Біологічний апгрейд екосистем: біопрепарати для захисту рослин і ґрунтів

Менше пестицидів – більше життя: новий підхід до вирощування культур.

За минулі роки можна помітити світову тенденцію до зниження використання хімічних засобів захисту рослин. У європейських країнах та США кожного року розробляють програми, які обмежують застосування пестицидів, окремі речовини взагалі забороняють використовувати, імпорт продукції яка містить залишки деяких пестицидів забороняють. І перелік таких діючих речовин щороку доповнюється новими.

Шкідливий вплив пестицидів на здоров’я людини, тварини, ґрунти, водні об’єкти доведений давно. Окрім негативного впливу на екосистеми через пряме застосування пестицидів, встановлено, що внаслідок самого виробництва пестицидів та добрив заводи забруднюють воду агресивними стійкими речовинами безпосередньо та опосередковано через ґрунт прилеглих територій, в атмосферне повітря викидається велика кількість вуглекислого газу та інших парникових газів.

Але чи є стовідсоткова альтернатива застосуванню хімічних речовин у сільському господарстві? На жаль, немає.

Частково можна зменшити застосування хімічних засобів захисту рослин, надлишкового внесення мінеральних добрив за рахунок компенсації біологічними методами – введення в технологію вирощування інокулянтів, біофунгіцидів, біоінсектицидів.

Великі транснаціональні компанії-виробники агрохімікатів все більше інвестують у дослідження та розробки нових біологічних рішень, які компенсують скорочення застосування хімічних пестицидів, замінюють деякі діючі речовини, добре інтегруються у технології вирощування культур, що забезпечує зменшення негативного впливу на навколишнє середовище, підвищує біологічну активність ґрунтів і в цілому родючість, а головне є для фермера економічно виправданими заходами, що підтверджують звіти аграріїв європейський країн в органічному виробництві.

Біопрепарати для рослинництва включають наступні:

• деструктори рослинних залишків;
• мікроорганізми, які покращують живлення, ріст та розвиток рослин;
• антагоністи збудників хвороб сільськогосподарських культур;
• біоконтролери продукуючі токсични чи паразити шкідливих комах, гризунів.

Біологічні деструктори стерні: ефективність, переваги, застосування.

Деструктори рослинних залишків – це біопрепарати на основі бактерій та грибів, продуктів їх життєдіяльності, які пришвидшують процеси розкладу рослинних залишків, покращують гуміфікацію, оздоровлюють та покращують ґрунт.

Після внесення деструктора на пожнивні рештки та ґрунт корисні мікроби колонізують субстрат проникаючи у клітинні стінки та закріплюючись на ґрунтових частинках. Мікроорганізми виділяють різної природи фізіологічно активні сполуки, такі як гідролітичні ферменти, органічні кислоти, включаючи продукти розкладу, в свій метаболізм та метаболізм аборигенної мікробіоти, утворюють гумусові речовини.

Бактерії та гриби – складові деструкторів рослинних залишків, потрапляючи до ґрунту, продукують целюлази, ксиланази, протеази, органічні кислоти, які розщеплюють не тільки органічні рештки, а й розчиняють мінерали, вивільняючи при цьому нутрієнти. Бактерії працюють у широкому діапазоні температур, деякі краще витримують нестачу вологи, активізують сапрофітну мікрофлору, продукують фітогормони та інгібітори патогенів, мікроміцети краще продукують кислоти, розчиняють мінерали, ефективні як інгібітори збудників хвороб.

Переваги застосування деструкторів рослинних залишків:

• пришвидшення розкладання рослинних решток, що полегшує наступні агрооперації;
• зниження інфекційного фону ґрунту;
• вивільнення органічних кислот, гумусових речовин, поживних елементів;
• покращення структури ґрунту;
• зниження утворення парникових газів.

Недоліки:

• залежність від вологості та температури ґрунту;
• за великої кількості рослинних решток мікрофлора зв’язує мінеральний азот, що тимчасово зменшує його доступність для слідуючих культур;
• для кращого ефекту потрібно рівномірно подрібнювати рештки та проводити обробіток ґрунту образу після внесення препаратів.

