Альтернатива минеральным удобрениям и пестицидам
Лабутова Н. М., к. б. н., старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии
labutova@yahoo.com
Описаны биопрепараты на основе бактерий и низших грибов, образующих симбиоз с корневой системой растений, предназначенные для защиты растений от болезней, улучшения их минерального питания и стимуляции роста.
New biopreparations for plant protection, growth stimulation and improvement of mineral nutrition are described. Preparations are based on bacteria and fungi, that form a symbiosis with plant rootage.
Двадцатое столетие – это век применения минеральных удобрений. Однако на рубеже веков стало ясно, что, широко применяя химические соединения в сельском хозяйстве, человечество роет себе яму планетарного масштаба. Присутствие в продуктах питания нитратов, нитритов, пестицидов, гербицидов и т. д. отрицательно сказывается на здоровье населения планеты и приводит к развитию многих заболеваний, прежде всего – аллергического характера. Накопление в почве химических соединений, применяемых в сельском хозяйстве, обуславливает резкое ухудшение ее плодородия вне зависимости от климатических зон и типов почвы. Образуется замкнутый круг: ухудшение плодородия ведет к снижению урожаев и требует внесения все больших доз минеральных удобрений для обеспечения продуктивности сельскохозяйственных культур. Это приводит к еще большему снижению уровня плодородия, что вынуждает снова увеличивать дозы минеральных удобрений. В результате перед человечеством по-прежнему, стоит проблема обеспечения высокой продуктивности сельскохозяйственных культур и защиты растений от болезней.
Есть ли альтернатива минеральным удобрениям, а также химическим протравителям семян и фунгицидам? Да, есть. Это – биологические препараты.
Действующим началом биопрепаратов являются бактерии и микроскопические грибы, обитающие в почве. Путем длительной селекции из их числа отбирают микроорганизмы, которые хорошо приживаются в ризосфере или на корнях растений и оказывают положительное действие на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Для человека и животных такие микроорганизмы совершенно безопасны, а при внесении в почву могут существенно улучшить ее плодородие.
В течение многих лет крупнейшим разработчиком биопрепаратов является Всероссийский институт сельскохозяйственной микробиологии. Многие препараты, разработанные во ВНИИСХМ, успешно конкурируют на мировом рынке и вызывают большой интерес фирм из Германии, Франции, Щвеции, Китая, Вьетнама, Кореи, Индии, Ирана и др.
Одной из разработок коллектива лаборатории почвенной микологии ВНИИСХМ являются грибные биопрепараты, предназначенные для защиты растений от болезней, улучшения их минерального питания и стимуляции роста.
Биопрепарат Глиокладин был создан для защиты сельскохозяйственных растений от грибных болезней, прежде всего – от разнообразных корневых гнилей. Основой биопрепарата является микроскопический гриб глиокладиум, который при внесении в почву активно развивается между корнями растения. Его защитное действие проявляется за счет выделения антибиотиков и специфических ферментов, которые разрушают структуры грибов, являющихся возбудителями болезней.
Глиокладин отлично показал себя при испытаниях под томаты, огурец, салат, перец сладкий, ячмень, пшеницу, – заболеваемость этих культур снижалась на 20–60%. Биопрепарат оказался незаменим для защиты астры, гвоздики и хризантемы в закрытом грунте, где очень высока гибель растений от корневых гнилей.
Однако это еще не все – при испытаниях Глиокладина исследователей ожидал сюрприз. Оказалось, что биопрепарат обладает мощным стимулирующим действием на развитие растений. Это связано с тем, что микроорганизм, являющийся основой биопрепарата, выделяет вблизи корней большое количество ростовых веществ и витаминов, которые активно улучшают рост растений. Вне зависимости от защитного действия Глиокладина, прибавка урожая сельскохозяйственных культур в результате стимуляции составляет 15–25%.
Самые же удивительные результаты были получены при использовании Глиокладина под подсолнечник: эта культура оказалась наиболее восприимчивой к стимулирующему действию биопрепарата. Прежде всего это сказывается на скорости появления всходов – при обработке Глиокладином дружные всходы формируются на 4–5 дней раньше. Внесение биопрепарата активно стимулирует развитие подсолнечника: в середине вегетации высота растений по сравнению с необработанными обычно увеличивается в полтора раза, а биомасса – вдвое. Глиокладин начинает оказывать защитное действие непосредственно с момента посева, т. к. при нанесении на семена подавляет семенные инфекции, а в дальнейшем, развиваясь в почве, предохраняет и от почвообитающих возбудителей болезней. Стимулирующее и защитное действие Глиокладина обеспечивает прибавку урожая подсолнечника от 30 до 60%. Особо следует подчеркнуть, что Глиокладин пока является единственным препаратом, который эффективно защищает подсолнечник от фомопсиса.
