Інокуляція та інкрустація насіння сої. Технології застосування і ринок препаратів
Не варто применшувати роль мінеральних добрив, насамперед азотних, у підвищенні продуктивності сільськогосподарських рослин, адже у більшості аграрних регіонів урожаї культур визначаються запасом у ґрунті азоту, якого зазвичай дуже мало.
Разом із тим, коефіцієнт його використання рослинами досить низький: із загальної кількості внесеного в ґрунт цього елемента живлення рослини споживають не більше ніж 40–50%, решта трансформується до газоподібних сполук, вивітрюється в атмосферу або вимивається із ґрунту і забруднює водоймища. Ці втрати зростають із унесенням збільшених доз азотних добрив і можуть викликати серйозну екологічну небезпеку, що негативно позначається на здоров’ї людей. Крім того, промисловий синтез азотних туків потребує високих затрат імпортованих та невідновлюваних енергетичних ресурсів. Своєю чергою, це призводить до значного здорожчання собівартості кінцевої продукції, адже з усіх енерговитрат для потреб сільського господарства близько 30% припадає на виробництво хімічних азотних добрив.
Усвідомлення цього змушує сьогодні переглянути співвідношення використання хімічного і біологічного азоту на користь останнього. Позаяк біологічна азотфіксація — це єдиний шлях забезпечення рослин азотом, який не лише не порушує екологію природного середовища, а й дає змогу суттєво зменшити витрати енергії та сировини на виробництво мінеральних азотних добрив. Таким чином, збільшення частки біологічного азоту сприятиме зменшенню техногенного навантаження на навколишнє середовище, зниженню енерговитрат на виробництво сільськогосподарської продукції. Біологічний азот знайшов широке застосування не лише у системі інтенсивних технологій, але і в технологіях, які передбачають отримання екологічно чистої продукції рослинництва (органічне землеробство). Оскільки застосування у такому разі мінеральних добрив є неприпустимим, то біологічний азот, який фіксується бульбочковими бактеріями, є, по суті, єдиним і головним джерелом отримання рентабельних, екологічно чистих урожаїв.
Цей вектор для України, як ні для якої іншої країни світу, має надзвичайне значення з огляду на кабальну ціну на газ і занадто застарілу енерговитратну технологію виробництва азотних добрив.
Попри значні переваги біологічної азотфіксації порівняно з мінеральними азотними добривами, є низка лімітувальних факторів, що обмежують її ефективність.
По-перше, процес формування бульбочок за своєю суттю є інфекційним. Проникнення бактерій у період формування симбіозу активізує захисні механізми у рослини і таким чином викликає затримання їхнього розвитку на три-п’ять днів. Під час обробки насіння слід використовувати інокулянти, розроблені для конкретної культури, та дотримуватись оптимального співвідношення обсягів робочої суспензії препарату і насіння, оскільки за надмірної зволоженості може порушитися норма його висіву. Також не варто застосовувати як клейкий агент силікатний клей та токсичні для мікроорганізмів рідкі комплексні добрива.
По-друге, ефективність симбіотичних систем значною мірою залежить від погодних умов та типу ґрунту. Оптимальна температура для утворення бульбочок у рослин — у межах 10…24°С. За низьких температур бульбочки можуть утворюватися, але азотфіксація у них не відбувається. В умовах низьких значень рН ґрунту в ризобій спостерігається послаблення або втрата вірулентності, що призводить до зменшення ефективності інфікування рослин. Оптимальне значення рН перебуває у межах 5,5–6,5. Засолення ґрунтів, особливо вторинне, яке виникає за порушення режимів зрошення, також пригнічує поширення й ефективність різних видів бульбочкових бактерій.
По-третє, процес азотфіксації потребує витрат великої кількості енергії. З одного боку, завдяки симбіотичним взаємовідносинам мікроорганізми для відновлення інертної молекули азоту атмосфери одержують можливість використовувати енергію світла, перетворену фотосинтетичним апаратом рослини-господаря. Своєю чергою, продукти азотфіксації, які транспортуються у надземну частину рослини, позитивно впливають на процес фотосинтезу, розподілення фотоасимілятів та азотовмісних речовин між органами рослини і в кінцевому рахунку можуть підвищувати продуктивність бобових рослин. Разом із тим, коефіцієнт використання енергетичних субстратів на азотфіксацію у бульбочкових бактерій становить 10–12%. Розрахунки доводять, що на 1 г фіксованого азоту бобові рослини витрачають 12 г органічного вуглецю. Отже, хоча азотфіксація знижує собівартість сільськогосподарської продукції, рослині такий «дієтичний» азот «коштує» досить дорого.
