Незамінна і невід’ємна складова

25 November, Розділ Рослинництво, переглядів 7 907

Наприкінці ХХст. було доведено: третина вуглецю, асимільованого рослиною в ході процесу фотосинтезу протягом вегетаційного періоду, надходить у кореневу зону у вигляді кореневих виділень. Спочатку це відкриття здавалось досить сумнівним через основну причину: який сенс у відторгненні здоровими рослинами такої кількості органічної речовини?

Втім, результати підтвердили представники численних наукових шкіл. До того ж вдалося пояснити екологічну доцільність даного явища. Було з'ясовано, що кореневі виділення рослина спрямовує для розвитку мікроорганізмів у кореневій зоні. Підтримуючи високий рівень мікробної активності, рослина здатна значною мірою координувати направленість процесів циклу азоту, фосфору тощо і забезпечувати надходження сполук біогенних елементів, які мікроорганізми в ході своєї діяльності трансформують у легкодоступні для засвоєння. Інтенсивні дослідження в галузі ґрунтової мікробіології за вищезазначеним напрямом дозволили з'ясувати низку механізмів функціонування системи ґрунт – мікроорганізми - рослина.

Можна констатувати, що за нормальних умов функціонування ґрунту коріння рослин знаходиться в оточенні ґрунтових мікроорганізмів, які утворюють своєрідний «чохол» – ризосферу і є специфічними посередниками між ґрунтом і рослиною. Саме мікроорганізми перетворюють недоступні для рослин сполуки на ті «цеглини», з яких рослина «будує» свій організм.

За образним висловлюванням відомого мікробіолога М. О.Красильникова, роль організмів, що заселяють ризосферу, нагадує функції органів травлення тварин. Ризосферні мікроорганізми перетворюють недоступні для рослин сполуки на мобільні, оптимальні для метаболізму.

Але рослини не в змозі забезпечити проникнення коріння до всіх ґрунтових агрегатів, на яких адсорбовано поживні речовини. В цьому їм активно допомагають мікроорганізми. Ланцюжки бактеріальних клітин, гіфи і міцелій мікроскопічних грибів, що розвиваються в кореневих сферах, забезпечують надходження поживних речовин із джерел, які знаходяться на відстані від кореня.

Показано, що за всіх рівних умов живлення позбавлення рослин необхідних мікроорганізмів знижує інтенсивність мінерального живлення рослин до 15 разів! Отже, в системі ґрунт – мікроорганізми – рослина ґрунтові бактерії і мікроскопічні гриби є незамінною і невід’ємною складовою. Саме тому рослина, яка забезпечена повноцінним комплексом мікроорганізмів, одержує повноцінне живлення і, як наслідок, реалізує свій генетичний потенціал щодо врожайності.

Відновлення мікробних угруповань в агроценозах

Сьогодні, на жаль, через неконтрольовані техногенні навантаження на ґрунти у більшості з них чисельність окремих видів мікроорганізмів, які завжди вважалися індикаторами родючості, зведено до мінімуму. Їхнє місце зайняли нетипові для ґрунтотворного процесу та ефективної взаємодії з рослиною бактерії та гриби. При цьому молоде коріння рослин заселяють неспецифічні мікроорганізми, які, звичайно, виконують і нетипові функції – вони не «годують» сільгоспкультури елементами живлення, а паразитують на рослинному організмі. Наслідки відомі: навіть за достатнього забезпечення мінеральною поживою агрокультури не можуть сформувати повноцінного урожаю.

Зважаючи на невисокі коефіцієнти засвоєння культурними рослинами діючої речовини з добрив, ступінь засвоєння мінерального азоту з добрив не перевищує 35-50%, фосфору – 20%, калію – 25-65% залежно від типу ґрунту (решта потрапляє в атмосферу, вимивається з дощем у водойми, забруднює продукцію, закріплюється в ґрунті тощо), стає зрозумілою необхідність відновлення нормальних мікробних угруповань в агроценозах. Бо існує чітка залежність: чим вища біогенність ґрунтів, тим краще засвоєння рослинами поживних речовин.

Мікробіологи вже давно б'ють на сполох: ситуація з ґрунтами загрозлива! Ще кілька десятиліть бездумної експлуатації ґрунтів, і питання одержання високої урожайності сільгоспкультур доведеться вирішувати за принципами агрегатопоніки. Але це тільки економічна складова проблеми. Набагато важливішими є екологічні наслідки деградації ґрунтового покриву.

Безперечно, не можна заборонити застосування добрив у сільськогосподарському виробництві, адже за цим стоїть урожайність культур і компенсація біогенних елементів унаслідок їх відчуження з продукцією. Але використання добрив (особливо азотних) не повинно перевищувати фізіологічних потреб культур в елементах живлення і має базуватися як на науково обґрунтованих розрахунках, так і на принципах високої культури застосування. Водночас, необхідні наукові розробки, орієнтовані на збільшення коефіцієнтів засвоєння діючої речовини з добрив.