Другой препарат – Микофил – создан на основе почвообитающего эндомикоризного гриба, который проникает в корень и образует с растением симбиоз. Микофил, прежде всего, обеспечивает питание растений фосфором.
Как это происходит? При внесении в почву минеральных фосфорных удобрений растения поглощают только 20–25% вносимого фосфора. Остальной фосфор частично вымывается, а большая его часть переходит в нерастворимую форму, которая недоступна растениям. В итоге складывается парадоксальная ситуация: в почве накапливается фосфор, приводя к загрязнению грунтов и акваторий, и в то же время растения испытывают фосфорное голодание, т. к. неспособны этот фосфор усвоить.
Микроорганизм, входящий в Микофил, обладает уникальным свойством – он способен поглощать фосфор как раз из этих недоступных растению соединений и транспортировать в корень. Таким образом, Микофил обеспечивает поступление в растения фосфора, который накопился в почве за многое годы использования минеральных удобрений и который лежит там мертвым капиталом.
Применение Микофила заменяет внесение 80–150 кг фосфорных удобрений на гектар и гарантирует практически полное усвоение растениями поставляемого фосфора. У микроорганизма, лежащего в основе биопрепарата, есть еще одно полезное свойство – он регулирует водный и солевой обмен растений, с которыми образует симбиоз. В результате у растений существенно увеличивается устойчивость к засухе, а также к тепловому и солевому стрессам, что делает Микофил чрезвычайно привлекательным для использования в засушливых регионах.
Этот биопрепарат можно применять как под овощные, так и под зерновые культуры, исключение составляют только крестоцветные, с которыми эндомикоризный гриб не образует симбиоз. Следует отметить, что способность Микофила снабжать растения микроэлементами и усиливать устойчивость к водным стрессам повышает приживаемость рассады и саженцев на 50–60%. При использовании биопрепарата прибавки урожая колеблются от 15 до 50% в зависимости от культуры. Применение Микофила под сорго стабильно обеспечивает увеличение урожая на 60–100%.
Если Микофил заменяет внесение фосфорных удобрений, то бактериальный препарат Ризоторфин – внесение азотных. Бактерии, входящие в Ризоторфин, поселяясь на корнях бобовых растений, образуют клубеньки. Находящиеся в клубеньках микроорганизмы способны фиксировать азот, который находиться в почве в газообразном состоянии, и поставлять этот элемент питания растениям прямо в корень.
Использование Ризоторфина под бобовые культуры заменяет внесение в почву 80–100 кг минеральных азотных удобрений на гектар. Применять Ризоторфин очень просто – его наносят на семена перед высевом. Для каждой бобовой культуры подобраны специфичные штаммы клубеньковых бактерий, которые наиболее эффективны на данном растении. Существенный момент: Ризоторфин можно использовать вместе с Микофилом. В этом случае сельскохозяйственные культуры получают азот и фосфор за счет работы биопрепаратов из ресурсов почвы, которые недоступны растениям.
Препарат Регрост разработан для стимуляции роста и развития овощных, зерновых и плодовых культур. При микробиологическом разложении Регроста в почве выделяется гормон роста, который ускоряет и стимулирует развитие растений. Применение этого препарата обеспечивает получение зеленных культур на 5–6 дней раньше, что особенно важно при выращивании ранней, а, следовательно, и дорогой продукции. Регрост помогает выжить и нормально развиваться растениям при неблагоприятных погодных условиях, как, например, заморозки по всходам или цветению.
Прибавка урожая при использовании Регроста составляет от 15 до 35% в зависимости от культуры. Наиболее эффективен этот препарат для луковичных: здесь прибавки достигают 80–100%. Благодаря этой особенности Регрост незаменим для выращивания и выгонки тюльпанов, гиацинтов, лилий и других луковичных цветов. Еще одно свойство препарата – способствовать дозреванию плодов. С помощью Регроста можно довести до товарной кондиции томаты, баклажаны, сладкий перец, сливы и т. д., снятые в незрелом состоянии. По действию Регрост сравним с известными препаратами на основе гиббереллинов и гетероауксинов, но значительно дешевле.
