В конце ХХ в. было доказано: треть углерода, ассимилированного растением в ходе процесса фотосинтеза в течение вегетационного периода, поступает в корневую зону в виде корневых выделений. Сначала это открытие сдал лос ь достаточно сомнительным через основную причину: какой смысл в отторжении здоровыми растениями такого количества органического вещества?

Впрочем, результаты подтвердили представители многочисленных научных школ. К тому же удалось объяснить экологическую целесообразность данного явления. Было выяснено, что корневые выделения растение направляет для развития микроорганизмов в корневой зоне. Поддерживая высокий уровень микробной активности, растение способно в значительной степени координировать направленность процессов цикла азота, фосфора и т.д. и обеспечивать поступление соединений биогенных элементов, которые микроорганизмы в ходе своей деятельности трансформируют в легкодоступные для усвоения. Интенсивные исследования в области почвенной микробиологии по вышеуказанной направлением позволили с’Выяснить ряд механизмов функционирования системы почва — микроорганизмы — растение.

Можно констатировать, что при нормальных условиях функционирования почвы корни растений находится в окружении почвенных микроорганизмов, которые образуют своеобразный «чехол» — ризосферу и являются специфическими посредниками между почвой и растением. Именно микроорганизмы превращают недоступные для растений соединения на те «кирпичики», из которых растение «строит» свой организм.

По образному выражению известного микробиолога М. О.Красильникова, роль организмов, заселяющих ризосферу, напоминает функции органов пищеварения животных. Ризосферные микроорганизмы превращают недоступные для растений соединения на мобильные, оптимальные для метаболизма.

Но растения не в состоянии обеспечить проникновение корней до всех грунтовых агрегатов, на которых адсорбированная питательные вещества. В этом им активно помогают микроорганизмы. Цепочки бактериальных клеток, гифы и мицелий микроскопических грибов, развивающихся в корневых сферах, обеспечивают поступление питательных веществ из источников, которые находятся на расстоянии от корня.

Показано, что при всех равных условиях питания лишения растений необходимых микроорганизмов снижает интенсивность минерального питания растений в 15 раз! Итак, в системе почва — микроорганизмы — растение почвенные бактерии и микроскопические грибы являются незаменимой и неотъемлемой составляющей. Именно поэтому растение, обеспечена полноценным комплексом микроорганизмов, получает полноценное питание и, как следствие, реализует свой генетический потенциал по урожайности.

Восстановление микробных сообществ в агроценозах

Сегодня, к сожалению, из-за неконтролируемых техногенные нагрузки на почвы в большинстве из них численность отдельных видов микроорганизмов, которые всегда считались индикаторами плодородия, сведено к минимуму. Их место заняли нетипичные для грунтотворних процесса и эффективного взаимодействия с растением бактерии и грибы. При этом молодые корни растений заселяют неспецифические микроорганизмы, которые, конечно, выполняют и нетипичные функции — они не «кормят» сельхозкультуры элементами питания, а паразитируют на растительном организме. Последствия известны: даже при достаточном обеспечении минеральными удобрениями агрокультуры не могут сформировать полноценного урожая.

Учитывая невысокие коэффициенты усвоения культурными растениями действующего вещества из удобрений, степень усвоения минерального азота из удобрений не превышает 35-50%, фосфора — 20%, калия — 25-65% в зависимости от типа почвы (остальные попадает в атмосферу, вымывается с дождем в водоема, загрязняет продукцию, закрепляется в почве и т.д.), становится понятной необходимость восстановления нормальных микробных сообществ в агроценозах. Потому что существует четкая зависимость: чем выше биогеннисть почв, тем лучше усвоение растениями питательных веществ.

Микробиологи уже давно бьют тревогу: ситуация с почвами угрожающая! Еще несколько десятилетий бездумной эксплуатации почв, и вопрос получения высокой урожайности сельхозкультур придется решать на принципах агрегатопоникы. Но это только экономическая составляющая проблемы. Гораздо важнее экологические последствия деградации почвенного покрова.

Бесспорно, нельзя запретить применение удобрений в сельскохозяйственном производстве, ведь за этим стоит урожайность культур и компенсация биогенных элементов вследствие их отчуждения с продукцией. Но использование удобрений (особенно азотных) не должно превышать физиологических потребностей культур в элементах питания и должна основываться как на научно обоснованных расчетах, так и на принципах высокой культуры применения. В то же время, необходимы научные разработки, ориентированные на увеличение коэффициентов усвоения действующего вещества из удобрений.