Ще однією поширеною помилкою під час проведення інокуляції є намагання виробника поєднати в одному технологічному процесі застосування мікробних препаратів із іншими агроприйомами, наприклад із одночасним унесенням великої кількості органічних та мінеральних добрив тощо. Рядкове внесення суперфосфату або амофосу під час сівби бактеризованого насіння може негативно вплинути на формування рослинно-мікробної системи. Неправильне застосування мінеральних азотних добрив під бобові культури може звести нанівець ефективність бактеризації.
Попри це, на сьогодні у всьому світі спостерігається підвищений інтерес до біологічних препаратів для сільського господарства. В індустріально розвинених країнах, незважаючи на їхні великі можливості щодо застосування мінеральних добрив, питанню біологізації сільськогосподарського виробництва надається дуже важливе значення, про що свідчать світові обсяги виробництва препаратів на основі азотфіксувальних бактерій — понад 60 млн гектарних порцій. Водночас в Україні лише до 40% насіння бобових культур інокулюється бульбочковими бактеріями і частка вітчизняних інокулянтів не перевищує 10%.
Ефективність бактеріальних препаратів визначається низкою показників, на які слід звернути увагу під час придбання інокулянту, зокрема:
1. Основним фактором ефективності біопрепаратів є штами азотфіксувальних мікроорганізмів. Успішність симбіозу залежить від наявності у бульбочкових бактерій таких властивостей:
— специфічність щодо вибору рослини-господаря — здатність вступати у симбіоз із чітко визначеною кількістю видів бобових рослин;
— вірулентність і конкурентоспроможність — здатність проникати в корінь рослини-господаря і зумовлювати утворення бульбочок за наявності інших штамів цього самого виду та місцевих рас бульбочкових бактерій;
— азотфіксувальна активність — здатність перетворювати молекулярний азот на азотовмісні сполуки завдяки діяльності спеціальних ферментних систем;
— ефективність — здатність підвищувати врожай і вміст азоту (білка) у рослини-господаря, що пов’язано із передачею йому сполук азоту і біологічно активних речовин;
— комплементарність — ефективність взаємодії із різними сортами відповідних рослин.
2. Однією з умов високої ефективності бактеріальних добрив є їхня стерильність. Контамінація (забруднення) препаратів іншою мікрофлорою (найнебезпечнішими є спори грибів) знижує, в першу чергу, ефективність нітрогеназного (азотфіксувального) комплексу бактерій і лише потім впливає на їхню вірулентність і конкурентоспроможність щодо диких рас грунтових мікроорганізмів.
Варто зауважити, що кількість бульбочок на коренях рослин не є показником ефективності препаратів. До прикладу: штам-стандарт Bradyrhizobium japonicum 634б формує на коренях рослини від 30 до 60 бульбочок і забезпечує фіксацію 150–250 кг/га азоту; штам Bradyrhizobium japonicum 604к формує від 700 до 2000 бульбочок і забезпечує фіксацію азоту на рівні 5–10 кг/га. Наявність рожевого кольору на зрізі бульбочок (вміст леггемоглобіну) не є критерієм оцінки ефективності біологічних препаратів, а лише вказує на наявність сформованого азотфіксувального апарату.
3. Важливе значення має і термін зберігання препарату. Навіть за умов повної стерильності препарат містить живу культуру мікроорганізмів, що має здатність постійно рости. За досягнення певної концентрації в препараті бактерії перестають розмножуватися, починають старіти та відмирати. Токсини, утворені у результаті розкладу бактеріальних клітин, значною мірою знижують симбіотичні властивості живих бактерій. З цієї причини бактеріальні препарати, які мають термін зберігання понад 1 рік, хоч і є активними, проте значно меншою мірою, ніж щойно вирощені мікроорганізми. Тому бактеріальні добрива під бобові та зернові культури виготовляють на основі високоактивних, високоефективних і конкурентоспроможних штамів мікроорганізмів із додержанням умов повної стерильності та безпосередньо перед початком посівної кампанії.