Інноваційна ідея

У зв’язку з тим, що гармонійно забезпечені мікроорганізмами рослини характеризуються високим ступенем засвоєння поживних речовин, виникла ідея штучного забезпечення агроценозів корисною мікрофлорою («у потрібне місце, у потрібній кількості, у потрібний час»). Згадана ідея матеріалізувалася у створення мікробних препаратів для передпосівної обробки насіння агрокультур.

Ідея проста, хоча за цією простотою - наполеглива праця кількох поколінь учених, бо саме створення бактеріальних препаратів передбачає надзвичайно копіткі дослідження: спочатку - який же мікроорганізм є найпотрібнішим для певного виду рослин, потім - пошук і селекція найактивнішого бактеріального штаму, далі - дослідження його ефективності при забезпеченні рослин і насамкінець – створення зручної форми біопрепарату та відпрацювання технології його застосування.

Особливістю сучасних біопрепаратів є те, що при застосуванні вони забезпечують активний розвиток бактерій у прикореневих сферах і комплексно впливають на розвиток рослин. При цьому покращується кореневе живлення, зростає імунний статус рослин, що в цілому трансформується у збільшення урожайності культур і покращення якості одержуваної продукції.

В цій роботі одне з провідних місць у світі належить українським мікробіологам. В Україні цей напрям активно розробляється в Інституті сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Інституті мікробіології і вірусології ім.Д. К.Заболотного НАН України, Інституті агроекології і природокористування НААН, Інституті фізіології рослин і генетики НАН України.

На світовому рівні

Сьогодні методами аналітичної селекції одержано нові високоефективні штами ґрунтових мікроорганізмів для бактеризації сої, люпину, гороху, нуту, озимої і ярої пшениці, ячменю, кукурудзи, льону, низки овочевих культур, картоплі, цукрових буряків, соняшнику та ріпаку. На основі селекціонованих мікроорганізмів створено зручні препаративні форми. Окремі біопрепарати (Азогран, Альбобактерин, Діазобактерин, Клепс, Поліміксобактерин, Ризогумін, Ризобофіт, Ризоактив) вчені вже зареєстрували в Україні. Дозволено їх промислове виготовлення. Частина препаратів (Мікрогумін, Біогран, Хетомік та ін.) - на заключних стадіях державної реєстрації. Якість вітчизняних біопрепаратів відповідає світовому рівню, а за низкою показників перевищує його. Окремі розробки є оригінальними.

Застосування препаратів у технологіях вирощування сільгоспкультур забезпечує суттєве зростання їхньої урожайності та поліпшення якості продукції. Надзвичайно ефективною є бактеризація овочевих культур, а також сої. Прирости урожаю від застосування біопрепаратів для сої (Ризобофіт, Ризогумін) сягають 30% і більше, у чому могли переконатися спеціалісти сотень господарств у різних ґрунтово-кліматичних зонах країни.

Значні зростання урожайності відмічаються при бактеризації інших культур, зокрема озимої пшениці. У цьому впевнились аграрії Херсонщини, Полтавщини, Чернігівщини, Дніпропетровщини та інших областей. У середньому прирости від бактеризації зернових культур складають майже 5ц/га. Такі ж результати отримано в Миронівському інституті пшениці НААН.

Результати економічних розрахунків за підсумками аналізу багаторічних дослідів і виробничих перевірок ефективності мікробних препаратів свідчать про високу їхню ефективність. Так, зокрема, додатковий прибуток від бактеризації гороху сягає 2771грн/га, сої –2178грн/га, соняшнику – 4509грн/га, картоплі – 13936грн/га, злакових колосових культур – від 794 грн/га до 2019 грн/га. Але це ефективність, розрахована лише за кількісними показниками. Якщо врахувати якість продукції (наприклад, класність зерна пшениці), ефект буде значно вищим. Так, зокрема, з бактеризованих полів отримують пшеницю високої якості з вмістом білка 15-16% і клейковини – до 28-31%.

Причини ефективності

Насамперед варто підкреслити, що інтродуковані мікроорганізми, прижившись у кореневих сферах бактеризованих рослин, здатні зв’язувати азот з повітря і забезпечувати ним рослину-господаря. У бобових при добре сформованому симбіозі живлення цим елементом на 60-100% відбувається за рахунок життєдіяльності азотфіксувальних мікроорганізмів. У кореневій зоні злакових культур продуктивність процесу азотфіксації набагато нижча, але якщо врахувати, що зв’язаний бактеріями азот повністю витрачається на живлення рослин, то ефективність навіть 10-15кг біологічного азоту є набагато вищою, ніж відповідна доза мінерального азоту. Крім того, бактеризація сприяє переходу важкорозчинних сполук фосфору в ґрунті у розчинні і, таким чином, покращується фосфорне живлення рослин. Особливо це актуально для чорноземних ґрунтів, які часто є зафосфаченими і, в той же час, фосфор, який містять ці ґрунти, є недоступним для рослин.