Инновационная идея

В связи с тем, что гармонично обеспечены микроорганизмами растения характеризуются высокой степенью усвоения питательных веществ, возникла идея искусственного обеспечения агроценозов полезной микрофлорой («в нужное место, в нужном количестве, в нужное время»). Упомянутая идея материализовалась в создание микробных препаратов для предпосевной обработки семян агрокультур.

Идея проста, хотя за этой простотой — упорный труд нескольких поколений ученых, потому что именно создание бактериальных препаратов предусматривает чрезвычайно кропотливые исследования: сначала — какой же микроорганизм является самым нужным для определенного вида растений, затем — поиск и селекция активного бактериального штамма, далее — исследование его эффективности при обеспечении растений и наконец — создание удобной формы биопрепарата и отработки технологии его применения.

Особенностью современных биопрепаратов является то, что при применении они обеспечивают активное развитие бактерий в прикорневых сферах и комплексно влияют на развитие растений. При этом улучшается корневое питание, растет иммунный статус растений, в целом трансформируется в увеличение урожайности культур и улучшение качества получаемой продукции.

В этой работе одно из ведущих мест в мире принадлежит украинским микробиологам. В Украине это направление активно разрабатывается в Институте сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН, Институте микробиологии и вирусологии им.Д. К.Заболотного НАН Украины, Институте агроэкологии и природопользования НААН, Институте физиологии растений и генетики НАН Украины.

На мировом уровне

Сегодня методами аналитической селекции получены новые высокоэффективные штаммы почвенных микроорганизмов для бактеризации сои, люпина, гороха, нута, озимой и яровой пшеницы, ячменя, кукурузы, льна, ряда овощных культур, картофеля, сахарной свеклы, подсолнечника и рапса. На основе селекционированных микроорганизмов созданы удобные препаративные формы. Отдельные биопрепараты (Азогран, Альбобактерин, Диазобактерин, Клепс, Полимиксобактерин, Ризогумин, Ризобофит, Ризоактив) ученые уже зарегистрировали в Украине. Разрешено их промышленное изготовление. Часть препаратов (Микрогумин, Биогран, Хетомик и др.) — На заключительных стадиях государственной регистрации. Качество отечественных биопрепаратов соответствует мировому уровню, а по ряду показателей превышает его. Отдельные разработки являются оригинальными.

Применение препаратов в технологиях выращивания сельхозкультур обеспечивает существенный рост их урожайности и улучшения качества продукции. Очень эффективна бактеризация овощных культур, а также сои. Приросты урожая от применения биопрепаратов для сои (Ризобофит, Ризогумин) достигают 30% и более, в чем могли убедиться специалисты сотен хозяйств в различных почвенно-климатических зонах страны.

Значительный рост урожайности отмечаются при бактеризации других культур, в частности озимой пшеницы. В этом убедились аграрии Херсонщины, Полтавщины, Черниговщины, Днепропетровщины и других областей. В среднем приросты от бактеризации зерновых культур составляют почти 5к / га. Такие же результаты получены в Мироновском институте пшеницы НААН.

Результаты экономических расчетов по итогам анализа многолетних опытов и производственных проверок эффективности микробных препаратов свидетельствуют о высокой их эффективности. Так, в частности, дополнительный доход от бактеризации гороха достигает 2771грн / га, сои -2178грн / га, подсолнечника — 4509грн / га, картофеля — 13936грн / га, злаковых колосовых культур — от 794 грн / га до 2019 грн / га. Но это эффективность, рассчитанная только по количественным показателям. Если учесть качество продукции (например, классность зерна пшеницы), эффект будет значительно выше. Так, в частности, бактеризованной полей получают пшеницу высокого качества с содержанием белка 15-16% и клейковины — до 28-31%.

Причины эффективности

Прежде всего следует подчеркнуть, что интродуцированные микроорганизмы, прижившись в корневых сферах бактеризованной растений, способны связывать азот из воздуха и обеспечивать им растение-хозяина. В бобовых при хорошо сформированном симбиозе питания этим элементом на 60-100% происходит за счет жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов. В корневой зоне злаковых культур производительность процесса азотфиксации гораздо ниже, но если учесть, что связан бактериями азот полностью расходуется на питание растений, то эффективность даже 10-15кг биологического азота намного выше, чем соответствующая доза минерального азота. Кроме того, бактеризация способствует переходу труднорастворимых соединений фосфора в почве в растворимые и, таким образом, улучшается фосфорное питание растений. Особенно это актуально для черноземных почв, которые часто являются зафосфаченимы и, в то же время, фосфор, который содержат эти почвы, недоступен для растений.