Біологічні інокулянти – основа природного живлення і розвитку культур

Левову частку біопрепаратів для рослинництва займають інокулянти для бобових культур. Основа або діюча речовина цих продуктів – це бульбочкові бактерії Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium (Ensifer), Mesorhizobium, Azorhizobium, Burkholderia. Кожен рід перелічених ризобій має специфічність симбіозу, тобто кожній культурі відповідає свій симбіонт, наприклад, до симбіонтів сої належать Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium elkanii, Bradyrhizobium diazoefficiens, для гороху – Rhizobium leguminosarum, для нуту – Mesorhizobium ciceri, для квасолі – Rhizobium phaseoli.

Інокулянти випускають у рідкій формі або на сухому носієві. Зазвичай як носій використовують торф, як стерильний, так і не стерильний. Кожна форма інокулянтів має свої переваги та недоліки, та кожне господарство обирає зважаючи на свої технології вирощування, наявну техніку, площі посівів тощо.

Переваги торфових інокулянтів полягають у тому, що торф зберігає вологу і може підтримувати життєздатність протягом тривалого періоду, має гарну адгезійну здатність та добре тримається на обробленому насінні, відсутність додаткових витрат на обробку. Недоліки: нестерильний торф може містити сторонню мікрофлору, яка може пригнічувати бульбочкові бактерії; викликає труднощі у висіві пневматичними сівалками; у порівнянні з рідними інокулянтами, бульбочкоутворення починається пізніше.

Переваги рідких інокулянтів: рівномірне нанесення; сумісні з прилипачами, добривами, деякими пестицидами, іншими біопрепаратами; можливе застосування екстендерів. Недоліки: чутливість до умов зберігання, потреба перевірки на сумісність з пестицидами, яка зазвичай неприйнятна для фермера.

Застосування інокулянтів на основі бульбочкових бактерій забезпечує:

• підвищення урожайності бобових від 0,2 т/га до 1,0 т/га та якості урожаю;
• накопичення азоту у ґрунті від 50 кг/га до 240 кг/га і більше;
• зменшення застосування азотних добрив (не варто застосовувати більш ніж 30 кг/га у д.р., так як азотні добрива мають здатність лімітувати утворення бульбочок);
• покращує властивості ґрунтів.

Недоліки та обмеження застосування інокулянтів:

• залежність від вологості та температури ґрунту;
• ризик конкуренції з аборигенними автохтонними мікроорганізмами;
• надмірні дози азоту та застосування пестицидів можуть лімітувати бульбочкоутворення та фіксацію азоту;
• біологічні препарати мають зберігатися за специфічних контрольованих умов.

Інокулянти для інших культур. Зазвичай це біопрепарати, які складаються з кількох видів біоагентів, котрі виконують окремі функції необхідні для оптимального росту та розвитку рослин. До складу таких продуктів часто входять: Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter, Arthrobacter та багато інших. Представники перелічених родів виконують як окремі функції, так і поєднують кілька властивостей. Позитивна дія на культури виражається у: забезпеченні додатковим азотом за рахунок його фіксації з атмосфери та переведення у доступну форму; розкладанні важкорозчинних мінеральних з’єднань у ґрунті (фосфорити, апатити, силікати) вивільняючи рухомий калій та водорозчинний фосфор, так звана солюбілізація елементів живлення; продукуванні фітогормонів (ауксини, цитокініни, гібереліни), вітамінів, амінокислот, екзополісахаридів, сидерофорів, які посилюють енергію проростання насіння, інтенсифікують ріст коренів та пагонів; індукції системного імунітету шляхом активації природних механізмів, що проявляється у посиленому продукуванню фітогормонів, фітоалексинів, PR-білків та зміцненні клітинних стінок; покращення посухостійкості, через покращення структури ґрунту, мікоризації, яка збільшує площу поглинання вологи та елементів живлення.

Біозахист культур: антагоністичні біоагенти проти фітопатогенів.

Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma найбільш розповсюджені біологічні агенти, які широко використовуються для створення біофунгіцидів. Їх дія на шкодочинні об’єкти може проявлятися різними шляхами. Потрапляючи у ґрунт бактерії та мікроскопічні гриби починають активно розвиватися та розмножуватися займаючи простір і тим самим не дозволяють фітопатогенним організмам розростатися у ґрунті та на рослинних рештках – так звана конкуренція за субстрат. У процесі росту та розвитку корисна мікробіота продукує та виділяє в навколишнє середовище антибіотики, літичні ферменти, різного роду агресивні метаболіти, які знищують (фунгіцидна або бактерицидна дія) або пригнічують (фунгістатична або бактеріостатична дія) розвиток шкідливих мікробів. Деякі види біоконтролерів спроможні прямо паразитувати на фітопатогенних грибах, здатні проникати в клітини патогенів, руйнувати їхні структури та використовувати як джерело живлення. Найчастіше у комерційних препаратах використовують Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Trichoderma atroviride, Trichoderma asperellum, які продукують хітинази, протеази, глюканази, розчиняють клітинні стінки та живляться патогеном. Також відомі гіперпаразити Sclerotinia sclerotiorum, збудника склеротиніозу соняшника, сої, буряку цукрового, ріпаку, які паразитують виключно на склероціях – це Gliocladium roseum, Gliocladium catenulatum, Coniothyrium minitans. На основі останнього виготовляються препарати вітчизняними та зарубіжними компаніями.

Основні переваги застосування біологічних фунгіцидів:

• не накопичуються у ґрунті та рослинах;
• безпечні для людей, тварин, бджіл;
• можуть діяти не лише як фунгіциди, а й стимулювати ріст та розвиток, індукують системний імунітет;
• зменшення хімічного навантаження на агроценоз;
• дуже низька імовірність виникнення резистентності;
• можливість використання у органічних технологіях.

Недоліки:

• менша ефективність та швидкість дії у порівнянні з хімічними фунгіцидами;
• залежність від умов середовища – посуха, спека, ультрафіолет сильно знижують життєздатність біоагентів;
• коротші терміни зберігання біопрепаратів;
• деякі препарати мають обмежений спектр дії;
• обмеженість у поєднанні з хімічними засобами захисту.

Біоінсектициди та біологічні родентициди – безпечний контроль шкідників.

Мікробіологічні інсектициди являються важливою альтернативою хімічним препаратам у сучасному екологічному землеробстві. Вони базуються на використанні живих мікроорганізмів або їхніх метаболітів, здатних уражати шкідливих комах, не завдаючи шкоди корисній ентомофауні та довкіллю.

Для створення біоінсектицидів використовують як грибні так і бактеріальні культури.

Найбільш розповсюдженими бактеріями у біопрепаратах проти шкідливих комах є Bacillus thuringiensis – найвідоміший мікроорганізм для біоінсектицидів. Його кристалічні δ-ендотоксини паралізують травну систему шкідників: пильщики, білани, галиці, довгоносики, капустяна міль, совки, клопи, кліщі, колорадський жук, листовійки, листоїди, лучний метелик, п'явиці, плодожерки, попелиці.

До грибних ентомопатогенних складових біоінсектицидів відносять наступні.

Beauveria bassiana – уражає велику кількість видів шкідників: попелиці, трипси, колорадський жук, совки, білокрилка, плодожерки, клопи, кліщі.

Metarhizium anisopliae – паразитує на личинках і дорослих стадіях таких шкідників як: колорадський жук, павутинний кліщ, суничний та малиновий довгоносик, цибулева муха, міль, прихованохоботник, пильщики, капустяні клопи, мухи, блошки, хрущі, дротяники.

Віруси.

Ядернополіедрові віруси (NPV) – специфічні до певних видів совок і листовійок. Вони викликають швидку загибель личинок та пригнічують популяцію.

Переваги використання біологічних інсектицидів:

• уражають тільки шкідників, не шкодять бджолам і хижакам-комахоїдам;
• екологічна безпечність та відсутність накопичення у ґрунті чи рослинах;
• можливість інтеграції у системи органічного землеробства;
• зниження ризику розвитку резистентності у шкідників порівняно з хімічними пестицидами.

Недоліки:

• залежність від кліматичних умов: ультрафіолет, висока температура або посуха можуть знижувати ефективність;
• повільніший ефект у порівнянні з хімічними інсектицидами (загибель комах настає через кілька днів – від 2 до 10 діб);
• необхідність правильного зберігання та використання живих культур.

