کودهای میکروبی محصولاتی هستند که به دلیل فعالیت‌های حیات میکروبی، اثرات کود خاصی را بر روی محصولات تولید می‌کنند.
کودهای میکروبی از مفیدترین کودها هستند چنان‌که شیمیدانان امیدوارند با جایگزینی برخی از کودهای شیمیایی با منبع پایدارتر یعنی باکتری‌ها، به کاهش ردپای کربن کمک کنند.
به گزارش فوربس، مبتکران با مواد بیولوژیکی وارد بازار شده‌اند تا به گیاهان کمک کنند تا نیتروژن، فسفر و پتاسیم مورد نیاز خود را ایجاد و جذب کنند.
سلول‌های میکروبی زنده یا نهفته که خاک را با مواد مغذی غنی می‌کنند و شرایط مطلوبی را برای جذب عناصر غذایی و عملکرد گیاه در ریشه فراهم می‌کنند، بخشی از حرکت به سمت مواد بیولوژیکی هستند.
برخلاف کودهای سنتی که NPK را به گیاهان و خاک می‌رسانند، برای ایجاد روابط همزیستی در ریزوسفر (ناحیه رشد ریشه) یا درون گیاه به میکروبهای زنده متکی هستند.
این کودها با باکتری‌هایی که دارند می توانند گاز نیتروژن را به آمونیاک تبدیل کنند، نه تنها می‌توانند مواد مغذی مورد نیاز گیاهان را تامین کنند بلکه به بازسازی خاک و محافظت از گیاهان در برابر آفات نیز کمک می‌کنند.
با این حال، این باکتری‌ها به گرما و رطوبت حساس هستند و افزایش تولید آنها و ارسال آنها به مزارع دشوار است.
برای غلبه بر این مانع، مهندسان شیمی، یک پوشش فلزی آلی ابداع کرده‌اند که از سلول‌های باکتریایی در برابر آسیب محافظت می‌کند بدون اینکه مانع رشد یا عملکرد آنها شود.
در یک مطالعه جدید، آنها دریافتند که این باکتری‌های پوشش داده شده، سرعت جوانه‌زنی انواع دانه‌ها را بهبود می‌بخشد.
محافظت از میکروب‌ها
کودهای شیمیایی با استفاده از یک فرآیند پر انرژی به نام Haber-Bosch تولید می‌شوند که از فشارهای بسیار بالا برای ترکیب نیتروژن هوا با هیدروژن برای تولید آمونیاک استفاده می‌کند.
علاوه بر ردپای کربن قابل توجه این فرآیند، یکی دیگر از اشکالات کودهای شیمیایی این است که استفاده طولانی مدت در نهایت باعث کاهش مواد مغذی در خاک می‌شود. برای کمک به احیای خاک، برخی از کشاورزان به کشاورزی احیا کننده روی آورده‌اند که از استراتژی‌های مختلفی از جمله تناوب زراعی و کمپوست برای سالم نگه داشتن خاک استفاده می‌کند.
باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن که گاز نیتروژن را به آمونیاک تبدیل می‌کنند، می‌توانند در این رویکرد کمک کنند.
برخی از کشاورزان شروع به استفاده از کودهای میکروبی کرده‌اند که آنها را در تخمیرهای بزرگ قبل از استفاده در خاک پرورش می‌دهند، با این حال، این برای بسیاری از کشاورزان مقرون به صرفه است.
حمل این باکتری‌ها به مناطق روستایی به دلیل آسیب‌پذیر بودن در معرض گرما در حال حاضر گزینه مناسبی نیست.
فورست برای محافظت از میکروب‌ها در برابر گرما و خشک شدن در انجماد، تصمیم گرفت تا پوششی به نام شبکه فلزی-فنول (MPN) را اعمال کند که قبلاً برای محصور کردن میکروب‌ها برای مصارف دیگر مانند محافظت از باکتری‌های درمانی تحویل داده شده به دستگاه گوارش ایجاد کرده بود.
این پوشش‌ها حاوی دو جزء فلز و یک ترکیب آلی به نام پلی فنول هستند که می‌توانند خود به خود در یک پوسته محافظ جمع شوند.
فلزات مورد استفاده برای پوشش‌ها از جمله آهن، منگنز، آلومینیوم و روی به عنوان افزودنی‌های غذایی ایمن در نظر گرفته می‌شوند.
همچنین پلی‌فنول‌ها که اغلب در گیاهان یافت می‌شوند شامل مولکول‌هایی مانند تانن‌ها و سایر آنتی‌اکسیدان‌ها هستند.
