ως απόρροια των παραπάνω στοιχείων γίνεται εμφανές ότι η βελτίωση της ικανότητας της καλλιέργειας να απορροφά και να αξιοποιεί το Ν δεν βασίζεται μονάχα σε ένα απλό σύστημα. Παρά την πολυπλοκότητά του, ο παραγωγός έχει πολλούς τρόπους και μέσα να παρέμβει, ενώ αυξάνοντας και συνδυάζοντας τις στρατηγικές-τεχνικές αυτές μπορεί να βελτιώσει αισθητά την παραγωγή του, να μειώσει τις προστιθέμενες και αποορρυπτόμενες στο περιβάλλον ποσότητες αζωτούχων λιπασμάτων και τέλος να καταλήξει με ένα πιο βιώσιμο και αποτελεσματικό σύστημα καλλιέργειας.