Одним из основных направлений повышения уровня рационального природопользования в аграрном секторе является внедрение органического земледелия путем применения биологических препаратов при выращивании сельскохозяйственных культур, в частности инокулянтов - биоудобрений, производимых живыми микроорганизмами из воздуха, а также органических остатков, которые содержатся в почве.
Почему нужно обязательно применять инокулянты?
Инокулянты практически втрое увеличивают поступление в почву биологического азота. Фиксация азота из атмосферы микробными препаратами позволяет компенсировать недостаток почвенного азота, стимулирует усвоение фосфора растением (в том числе и внесенного в почву вместе с химическими удобрениями). При этом существенно увеличивается усвоение внесенных химических удобрений, поскольку известно, что усвоение минерального азота не превышает 50%, фосфора - 20-25, калия - 40-60%. Оставшаяся часть удобрений загрязняет почву, делая ее «мертвой», непригодной для жизни полезных микро- и макроорганизмов.
Инокуляция увеличивает энергию прорастания семян, сокращает сроки появления всходов и способствует их равномерности. Увеличивается и скорость развития растения, формирование стеблестоя и интенсивность фотосинтеза, а также засухо- и зимостойкость. Это становится возможным прежде всего благодаря активному развитию корневой системы. К тому же проникновение развитой корневой системы в нижние горизонты почвенного профиля увеличивает поступление влаги, особенно в условиях засухи.
Инокулянты существенно снижают производственные затраты, в первую очередь, путем уменьшения количества внесенных химических удобрений вплоть до полного отказа от их использования и перехода к органическому земледелию. И, наконец, увеличение усвоения азота бактеризованными растениями не увеличивает количество нитратов в конечной продукции. Нитраты растений активно используются в синтезе аминокислот и белков.
Способность сои как представителя бобовых к усвоению азота из атмосферы - одна из основных биологических особенностей этой культуры. Бактерии, которые заселяют корни, образуют своеобразный биологический «чехол» - ризосферу и являются трофическими посредниками между почвой и растением. Именно эти микроорганизмы отвечают за превращение ряда сложных соединений. В системе почва - микроорганизмы - растение почвенные микроорганизмы являются незаменимой и неотъемлемой составляющей. Поэтому растение в окружении полноценного комплекса микроорганизмов получает необходимое корневое питание и, как следствие, реализует свой генетический потенциал по урожайности.
Почему именно соя?
Ни одна сельхозкультура в мире в целом не производит столько белка и масла, как соя. На сегодня сою выращивают в 80 странах мира на площади более 102 млн га. Эта культура занимает четвертое место по объемам производства сельхозкультур после кукурузы (816 млн т), риса (699 млн т) и пшеницы (652 млн т).
На современном этапе среди зернобобовых культур соя является основной составляющей в структуре посевных площадей и определяет уровень производства растительного белка в Украине. Под соей занято почти 2 млн га, валовой сбор ее зерна составляет около 4 млн т. К «соевому поясу» Украины относятся пахотные земли семнадцати областей, охватывающих более 70% всех сельскохозяйственных земель.
Несмотря на высокие объемы производства сои в Украине, урожайность этой культуры достаточно низкая по сравнению с мировым уровнем. Средняя урожайность - 1,4-1,6 т/га, максимальная - не превышает 2,5 т/га. В то же время этот показатель в мире составляет 2,3 т/га, а рекордный урожай сои в США - 9,8 т/га.
Для формирования 100 кг семян соя усваивает 7,2-10 кг азота, 1,7-4 - фосфора и 2,2-4,4 кг калия. Даже при такой большой потребности в элементах питания эта культура слабее реагирует по сравнению с другими культурами на внесение удобрений. Это обусловлено высокой азотофиксирующей способностью растений сои благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, которые обеспечивают ее потребности в азоте на 70-80% и имеют повышенную способность усваивать труднорастворимые соединения фосфора и других элементов питания.
Какие же агроклиматические условия способствуют успешному действию азотфиксирующих бактерий?
Как и растения, бактерии уязвимы к высоким температурам на начальных этапах онтогенеза и установления симбиотической связи. В дальнейшем, даже при высоких температурах - 30-35°С - процесс образования пузырьков продолжается, однако азотфиксация при таких условиях не происходит. Растения питаются преимущественно благодаря потреблению минерального азота, поэтому его наличие в почве в физиологическом оптимуме обеспечит формирование высокого урожая растений сои. Особое внимание и эффективность приобретают в таких условиях внекорневые подкормки растений сои невысокими дозами азота.
Недостаток влаги негативно влияет прежде всего на растительный организм. Неблагоприятное воздействие проявляется в нарушении процессов фотосинтеза, что обуславливает дефицит углеводов. Растение запускает внутренние механизмы самосохранения, и все питательные вещества расходуются на построение и развитие корневой системы, а именно новых корешков для «поиска» почвенной воды.
Наиболее интенсивное водопотребление отмечают в фазе цветения и формирования бобов. В течение этого периода вегетации соя может использовать до 70% общего количества потребления воды за весь вегетационный период.
Клубеньковые бактерии - влаголюбивые микроорганизмы, поэтому они слабо размножаются в почве с влажностью менее 40%. А при недостатке влаги клубни вообще не образуются. Недостаток влаги в почве снижает активность уровня азотфиксации, что, в свою очередь, вызывает некротические процессы в клубеньках. После нормализации водного обмена в растениях, которые перенесли водный стресс, старые клубеньки уже не восстанавливают свои функции, а новообразованные корешки имеют значительно более низкие показатели усвоения азота. Оптимальная влажность почвы - 60-70% полной ее влагоемкости, минимальная — 16%.