بر اساس مطالعه‌ای، پژوهشگران دریافتند که تمام پوشش‌ها از باکتری‌ها در برابر دمای 50 درجه سانتیگراد (122 درجه فارنهایت) و همچنین رطوبت نسبی تا 48 درصد محافظت می‌کنند.
این پوشش‌ها همچنین میکروب‌ها را در طول فرآیند خشک کردن انجمادی، زنده نگه می‌داشتند.
از این رو محققان با استفاده از میکروبهای پوشیده شده با موثرترین MPN ترکیبی از منگنز و پلی فنل به نام اپی گالوکاتچین گالات (EGCG) توانایی خود را برای کمک به جوانه زدن بذرها در یک ظرف آزمایشگاهی آزمایش کردند.
آنها میکروبهای پوشش داده شده را قبل از قرار دادن در ظرف تا دمای 50 درجه سانتیگراد گرم کردند و آنها را با میکروبهای بدون پوشش تازه و میکروبهای بدون پوشش خشک شده در انجماد مقایسه کردند.
محققان دریافتند که میکروبهای پوشش داده شده، سرعت جوانه‌زنی بذرها را تا 150 درصد در مقایسه با بذور تیمار شده با میکروبهای تازه و بدون پوشش بهبود می‌بخشد.
پیش بینی می‌شود که اندازه بازار کودهای میکروبی تا سال 2030 به چند میلیون دلار برسد
از معایب کودهای سنتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کود استفاده نشده برای کشاورز ناکارآمد بوده و پیامدهای منفی زیست محیطی دارد؛ شستشو در آب می‌تواند باعث آلودگی محیطی (اتروفیکاسیون، تخریب خاک و اسیدی شدن) به علاوه تخلیه مواد آلی خاک، فشرده شدن خاک و فرسایش شود.
- استفاده بیش از حد از کودهای سنتی می‌تواند منجر به کاهش میکروارگانیسم‌های مفید شود، همچنین، استفاده از کود سنتی NPK یک چرخه معیوب ایجاد می‌کند: هر ساله کود بیشتری برای به حداکثر رساندن محصول و خنثی کردن اثرات کاهشی کود بر سلامت خاک مورد نیاز است.
کودهای میکروبی یک جایگزین هستند اما دارای معایبی نیز هستند. آنها ساخته شده از سلول‌های زنده یا نهفته میکروارگانیسم‌هایند که ماندگاری محدودی دارند و باید در شرایط مناسب نگهداری شوند تا بقای خود را حفظ کنند.
علاوه بر این، نسخه‌های اولیه کودهای زیستی حاوی میکروبهای ناکافی بودند و اغلب در طول تولید توسط میکروبهای نامطلوب دیگر آلوده می‌شدند که منجر به ناسازگاری عملکرد می‌شد.
باقی مانده مواد شیمیایی قبلی در مخازن حجیم و اپلیکاتورها نیز می‌تواند میکروب‌ها را از بین ببرد البته لازم به ذکر است که کودهای زیستی جدید، پایداری میکروبی، چسبندگی و ظرفیت پراکندگی بهتری دارند.
در نهایت، استفاده از کودهای زیستی به تخصص خاصی در مورد میکروب‌ها و سلامت خاک نیاز دارد چراکه آنها به دما، سطوح رطوبت و سطوح pH خاک حساس هستند و همین مانعی برای کشاورزان کمتر پیشرفته است.
معرفی چند تولیدکننده کود میکروبی
Indigo Ag : یک کود زیستی با استفاده از میکروبهای تثبیت کننده نیتروژن که به عنوان پوشش بذر اعمال می‌شود و با فرمولاسیون مخصوص محصول برای ذرت، سویا، محصولات پوششی، پنبه و گندم توسعه داده است.
آنها در حال توسعه یک پایگاه داده از اطلاعات میکروب ژنومی هستند تا پیش‌بینی کنند کدام میکروب برای سلامت محصول مفیدتر است.
Pivot Bio : یک کود زیستی تثبیت کننده نیتروژن موفق برای ذرت، گندم و سورگوم را داراست.
Kula Bio : یک محصول جدید است که از هاروارد خارج شده است. پلتفرم آنها با استفاده از یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل داده‌ها، سویه‌های میکروبی را انتخاب و بهینه می‌کند تا گونه‌های میکروبی خاص را برای محصولات و محیط‌های خاص شناسایی کند.
BioConsortia : ابزارهای ژنومی و محاسباتی پیشرفته‌ای را برای شناسایی کاندیداهای میکروبی و سپس تنظیم این ترکیبات در آزمایشات میدانی ایجاد کرده است.
میکروبهای تثبیت کننده نیتروژن آنها بر روی گندم، برنج، ذرت، سویا، گوجه فرنگی، فلفل، توت فرنگی و انگور آزمایش شده است.