Все препараты, о которых шла речь, не накапливаются ни в плодах, ни в зеленой массе растений и гарантируют получение экологически чистого урожая. Более того, применение биопрепаратов обеспечивает повышение качества продукции за счет увеличения содержания в плодах витаминов и сахаров. В сельскохозяйственной продукции не накапливаются нитраты и нитриты, что способствует длительной сохранности собранного урожая.
Самое же главное – использование биопрепаратов не только не вредит почве, а наоборот, повышает ее плодородие. Судите сами: использование Ризоторфина – это способ обогащения почвы азотом, который накапливается в корнях бобовых растений и таким образом остается в почве. Микофил «перекачивает» загрязняющий почву фосфор в растения. Последующая запашка зеленой массы, обогащенной фосфором, обеспечит поступление этого элемента в доступной для микрофлоры и растений форме.
В заключение следует отметить, что гектарная норма внесения биологических препаратов существенно меньше, чем минеральных удобрений, и поэтому использование агробиотехнологий обходиться значительно дешевле. Сколько же стоит здоровье, каждый хорошо знает и сам.
Источник
VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016
БИОЛОГИЧЕСКИЙ АЗОТ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Необходим поиск альтернативных источников питания растений азотом. Единственной альтернативой минеральному азоту является азот биологический. Он полностью входит в органическое вещество растений, не оказывая ни какого отрицательного влияния на экологическую среду.
Велика роль биологического азота в решении проблемы белка. Один из путей ликвидации белкового дефицита – широкое использование бобовых культур, зерно которых содержит до 40-50 % белка и до 20% жира. Белок бобовых включает незаменимые аминокислоты – лизин, метионин, триптофан. По качественному составу он близок к белкам молока, мяса, яиц. В белковом комплексе бобовых растений преобладают альбумины и глобулины, растворимые в воде и водных солевых растворах. Злаковые растения содержат главным образом проламины и глутамины, растворимые в щелочных и спиртовых растворах. Более легкая растворимость белков бобовых означает высокую их усвояемость и переваримость животными. Стоимость белков бобовых в 2-3 раза ниже, чем злаковых белков.
Микробиологическая фиксация атмосферного азота – единственный экологически чистый путь снабжения растений связанным азотом, при котором принципиально невозможно загрязнение почв, водоемов и атмосферы. Кроме того, микробная азотфиксация осуществляется главным образом за счет энергии солнца и позволяет избежать громадных затрат энергетического сырья
Интерес к проблеме микробиологической фиксации атмосферного азота обусловлен не только главной ролью этого процесса в азотном балансе биосферы земли, но и его перспективностью как источника связанного азота для обеспечения быстрорастущих нужд сельского хозяйства и промышленности. Основное внимание уделяется экологическим особенностям азотфиксации, ее значению в азотном питании сельскохозяйственных культур и балансе азота почв. Важным аргументом при этом выступает его полная безвредность для человека и окружающей среды и относительно небольшие затраты энергии на активизацию микроорганизмов, осуществляющих азотфиксацию.
Биологическая фиксация азота – одна из кардинальных проблем современного земледелия и растениеводства. Задача состоит в том, чтобы создать условия для максимальной эффективности биологического азотонакопления. Одновременно возникает необходимость в безупречных научных экспериментах и методах по количественной характеристике биологического азота в азотном балансе.
Библиографический список:
Источник
БИОЛОГИЧЕСКИЙ АЗОТ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Вы здесь
Применение повышенных доз минеральных удобрений, интенсивные способы механической обработки почвы, мелиорация и другие агротехнологии значительно активизируют микробиологические процессы минерализации свежего органического вещества и гумуса, сопровождающихся уменьшением его запасов в почвах. Вследствие деградации гумуса почвы постепенно утрачивают агрономически ценные свойства: снижаются поглотительная и водоудерживающая способности, разрушается структура, увеличивается плотность, ухудшаются технологические качества и т.д. Эти процессы развиваются медленно, явно не проявляются и зачастую длительное время не вызывают тревоги о плодородии почвы.
Для предотвращения создавшейся в условиях интенсивного земледелия напряженной экологической обстановки необходима разработка принципиально новой его стратегии. В последние годы повысился интерес к нетрадиционным методам земледелия и растениеводства, предполагающим широкое использование биологических способов защиты и питания растений, позволяющим существенно ограничить использование ядохимикатов и уменьшить дозы азотных удобрений.