Проте чи не основним дієвим чинником впливу бактеризації на урожайність небобових культур є підвищення коефіцієнтів засвоєння рослинами діючої речовини з добрив. Застосування біопрепаратів забезпечує ювенільні рослини оптимальною кількістю фізіологічно активних речовин, що індукує розвиток кореневої системи та збільшує її поглинальну здатність.

Прижившись на корінні, інтродуковані мікроорганізми активно продукують фітогормони, що сприяє подальшому розвитку кореневої системи. Наслідком є активізація засвоєння рослинами з ґрунту сполук біогенних елементів. Активізуються також окремі ферментні системи рослин, що впливає не лише на інтенсивність засвоєння мінеральних форм азоту і фосфору, а й на їхнє подальше метаболічне перетворення. Зокрема, нітрати в рослинах залучаються до конструктивного метаболізму, і за їх участю синтезуються амінокислоти і білки. У зв’язку з цим у продукції з бактеризованих рослин вміст нітратів є завжди нижчим, а вільних амінокислот та білка – вищим. Невигідним це може бути лише в одному випадку – при вирощуванні ячменю для пивоварних потреб (але і в цьому випадку є технологічні прийоми, застосуванням яких можна обмежити накопичення білка).

Отже, новітні мікробні препарати поєднуються з міндобривами, а мікробіологія – з агрохімією. Причому це поєднання спрацьовує позитивно як в економічному, так і в екологічному відношеннях, бо невикористаних агрохімікатів за цих умов стає значно менше.

В цілому ступінь засвоєння рослинами азоту з добрив зростає на 20-28%. Застосування мікробних препаратів також сприяє обмеженню вимивання сполук біогенних елементів по ґрунтовому профілю за межі кореневмісного шару. Показано, що за умов бактеризації кількість міндобрив може бути зменшеною на 30-40% у залежності від виду культури та ґрунтово-кліматичних особливостей.

За результатами проведених досліджень (за використання маркованого азоту ¹⁵N, лізиметричних і польових дослідів з низкою сільгоспкультур у різних ґрунтово-кліматичних зонах України, лабораторних з визначення активності процесів азотфіксації та денітрифікації під впливом інокуляції, рослинних азотасиміляторних ферментів, визначення вмісту амінокислот і білка у продукції, вивчення особливостей розвитку інтродукованих бактерій у кореневих сферах) українські вчені обґрунтували механізм впливу інокуляції специфічними активними штамами азотфіксувальних бактерій на продукційний процес небобових культур. Запропоновано змінити й саму стратегію застосування міндобрив у агровиробництві – у межах фізіологічного оптимуму, разом із біологічними препаратами.

Ще один позитивний бік застосування мікробних препаратів –протидія окремим хворобам рослин. Корисні мікроорганізми, заселивши кореневу систему, певний час не допускають патогенів до інфікування рослин. Дослідженнями встановлено: навіть насіння, зібране з бактеризованих рослин, є значно менше враженим збудниками різних хвороб, особливо грибних.

За рахунок фізіологічно активних речовин, що містяться в біопрепаратах, значно покращуються також посівні якості насіннєвого матеріалу – зростає енергія проростання і схожість насіння.

Як вже зазначалося, при інокуляції розростається коренева система рослин, і це відчутно впливає на здатність озимих культур до перезимівлі та, в цілому, для всіх агрокультур, на продуктивність у посушливих умовах. Більш розвинена коренева система здатна забезпечити ранній розвиток культур, і вони входять у зиму краще підготовленими. Стійкість же до посушливих умов у тому, що розвинене коріння здатне проникнути в нижні горизонти ґрунтового профілю і забезпечити рослину вологою в умовах її дефіциту. Втім, застосування мікробних препаратів не слід розглядати як спосіб боротьби з посухою, але подовження строку виживання рослин в екстремальних умовах навіть на кілька днів може значною мірою вплинути на урожайність.

Біологічні препарати мають низьку собівартість, технологічні, нешкідливі для людини та довкілля.

Є всі підстави стверджувати, що потреба в мікробних препаратах землеудобрювальної дії зростатиме з року в рік, зважаючи як на великі площі сільгоспугідь в Україні, так і на тенденції застосування біопрепаратів у сільському господарстві інших країн.

Ярослав ГАДЗАЛО,президент НААН;

Віталій ВОЛКОГОН,директор Інституту сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН;

Лілія ПИЛИПЕНКО,в. о. академіка-секретаря Відділення землеробства, меліорації та механізації НААН