Однако едва ли не основным действенным фактором влияния бактеризации на урожайность небобовых культур является повышение коэффициентов усвоения растениями действующего вещества из удобрений. Применение биопрепаратов обеспечивает ювенильные растения оптимальным количеством физиологически активных веществ, индуцирует развитие корневой системы и увеличивает ее поглощающую способность.

Прижившись на корнях, интродуцированные микроорганизмы активно продуцируют фитогормоны, способствует дальнейшему развитию корневой системы. Следствием этого является активизация усвоения растениями из почвы соединений биогенных элементов. Активизируются также отдельные ферментные системы растений, влияет не только на интенсивность усвоения минеральных форм азота и фосфора, но и на их дальнейшее метаболическое преобразования. В частности, нитраты в растениях привлекаются к конструктивному метаболизма, и с их участием синтезируются аминокислоты и белки. В связи с этим в продукции с бактеризованной растений содержание нитратов всегда ниже, а свободных аминокислот и белка — выше. Невыгодным это может быть только в одном случае — при выращивании ячменя для пивоваренных нужд (но и в этом случае есть технологические приемы, применением которых можно ограничить накопление белка).

Итак, новые микробные препараты сочетаются с минеральными удобрениями, а микробиология — по агрохимии. Причем это срабатывает положительно как в экономическом, так и в экологическом отношениях, потому неиспользованных агрохимикатов при этих условиях становится значительно меньше.

В целом степень усвоения растениями азота из удобрений растет на 20-28%. Применение микробных препаратов также способствует ограничению вымывания соединений биогенных элементов по почвенному профилю за пределы корнеобитаемого слоя. Показано, что в условиях бактеризации количество минудобрений может быть снижена на 30-40% в зависимости от вида культуры и почвенно-климатических особенностей.

По результатам проведенных исследований (при использовании маркированного азота 15 N, лизиметричних и полевых опытов с рядом сельхозкультур в различных почвенно-климатических зонах Украины, лабораторных по определению активности процессов азотфиксации и денитрификации под влиянием инокуляции, растительных азотасимиляторних ферментов, определение содержания аминокислот и белка в продукции , изучение особенностей развития интродуцированных бактерий в корневых сферах) украинские ученые обосновали механизм влияния инокуляции специфическими активными штаммами азотфиксирующих бактерий на продукционный процесс небобовых культур. Предложено изменить и саму стратегию применения минудобрений в агропроизводства — в пределах физиологического оптимума, вместе с биологическими препаратами.

Еще один положительный сторону применения микробных препаратов -протидия отдельным болезням растений. Полезные микроорганизмы, заселив корневую систему, некоторое время не допускают патогенов к инфицированию растений. Исследованиями установлено: даже семена, собранные с бактеризованной растений, значительно меньше потрясенным возбудителями различных болезней, особенно грибных.

За счет физиологически активных веществ, содержащихся в биопрепаратах, значительно улучшаются также посевные качества семенного материала — растет энергия прорастания и всхожесть семян.

Как уже отмечалось, при инокуляции разрастается корневая система растений, и это ощутимо влияет на способность озимых культур к перезимовке и, в целом, для всех агрокультур, на производительность в засушливых условиях. Более развитая корневая система способна обеспечить раннее развитие культур, и они входят в зиму лучше подготовленными. Устойчивость же к засушливым условиям в том, что развито корни способны проникнуть в нижние горизонты почвенного профиля и обеспечить растение влагой в условиях ее дефицита. Впрочем, применение микробных препаратов не следует рассматривать как способ борьбы с засухой, но продления срока выживания растений в экстремальных условиях даже на несколько дней может в значительной степени повлиять на урожайность.

Биологические препараты имеют низкую себестоимость, технологические, безвредные для человека и окружающей среды.

Есть все основания утверждать, что потребность в микробных препаратах землеудобрювальнои действия расти из года в год, несмотря как на большие площади сельхозугодий в Украине, так и тенденции применения биопрепаратов в сельском хозяйстве других стран.