Пропозиції українського ринку інокулянтів
Понад 60% вітчизняних препаратів відповідають згаданим критеріям. Розглянемо деякі з них:
— Ризогумін (оригінатор — Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН України) — рідкий або порошкоподібний інокулянт для сої. Містить у своєму складі гумінові кислоти, що, за словами авторів, надає йому унікальної симбіотичної спорідненості із соєю, завдяки чому досягається гарантовано стабільний ефект.
— Ризобофіт (оригінатор — Інститут агроекології і природокористування НААН України) — рідкий або порошкоподібний інокулянт для сої. Містить запатентовані штами ризобій сої, які, на думку розробника, забезпечують високі врожаї зерна цієї культури.
— Ризоактив (оригінатор — Інститут агроекології і природокористування НААН України) — порошкоподібний інокулянт для сої на основі активованого вугілля.
— Біомаг СОЯ (оригінатор — ТОВ ТД «Ензим-Агро») — рідкий інокулянт для сої. Препарат виготовляють за ліцензією та під науковим супроводом Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України.
— Біоінокулянт БТУ-т® (оригінатор — БТУ-центр ) — біопрепарат на основі торфу для інокуляції насіння бобових культур. Містить спеціально приготовлений торф зі стабілізатором.
— Біоінокулянт БТУ-р® (оригінатор — БТУ-центр ) — рідкий біопрепарат на основі бульбочкових бактерій.
— Нітрофікс Ж (оригінатор — ТОВ «СГП “Нива”», ТМ «Біона») — рідкий біопрепарат на основі бульбочкових бактерій.
— Нітрофікс П (оригінатор — ТОВ «СГП “Нива”», ТМ «Біона») — порошкоподібний біопрепарат на стерильному торфі.
— Нітрофікс (PreNoctin A) (оригінатор — ТОВ «СГП “Нива”», ТМ «Біона») — інокулянт із прилипачем-стабілізатором виробництва Аргентини для завчасної обробки насіння сої.
Серед вітчизняних препаратів особливої уваги заслуговує препарат нового покоління Ризостим (оригінатор — Інститут фізіології рослин і генетики НАН України). Унікальність препарату забезпечує поєднання комплексу штамів ризобій, отриманих за допомогою останніх досягнень молекулярної біології та нанобіотехнології, і комплексу рослинних протеїнів, які пришвидшують формування симбіозу, активізують нітрогеназний комплекс бактерій та підвищують стійкість рослин до несприятливих факторів довкілля. Крім того, препарат містить унікальний компонент, який поліпшує прилипання бактерій до насіння та забезпечує їхнє зберігання на його поверхні щонайменше протягом двох місяців.
Вітчизняні препарати значно дешевші, ніж зарубіжні аналоги, і водночас за дотримання умов бактеризації не поступаються їм за ефективністю, оскільки штами, що є основою добрив, адаптовані до грунтово-кліматичних умов України.
Проте технології виробництва рідких препаратів та порошкоподібних на основі торфу було розроблено на початку минулого століття. І хоча штам мікроорганізмів є визначальним у ефективності біопрепарату, останнім часом поліпшення їхньої якості досягають шляхом підвищення технологічності або застосуванням розробок молекулярної біології, генетичної інженерії, нанотехнології, що, на превеликий жаль, є здебільшого пріоритетом зарубіжних препаратів. Ось приклад деяких із них:
— ХайСтік (HiStick) (компанія BASF)— рідкий препарат або препарат на стерильному торфі. Містить запатентовану технологію підготовки торфу, що дає змогу використовувати порошкову форму безпосередньо у сівалці без попереднього зволоження насіння.
— ХайКоатСупер (HiCoatSuper) (компанія BASF)— рідкий інокулянт із екстендером (поживним середовищем, подовжувачем життєдіяльності бактерій). Дає змогу проводити завчасну обробку насіння (за декілька місяців).
— Графекс (Graph-Ex) (ф. «Адвантс Біолоджікал»)— порошкоподібний інокулянт на основі графітово-талькових носіїв. Ця технологія забезпечує відмінну плинність насіння у сівалці та запобігає її псуванню.