На кислых почвах соя меньше образует корневых волосков, уменьшается поглощающая способность корневой системы, замедляются обменные процессы в растении. В кислой почве бактерии теряют активность и вирулентность.
Низкие значения рН почвы пагубно влияют не столько на ризобий, сколько на проницаемость мембран растительных клеток, в результате чего бактерии не могут проникать внутрь растения. Для клубеньков рН чувствительный период - начало инфекционного процесса, причем наиболее уязвимым является этап прикрепления ризобий к корневым волоскам. Нарушается обмен сигналами между растением-хозяином и микросимбионтом. Происходит снижение секреции растениями флавоноидов, что влияет на синтез соответствующих сигналов бактерий. Интервал кислотности почвы для сои - от 5,5 до 8,5 рН, оптимальное значение рН — 6,6–7,0.
Соя требовательна к наличию воздуха в почве. Воздух нужен растению не только для дыхания корней, но и для активной жизнедеятельности клубеньковых бактерий, принадлежащих к аэробным организмам. Минимальное (критическое) содержание воздуха в почве составляет 9% общего объема.
В мире современный объем производства препаратов на основе азотофиксирующих бактерий составляет более 60 млн гектарных норм. В то же время в Украине только до 45% семян бобовых культур инокулированы биологическими клубеньковыми бактериями, а доля отечественных инокулянтов не превышает 10%. Среди основных производителей и оригинаторов биологических препаратов - инокулянтов сои и других культур в Украине насчитывается более 10 отечественных и 23 зарубежных фирм и организаций, а перечень зарегистрированных продуктов приближается к 100.
Агропроизводителю трудно сориентироваться в таком широком ассортименте. Поэтому потребителю следует обратить особое внимание на показатели, по которым определяется эффективность инокулянтов сои.
Успешность симбиоза зависит от наличия у штаммов азотофиксирующих микроорганизмов таких свойств:
- специфичность по выбору растения-хозяина со способностью вступать в симбиоз с четко определенным количеством видов бобовых растений;
- вирулентность и конкурентоспособность относительно проникновения в корень растения-хозяина и образования клубеньков в условиях наличия других штаммов этого же вида и местных рас клубеньковых бактерий;
- азотофиксирующая активность - способность превращать молекулярный азот в азотсодержащие соединения благодаря деятельности специальных ферментных систем;
- биологическая эффективность - способность повышать урожайность и содержание азота (белка) растения-хозяина, что связано с передачей ему соединений азота и биологически активных веществ;
комплиментарность - эффективность взаимодействия с разными сортами соответствующих растений.
Важным условием высокой эффективности инокулянтов является их стерильность. Контаминация (загрязнение) препаратов другой микрофлорой (опасные споры грибов) снижает прежде всего эффективность азотофиксирующего комплекса бактерий и только потом влияет на их вирулентность и конкурентоспособность у диких рас почвенных микроорганизмов.
Количество клубеньков на корнях растений не является показателем эффективности препаратов. Например, штамм-стандарт Bradyrhizobium japonicum 6346 формирует на корнях растения от 30 до 60 клубеньков и обеспечивает фиксацию 150-250 кг/га азота, а штамм Bradyrhizobium japonicum 604 К формирует от 700 до 2000 клубеньков и обеспечивает фиксацию азота на уровне 5-10 кг/га. Так и розовый цвет на срезе клубеньков (содержание леггемоглобина) не является критерием оценки эффективности биологических препаратов, а лишь указывает на наличие сформированного азотофиксирующего аппарата.
Важное значение имеет и срок хранения препарата. Даже в условиях полной стерильности инокулянт содержит живую культуру микроорганизмов, обладает способностью постоянно расти. При достижении определенной концентрации в препарате бактерии перестают размножаться, начинают стареть и отмирать.
Токсины, образовавшиеся в результате разложения бактериальных клеток, в значительной степени снижают симбиотические свойства живых бактерий. По этой причине бактериальные препараты, имеющие срок хранения более одного года, хотя и являются активными, однако в значительно меньшей степени, чем только что выращенные микроорганизмы.
Поэтому бактериальные удобрения (инокулянты) под бобовые и зерновые культуры готовят на основе высокоактивных, высокоэффективных и конкурентоспособных штаммов микроорганизмов обязательно непосредственно перед началом посевной кампании и с соблюдением условий полной стерильности.
Нельзя сочетать в одном технологическом процессе обработки семян сои инокулянт и обработку регуляторами роста и комплексами микроэлементов, поскольку это снижает эффективность создаваемых симбиозов. Лучше проводить обработку сои этими препаратами, и особенно если они содержат хелатированные соединения микроэлементов - по вегетации.
Важный акцент, на который стоит обратить внимание потребителям: для обработки семян сои следует использовать инокулянты, которые имеют высокие показатели качества и признаны в Украине и за ее пределами. При их производстве использованы современные микробные технологии, с помощью которых при соблюдении регламентов применения можно получать прибавку урожая сои в пределах 4,5–5,5 ц/га.
А. Шевченко, д–р наук по государственному управлению, профессор Таврического национального университета им. В.И. Вернадского
М. Плиска, канд. биол. наук, доцент НУБиП Украины
⚡️Следите за новостями Agroexpert в -> Telegram | Viber | Facebook | Instagram | News letter!