Біологічні родентициди – препарати для боротьби з мишоподібними гризунами, діюча речовина яких це патогенні для них мікроорганізми або біологічних токсинів продуктів життєдіяльності штамів-продуцентів.

Основний біоагент для родентицидів – це Salmonella enteritidis var. Issatschenko. Препарати зазвичай використовуються у формі принад (оброблене зерно), дуже рідко застосовують у формі розчинів. Гризуни з’їдають принаду з сальмонелою, яка потім розвивається у шлунково-кишковому тракті. У процесі життєдіяльності сальмонела виділяє токсичні метаболіти та ферменти, які порушують процеси травлення та обміну речовин, пошкоджують клітини шлункового епітелію. Після цього бактерії потрапляють у кров, розвивається сепсис з ураженням печінки, селезінки, лімфатичних вузлів, відбувається поступова інтоксикація та загибель протягом 5-10 діб. Хворі гризуни стають носіями, розповсюджують сальмонелу через слину та виділення, ланцюговим ефектом інфекція поширюється іншим особинам у популяції, що забезпечує зниження чисельності колоній без додаткових застосувань препарату.

Переваги застосування таких препаратів:

• не діє на людей, свійських тварин;
• має вузьку специфічність;
• не накопичується в довкіллі;
• має епізоотичний ефект завдяки повільній дії.

Недоліки:

• температура, вологість, ультрафіолет негативно впливають на життєздатність мікробіоти;
• при тривалому та неправильному зберіганні бактерії гинуть до контакту з гризунами;
• спеціальні умови виробництва, які обумовлюють відносно високу вартість препарату;
• не підходить для миттєвого знищення гризунів.

Мікробіологічні препарати – перспективні інструменти захисту сільськогосподарських культур, підвищення урожайності культур, покращення властивостей ґрунтів та родючості у цілому, без ризиків погіршення екологічного стану довкілля, поєднують високу ефективність з екологічною безпекою, що робить їх важливим елементом сталого землеробства та органічних виробництв.

Разом із тим, ефективність дії біопрепаратів значною мірою залежить від того, наскільки умови агробіоценозу відповідають потребам мікроорганізмів, що входять до їх складу. Кожна їх група – азотфіксатори, фосфатмобілізатори, антагоністи патогенів, мікоризні гриби чи ентомопатогени – має свої специфічні вимоги до ґрунтово-кліматичних факторів: реакції ґрунту, вологості, температури, аерації та наявності поживних речовин. Саме тому визначення оптимальних умов їх існування в агробіоценозі є ключовим для досягнення максимальної біологічної активності, стабільності популяцій і практичної користі для рослинництва. Для найбільш ефективного захисту посівів варто поєднувати хімічні засоби захисту рослин з біологічними препаратами, що надає змогу отримувати сталі врожаї зі зменшенням хімічного навантаження на екосистеми.

Оптимальні умови ефективної діяльності біоагентів.

Біологічний підхід – ключ до стабільного й екологічно-безпечного землеробства.

Біопрепарати для рослинництва стають ключовим елементом сучасних агротехнологій, які поєднують наукову обґрунтованість, екологічну безпеку та економічну ефективність. Завдяки цілеспрямованому використанню різних груп корисних мікробіологічних агентів – від азотфіксаторів і фосфатмобілізаторів до антагоністів патогенів, ентомопатогенів та мікоризних грибів – агровиробники отримують можливість не лише знижувати залежність від хімічних засобів, а й формувати здоровий, стійкий і продуктивний агробіоценоз.

Правильний підбір і застосування інокулянтів, біофунгіцидів, біоінсектицидів відповідно до оптимальних ґрунтово-кліматичних умов дозволяє максимально реалізувати їхній потенціал: підвищити урожайність і якість продукції, покращити структуру та родючість ґрунту, забезпечити довготривалу екологічну стабільність. Таким чином, біологічні рішення виступають не лише як альтернатива, а як стратегічний ресурс агробізнесу майбутнього – інноваційний інструмент, що забезпечує конкурентні переваги на ринку та відповідає глобальним трендам екологічного землеробства, сталого розвитку й екологічної відповідальності.