— Різап (RhizUp) (ф. «Бєккер Андервуд»)— препарат на стерильному торфі. Містить композицію штамів із контрастними властивостями, що забезпечує високу комплементарність компонентів препаратів до сортів рослин різних груп стиглості та ефективність добрив за дії несприятливих факторів довкілля.
— Оптимайз (Optimize) (компанія Bayer)— препарат містить у своєму складі ліпохітоолігосахаридний (ЛХО) промоутер. Перевагою такої технології є прискорення формування симбіозів завдяки використанню ЛХО-сигналінгу. Ліпохітоолігосахаридні сигнальні молекули активізують каскад біохімічних реакцій, спрямованих на активізацію формування симбіотичних систем та подолання сортової несумісності мікро- та макропартнера.
Інокуляція + протруювання = виробнича ефективність
Реалізація потенціалу біологічної азотфіксації можлива лише за умов ефективного функціонування симбіотичних систем, що потребує залучення сучасних агротехнологічних прийомів, які насамперед включають систему захисту від шкідників і хвороб. Значна частина захворювань передається через насіння або грунт, тому економічно вигідним та екологічно доцільним є передпосівне протруювання насіння.
Протруювання (передпосівна обробка) насіння — комплексний захід, спрямований на знищення інфекції рослинного чи бактеріального походження та пригнічення інфекцій, що перебувають у ґрунті й створюють небезпеку знищення рослин, зрідження густоти посівів, пригнічення їхнього росту і розвитку.
Додавання до фунгіцидів інсектицидних препаратів забезпечує додатковий захист насіння і проростків від шкідників. Протруювання насіння знижує ризики потрапляння препарату на рослини, які ростуть поруч, що є характерним для обприскування, особливо авіацією.
Протруювання як обов’язкова ланка агротехнології має відповідати таким вимогам:
— забезпечувати високу біологічну ефективність;
— не допускати зниження посівних якостей насіння;
— мати високу адгезію щодо поверхні насіння;
— забезпечувати рівномірне покриття препаратом поверхні зерна;
— протруєне зерно не повинно утворювати пилу у процесі його пересипання і транспортування; препарат не має налипати на механізми протруювача і зменшувати сипкість зерна.
Нанесення окремого пестициду чи суміші різних компонентів захисно-стимулювальних речовин (інсекто-фунгіцидів, регуляторів росту рослин, мікроелементів) буває кількох видів: сухе, напівсухе, інкрустація та дражування насіння.
— Сухе протруювання — нанесення на насіннєвий матеріал порошкоподібних речовин із прилипачем.
— Напівсухе протруювання — нанесення на насіннєвий матеріал водної суспензії захисно-стимулюючих речовин (інсекто-фунгіцидів, регуляторів росту рослин, мікроелементів) чи порошкоподібного препарату після зволоження водою (5-10 л/т насіння) без потреби просушування.
— Інкрустація насіння — покриття насіння водною суспензією, що містить захисно-стимулювальні речовини (пестициди, регулятори росту рослин, мікроелементи), плівкоутворювач і барвник.
Сучасні препарати для обробки насіння містять плівкоутворювальні компоненти, що забезпечують високу адгезію препарату щодо насіння, крім того, плівка закриває доступ шкодочинним грунтовим мікроорганізмам до зерна у місцях пошкодження насіннєвої оболонки. Все це забезпечує збереження зерна у грунті навіть у разі затримки його проростання через несприятливі погодні умови та подальший стійкий ріст у початкові фази розвитку.
— Дражування насіння — зміна форми і величини насінин за поступового додавання наповнювачів, клейких та/або захисно-стимулювальних речовин (пестицидів, регуляторів росту рослин, мікроелементів), що забезпечує точне висівання і захист від шкодочинних організмів.
Важливо знати, з якими протруйниками інокулянти поєднуються, а з якими їх контакт не бажаний, тому застосування мікробних препаратів і пестицидів, як правило, треба розділяти у часі.
Нові сучасні протруйники ддають змогу проводити обробку від хвороб і шкідників, поєднану з інокуляцією сої, що забезпечує зниження хімічного навантаження на посіви, зменшення кількості обробок, що, своєю чергою, допомагає зменшити механічне навантаження на поле, знизити витрати пально-мастильних матеріалів, зменшити викид в атмосферу СО2.
