ІНОКУЛЯНТ ТА ХІМІЧНИЙ ПРОТРУЙНИК: сумісно чи окремо

Використання біологічного інокулянту для обробки насіння бобових культур уже стало нормою в більшості господарств України. Як правильно поєднати хімічний протруйник з інокулянтом, щоб мінімізувати токсичний вплив хімії на бактерії та водночас ефективно захистити насіння від бактеріозів і кореневих гнилей?

Беззаперечним є той факт, що азот — це найважливіший біогенний елемент для забезпечення нормального росту й розвитку рослин. Щороку в промисловості отримують 8×10¹⁰ кг синтетичних азотовмісних сполук, застосування яких в сільському господарстві призводить до забруднення води нітратами, закислення ґрунтів і викиду парникових газів у вигляді закису азоту.

Використання феномену біологічної фіксації азоту атмосфери є одним із найефективніших і щадних шляхів забезпечення рослин цим елементом. За рік близько 2,5×10¹¹ кг NH₃ фіксуються саме біологічним шляхом. Біологічний азот менш схильний до вилуговування, сублімації і денітрифікації.

Інокулянти — повноцінна альтернатива азотного живлення бобових

Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами. Потенціал фіксації азотних сполук таких симбіотичних систем, залежно від виду культури, коливається від 60 до 300 кг/га. На сьогодні у всьому світі бобові вирощують на площі понад 250 млн/га, а рівень фіксації ними атмосферного азоту становить близько 90 млн/т на рік. Тому в Бразилії, де близько 70 % мінеральних азотних добрив імпортують і вартість їхнього використання в сільському господарстві доволі висока, застосування інокулянтів для бобових дає змогу заощаджувати на добривах до 7 млрд дол. на рік.

У 80–90-ті роки минулого століття більшість біопрепаратів мали низьку ефективність, проте за останнє десятиріччя стандарти якості цих продуктів значно поліпшилися, і ціла низка комерційних інокулянтів демонструє стабільне підвищення врожайності агрокультур. На сьогодні такі препарати містять значно вищі кількості життєздатних організмів, аніж ті, що були вироблені в попереднє десятиріччя, а вдосконалення рецептури продукту сприяє підвищенню стабільності його дії.

Разом із тим, на формування бульбочок (процес нодуляції) можуть впливати як біотичні фактори, такі як синергізм або антагонізм із іншими представниками ґрунтової біоти чи іншими ризобіями, так і абіотичні — такі, як рН і структура ґрунту, доступність елементів живлення, волога, температура та елементи агротехнологій, як, наприклад, застосування хімічних пестицидів для протруювання насіння. Ці фактори, з одного боку, знижують ефективність нодуляції і, відповідно, продуктивність бобових культур. А з другого — невикористання фунгіцидних чи інсектицидних протруйників призводить до втрат урожаїв через негативний вплив шкодочинних комах чи збудників хвороб. Виникає питання: як правильно вийти з цієї ситуації?

Як мінімізувати негативний вплив хімії на інокулянт?

Є три можливості вирішення цієї несприятливої ситуації:

Перший шлях. Можна вносити інокулянт безпосередньо в рядки, що дасть змогу нівелювати контакт живих бактерій із хімічно протруєним зерном. Проте обробка насіння — ефективніший і економічно виправданий метод доставки корисних бактерій до цільового об’єкта. Адже обробка насіння, як правило, потребує меншої кількості мікробної біомаси, ніж інші способи застосування. Наприклад, обробка насіння біонематоцидом на основі Bacillus firmus дає можливість знизити дозу препарату майже в сто разів, порівняно з його внесенням безпосередньо в ґрунт, зберігаючи при цьому ідентичну ефективність.

Другий шлях. Цей метод ґрунтується на правильному доборі хімічних пестицидів і інокулянтів для сумісного застосування. Значна частина посівного матеріалу, який продають насіннєві компанії, вже оброблена запатентованими інгредієнтами, що містять пестициди, полімерні клеї, комплекси мікроелементів, кольорові пігменти або барвники. Такий підхід забезпечує кращий захист насіння від механічного травмування під час висіву та від ушкодження хворобами й шкідниками.

Зазвичай, інокулянти сумісні з цілою низкою процесів, які виконують із застосуванням традиційного обладнання для хімічної обробки посівного матеріалу. Разом із тим, виробники біологічних препаратів рекомендують, щоб кожен інгредієнт для обробки насіння й кожен етап нанесення покриття на насіння були протестовані на сумісність із біологічними продуктами та їхньою здатністю виживати на обробленому насінні. Проведені ними дослідження показали, що навіть такі прості фактори, як якість води (низький рівень рН, наявність важких металів, хлорування), можуть впливати на виживання ризобій на насінні.

Обробка насіння фунгіцидами та інсектицидами може знижувати кількість життєздатних клітин ризобій завдяки прямому контакту клітин з активним інгредієнтом пестициду або допоміжними сполуками та розчинниками. Наприклад, інокуляція насіння сої одночасно з таким комплексами пестицидів, як: беноміл + каптан, беноміл + тірам, беноміл + толілфлуанід, карбендазим + кафтан, карбендазим + тірам, дифеконазол + тірам, тіабендазол + тірам і тіабендазол + толіфлуанід — може спричинити зниження кількості бактеріальних клітин на насінні на 20% уже через дві години після обробки. Вивчення комбінацій тіабендазол + толілфлуанід, тіабендазол + тірам і тіабендазол + кафтан показало, що через 24 години після обробки ними кількість живих клітин на насінні знижується на 60% порівняно з нанесенням лише інокулянту. Водночас є низка хімічних продуктів, які за дотримання умов застосування можна використовувати сумісно з біологічними препаратами (табл. 1).