Важнейшая особенность экологического земледелия состоит в активизации природных азотфиксирующих систем, благодаря которым обеспечивается питание возделываемых культур преимущественно за счет биологического азота. Для получения максимального количества продукции с 1 га земли необходимо не только увеличивать поставки азотных удобрений, но и всемерно интенсифицировать биологическое азотонакопление.
Преимущество биологического азота не только в его безвредности. Для его накопления требуются относительно небольшие затраты энергии на активацию азотофиксирующих микроорганизмов. При биологической фиксации источником энергии, как правило, является солнце, фиксированный азот усваивается растениями практически полностью. Недостатком биологической азотфиксации как способа обеспечения растений азотом можно считать лишь то, что человечество еще не научилось достаточно эффективно управлять ею.
В обогащении почв азотом за счет усвоения его из атмосферы наибольшее практическое значение имеют такие группы почвенных микроорганизмов: клубеньковые бактерии, фиксирующие молекулярный азот в симбиозе с бобовыми растениями; широко распространенные в почвах многочисленные и разнообразные свободнодвижущие азотфиксирующие бактерии; микроорганизмы, способные усваивать молекулярный азот в ассоциациях с корневой системой не бобовых растений.
Бобовые культуры играют важную роль в мобилизации биологического азота, значение которого в общем балансе азота в земледелии, а следовательно, в повышении содержания в нем растительного белка, весьма существенно. Как известно, положительная роль бобовых культур в сельском хозяйстве тесно связана с жизнедеятельностью клубеньковых бактерий, с которыми бобовые растения находятся в тесных симбиотических отношениях. Продуктивность бобовых культур, их урожай, накопление ими биологического азота и растительного белка в значительной степени зависят от характера взаимоотношений макро- и микросимбионтов в каждом отдельном случае. Наиболее значимым приемом повышения эффективности симбиотической азотфиксации является внесение в почву препарата клубеньковых бактерий — ризобофита.
Способность бобовых растений в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать атмосферный азот обеспечивает им экологические преимущества в условиях дефицита азота. Использование этого свойства в сельскохозяйственной практике позволяет значительно уменьшить или полностью исключить применение минеральных удобрений без существенного снижения урожайности бобовых культур, сохраняя плодородие почвы.
Использование ризобофита под бобовые культуры практически исключает необходимость внесения минерального азота, повышает урожайность, улучшает качество продукции. Применение бактериальных препаратов дает возможность направленно регулировать численность и активность полезной микрофлоры в ризосфере возделываемых культур, улучшать обеспеченность растений доступным азотом и благодаря этому повышать продуктивность растений и улучшать качество продукции. При разработке экологически сбалансированных и эффективных технологий выращивания сельскохозяйственных культур следует обращать особое внимание на функционирование ассоциативных микроорганизмов. Свободноживущие азотфиксаторы могут связывать в почвах 30-50 кг/га азота, а иногда и больше.
Ежегодное внесение в почву до 2,2 млн. т азота может обеспечить 50-60 кг этого элемента на 1 га пахотных земель. В последние годы объем используемых азотных удобрений составляет около 15-20% потребности, т.е. 10-15 кг/га. Такой острый дефицит азота в земледелии частично можно компенсировать более интенсивным использованием биологического азота. В современном земледелии удельный вес биологического азота в общем балансе этого элемента не превышает 10% и составляет только 6-8 кг/га пахотных земель. Оптимизируя агротехнические и микробиологические факторы, можно увеличить долю биологического азота в общем его балансе до 35 кг/га. В совокупности с азотом органических удобрений это составит около половины того количества азота, которое необходимо для поддержания высокой продуктивности агроэкосистем и возобновления плодородия почв.
Высокая эффективность использования биологического азота определяет большое практическое значение исследований, направленных на повышение его роли в азотном балансе земледелия. Во всех индустриально развитых странах проблема биологического азота — одна из важнейших в биологических исследованиях. Экологизация сельскохозяйственного производства приобретает в современном мире все большее значение в связи с глобальными нарушениями процессов круговорота основных биогенных элементов в искусственных агроценозах. Поэтому все более актуально широкое использование биологического азота. Являясь одним из основных звеньев экологизации сельскохозяйственного производства, биологический азот позволяет получать высокие стабильные урожаи, обеспечивая воспроизводство почвенного плодородия.
Источник