Серед протруйників, рекомендованих для бобових рослин, які технологічно допустимі для спільної обробки, можна виділити такі:
— Вітавакс 200 ФФ (д. р.: карбоксин + тірам);
— Круїзер 350 FS (д. р. тіаметоксам);
— Фундазол (д. р. беноміл);
— Апрон XL (д. р. металаксил- М);
— Максим XL (д. р.: флудіоксоніл + мефеноксам).
Слід зауважити, що за можливості дозу інокулянту збільшують у 1,5-2 рази.
Значною помилкою агровиробників є намагання поєднати в одному технологічному процесі обробки насіння інокуляцію мікроорганізмами та обробку регуляторами росту і комплексами мікроелементів.
Для підвищення урожайності рослин рекомендовано застосовувати обробку (інкрустацію) насіння одним із добрив, зокрема таким, як:
— Екозорф — 2 л/т;
— Екорайз — 0,04-1,0 л/т;
— Інтермаг — 1,2-2,5 л/т;
— комплексне мікродобриво Наноактиватор — 0,03-0,05 л/т;
— мікродобриво Аватар 1 — 0,5 л/т;
— мікродобриво з комплексом регуляторів Наномікс — 4 л/т;
— органо-мінеральне добриво Віталист — 2,5-5 л/т;
— органо-мінеральне добриво Сила життя — 0,2 л/т;
— Реаком Плюс — 3-4 л/т.
Проте обробка цими добривами сумісно з інокуляцією здебільшого знижує ефективність утворюваних симбіозів. Ефективнішою є обробка рослин по вегетації, особливо препаратами, що містять хелатовані сполуки мікроелементів. Такі добрива засвоюються рослинами через листкову пластинку.
Насіння бобових культур можна обробляти разом з інокулянтами такими біодобривами:
— Агро Бак Плюс — 500 мл/т;
— Ековітал — 1-2 л/т.
Ці препарати містять меншу кількість мікроелементів, що знижує негативний вплив важких металів на ризобії. Щодо регуляторів росту рослин рекомендовано зменшувати їхню дозу удвічі або застосовувати останні по вегетації рослин.
Таким чином, інокуляція сої дає змогу підвищити якість продукції, знизити хімічне навантаження на грунт і рослини, забезпечити азотом рослини у найкритичніші для них фази — бутонізації, цвітіння і формування бобів, а також такі культури сівозміни, адже залишок цього елемента у грунті становить 40-70 кг/га. Мінеральні добрива цього не забезпечують.
Крім того, інокуляція насіння є не лише екологічно безпечним, а й економічно вигідним технологічним прийомом. Наприклад, у США фермери демонструють прибавку врожаю сої 550–780 кг на 1 га. Їхні європейські колеги отримують дещо менші показники — 400–650 кг/га. За даними українських дослідників, за несприятливих посушливих умов та на малогумусних середньокислих ґрунтах біопрепарати дали можливість додатково зібрати відповідно 410 та 430 кг/га.
Застосування ефективних інокулянтів, вартість яких становить 80–160 грн/га, дає змогу отримати прибавку врожаю не менше ніж 150–200 кг/га. За допомогою проведення нескладних математичних розрахунків ми отримаємо у середньому 480–680 грн/га додаткових коштів від застосування інокулянтів. Також слід враховувати, що близько 70 кг азоту залишається в ґрунті під наступну культуру. Вартість 1 кг азоту в добривах становить 9–10 грн. Тож до розрахунків, наведених вище, слід додати ще 500–600 грн/га зекономлених коштів на азотних добривах у сівозміні.
Отже, за використання агротехнології вирощування сої із застосуванням високоефективних інокулянтів можна отримати понад 1000 грн/га прибутку, тож це є виправданою інвестицією у майбутній урожай.
С. Коць, П. Маменко, Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
Інформація для цитування
Інокуляція та інкрустація насіння сої: огляд технології застосування і ринку препаратів / С. Коць, П. Маменко // Спецвипуск ж. Пропозиція. Сучасні агротехнології із застосування біопрепартів та регуляторів росту / — 2015. — С. 24-28