Таблиця 1. Список хімічних протруйників (міжнародні назви), які рекомендовані до застосування разом із інокулянтами (за рекомендаціями компаній BASF, ТД «Ензим-Агро»та AБM)

: *Період від обробки насіння до висіву є узагальненим і потребує уточнень безпосередньо у компаній — виробників біопрепаратів.

** Змішування інокулянту з пестицидом в одній ємності. Термін придатності бакового розчину не перевищує 4-х годин.

***Одночасне нанесення інокулянту з пестицидом, що подаються з різних ємкостей ємностей.

****Послідовне нанесення спочатку хімічного протруйника, а після його висихання на насіння — інокулянту.

На сьогодні багато компаній — виробників біопрепаратів включають до складу продуктів екстендери, що дає змогу не лише підвищити виживання мікроорганізмів на насінні та їхню стійкість до дії пестицидних протруйників, а й забезпечує краще виживання бактерій у ґрунті за умов посухи.

Наприклад, на сьогодні протестовано значну кількість полімерів, таких як ксантанова камедь або суміші смол, метилцелюлоза, гуміарабік, полівінілпіролідон і поліакриламід. Ці формуляції потрібні для того, що захистити або відокремити інокулянт від матеріалів, які зазвичай використовують для обробки насіння. Проте для досягнення бажаної ефективності потрібні детальні дослідження, які враховують комплекс множинних взаємодій між насінням, ризобіальними клітинами й фізико-хімічними властивостями допоміжних речовин.

Дисахариди та інші поліоли також підвищують стійкість мікроорганізмів, але вже шляхом накопичення всередині клітини, й використовують їх в якості позаклітинного наповнювача для захисту бактерій від нестачі вологи. Захисні властивості цих біополімерів обумовлені їхньою здатністю утримувати оптимальний рівень води, потрібний для виживання ризобій. Технології підвищення толерантності бактеріальних клітин до осмотичного й температурного стресів і застосування осмопротекторів на разі є найбільш вживаними.

Свого часу був певний інтерес до технології біоінкапсулювання. Є широкий вибір способів інкапсулювання насіння, придатних для біопрепаратів мікроорганізмів, і в цієї технології є потенціал для спільного застосування декількох діючих речовин або біологічних агентів, що синергічно підвищують ефективність один одного. Щоправда, доцільність такого підходу в промислових масштабах ще потрібно перевірити, адже технологія потребує спеціального обладнання й включає безліч послідовних кроків, які, звісно, збільшуватимуть витрати. Та менше з тим, комерційний інтерес до цієї технології зберігається.

Третій шлях. Комбіновані системи обробки насіння, які передбачають повну або ж часткову заміну хімічних протруйників біологічними препаратами. Наприклад, заміна хімічного фунгіциду й інсектициду на біологічний або ж використання менш токсичних хімічних препаратів у комбінації з біологічним протруйником (інтегрований захист). У такому разі чудово зарекомендували себе препарати ФітоДоктор на основі Bacillus subtilis і Триходермін на основі Trichoderma viride. Інтеграція біологічних і хімічних систем захисту є надзвичайно перспективною, оскільки це може підвищити надійність захисту рослин в умовах, які не є оптимальними для дії лише хімічного або біологічного агентів. У світі є особливий інтерес до використання синергії між мікроорганізмами й так званими м’якими хімічними пестицидами, як, наприклад, регулятори росту, а також розмноження комах для досягнення більш швидкої дії. У перебігу випробувань і біологічні, і хімічні методи захисту є досить ефективними поодинці, а синергічний ефект важко встановити у короткочасних експериментах.

Проте цілком очевидно, що застосування комбінованого захисту має переваги, порівняно з використанням лише одного певного методу контролю за хворобами чи шкідниками, як, наприклад, розвиток толерантності до дії хімічних сполук. Одним із перевірених комерційних комплексів є обробка насіння препаратом Poncho^®/VOTiVO^®, яка поєднує в собі активність інсектициду клотіанідин з нематоцидною бактерією Bacillus firmus. Аналогічні позитивні результати були отримані за використання біологічного фунгіциду ФітоДоктор на основі Bacillus subtilis у комбінації з фунгіцидом імазаліл для контролю поширення насіннєвих і кореневих гнилей. Крім того, така спільна обробка підвищувала схожість насіння (фото).

Разом із тим, як уже говорилося вище, ключовим питанням у поєднанні хімічних і біологічних препаратів для протруєння насіння є сумісність діючих речовин. Тестування в лабораторних умовах часто не виявляє негативного впливу суміші кількох речовин на мікроорганізми. Водночас, дослідження чотирьох фунгіцидів на можливість спільного використання з фосфатмобілізуючою бактерією Pseudomonas putida показали зниження здатності штаму до мобілізації фосфору й продукування рістрегулюючих сполук. На разі зусилля науковців також спрямовані на отримання штамів корисних мікроорганізмів, стійких до дії пестицидів.

Висновок

Незбалансоване або надмірне використання хімічних добрив і пестицидів негативно впливає на навколишнє середовище, а також суттєво збільшує витрати на вирощування рослин. Є нагальна потреба переходу на екологічні та економічно ефективні агротехнології задля збільшення продуктивності рослинництва, тому використання мікроорганізмів на разі є безальтернативною стратегією підвищення продуктивності сільськогосподарських угідь. Цей підхід позитивно впливає на відновлення родючості деградованих і непродуктивних сільськогосподарських ґрунтів. Крім того, використання таких біоінокулянтів забезпечує віддачу інвестицій у співвідношенні 1:6.

П. Маменко, канд. біол. наук, керівник відділу R&D ТД «Ензим-Агро»