Rýže + nanotechnologie = konec hladu ve světě a zdravější životní prostředí

Tradiční pěstování rýže v Laosu.
Autor: Basile Morin, CC BY-SA 4.0

Skrytá hrozba pěstování rýže? Nadbytečný dusík

Po celá desetiletí se zemědělství při pěstování rýže opíralo o syntetická dusíkatá hnojiva. Problém je ale v tom, že rýže při pěstování dokáže využít pouze asi 30–35 % dodaného dusíku, což vědci nazývají účinnost využití dusíku.

Zbytek, ohromných 65 až 70 % hnojiva, se stává obrovskou ekologickou zátěží. Rýže přitom zodpovídá za 15–20 % globální spotřeby syntetického dusíku, což činí její neefektivitu zásadním problémem.

Nevyužitý dusík ničí vodu i klima

Když se dusík stane nadbytečným, odehrávají se tiché, ale ničivé procesy. Většina nevyužitého dusíku se ve formě nitrátů vyplavuje do řek, jezer a nakonec i do moří. Tam dusík působí jako turbo-palivo pro vodní řasy, které se při eutrofizaci nekontrolovatelně množí.

Když později tyto řasy odumírají, tak jejich rozklad spotřebuje z vody ohromné množství kyslíku. Výsledkem jsou obávané „mrtvé zóny“ s nedostatkem kyslíku, kde nemůže přežít většina mořských živočichů.

Ještě závažnější je dopad na klima. V půdě se aktivují mikroby, které přeměňují dusík a uvolňují jej do atmosféry ve formě oxidu dusného (N₂​O). N₂O je přitom extrémně silný skleníkový plyn (je přibližně 300krát účinnější při zadržování tepla než oxid uhličitý) a v atmosféře zůstává déle než sto let. Kromě toho se uvolňuje amoniak, který také přispívá ke znečištění ovzduší.

Neefektivní pěstování rýže díky tomu zásadně přispívá k prohlubování klimatické krize. Nicméně jíst se musí a rýže je pro obyvatele Země nenahraditelná.

Vědci z University of Massachusetts a Čínské univerzity přišli na to, že řešením není jen hnojit chytřeji, ale spíše dát rostlině nástroje k tomu, aby pracovala chytřeji sama. Tím nástrojem je elementární selen aplikovaný ve formě nanočástic (Nano-Se).

Jak nano-selen koordinuje systém kořenů a listů

Klíčem k úspěchu při snižování spotřeby dusíku je aplikování nanočástic selenu – tedy elementárního selenu zmenšeného na velikost v řádu miliardtin metru – přímo na listy a stonky rýže (tzv. foliární aplikace). Nanášení přitom nemusí být nijak složité, jde k tomu využít i letecký postřik pomocí dronu. Tato metoda zajišťuje, že selen pronikne do rostlinné tkáně s mnohem vyšší účinností, než kdyby byl neefektivně aplikován do půdy.

Nano-selen nepůsobí jen jako hnojivo, ale spíše jako signální molekula, která optimalizuje vnitřní procesy rýže. Jakmile selen pronikne do listů, působí jako silný katalyzátor a zvyšuje rychlost fotosyntézy o více než 40 %!

Tato přebytečná energie putuje do kořenového systému, kde zajišťuje robustní růst kořenů. Silnější kořeny uvolňují do svého bezprostředního okolí, do rhizosféry, více organických látek. Tyto látky slouží jako potrava pro prospěšné půdní mikroby, které pak začnou aktivněji spolupracovat s kořeny a pomáhat rostlině efektivněji „vytahovat“ dusík a amoniak, který byl dříve nedostupný.

Tento koordinovaný systém listů a kořenů umožnil zvýšit účinnost využití dusíku z 30 % na působivých 48,3 %.

Trojí zisk nanotechnologie: finanční úspora, čisté klima a lepší výživa v číslech

Výsledky testování v reálných polních podmínkách jsou průlomové, neboť přináší souběžné výhody v ekonomice, ekologii i výživě.

Ekonomicky si farmáři polepší zásadně: díky zvýšené efektivitě mohou snížit potřebu dusíkatých hnojiv a tím zvýšit svůj ekonomický zisk o 38,2 % na tunu rýže. Výsledný produkt se tedy může nabízet levněji a přesto zbyde dost na další rozvoj podnikání.

Z environmentálního hlediska je dopad ještě dramatičtější. Nano-selen vedl ke snížení celkového negativního environmentálního dopadu dusíkatého hnojení o 41 % a emise skleníkových plynů (N₂O a amoniaku) klesly v rozmezí 18,8 až 45,6 %.

A konečně, z pohledu výživy dochází k biofortifikaci: rýžová zrna obsahovala výrazně více selenu (kterého má nedostatek odhadem miliarda lidí), bílkovin a kritických aminokyselin.

Nano-selen tak představuje jeden z nejslibnějších nástrojů, jak skloubit vysoké výnosy s ochranou planety. Jde o skutečnou zelenou transformaci poháněnou neviditelnými silami nanovědy, která řeší trojitou hrozbu rostoucí populace, změny klimatu a rostoucích nákladů na zemědělství.

Zdroj: ScienceDaily.com, Pnas.org