Биопрепараты для растениеводства: деструкторы, инокулянты, биофунгициды и биоинсектициды

Меньше пестицидов – больше жизни: новый подход к выращиванию культур.

За последние годы можно заметить мировую тенденцию к снижению использования химических средств защиты растений. В европейских странах и США каждый год разрабатывают программы, которые ограничивают применение пестицидов, отдельные вещества вообще запрещают использовать, импорт продукции, которая содержит остатки некоторых пестицидов, запрещают. И перечень таких действующих веществ ежегодно дополняется новыми.

Вредное воздействие пестицидов на здоровье человека, животных, почвы, водные объекты доказано давно. Помимо негативного влияния на экосистемы через прямое применение пестицидов, установлено, что в результате самого производства пестицидов и удобрений заводы загрязняют воду агрессивными стойкими веществами непосредственно и опосредованно через почву прилегающих территорий, в атмосферный воздух выбрасывается большое количество углекислого газа и других парниковых газов.

Но существует ли стопроцентная альтернатива применению химических веществ в сельском хозяйстве? К сожалению, нет.

Частично можно уменьшить применение химических средств защиты растений, избыточного внесения минеральных удобрений за счёт компенсации биологическими методами – введения в технологию выращивания инокулянтов, биофунгицидов, биоинсектицидов.

Крупные транснациональные компании-производители агрохимикатов всё больше инвестируют в исследования и разработки новых биологических решений, которые компенсируют сокращение применения химических пестицидов, заменяют некоторые действующие вещества, хорошо интегрируются в технологии выращивания культур, что обеспечивает уменьшение негативного влияния на окружающую среду, повышает биологическую активность почв и в целом плодородие, а главное – является для фермера экономически оправданными мерами, что подтверждают отчёты аграриев европейских стран в органическом производстве.

Биопрепараты для растениеводства включают следующие:

деструкторы растительных остатков;
микроорганизмы, которые улучшают питание, рост и развитие растений;
антагонисты возбудителей болезней сельскохозяйственных культур;
биоконтроллеры, продуцирующие токсины или паразитирующие на вредных насекомых, грызунах.

Биологические деструкторы стерни: эффективность, преимущества, применение.

Деструкторы растительных остатков – это биопрепараты на основе бактерий и грибов, продуктов их жизнедеятельности, которые ускоряют процессы разложения растительных остатков, улучшают гумификацию, оздоравливают и улучшают почву.

После внесения деструктора на пожнивные остатки и почву полезные микробы колонизируют субстрат, проникая в клеточные стенки и закрепляясь на почвенных частицах. Микроорганизмы выделяют различные по природе физиологически активные соединения, такие как гидролитические ферменты, органические кислоты, включая продукты разложения, вовлекают их в свой метаболизм и метаболизм аборигенной микробиоты, образуют гумусовые вещества.

Бактерии и грибы – составляющие деструкторов растительных остатков, попадая в почву, продуцируют целлюлазы, ксиланазы, протеазы, органические кислоты, которые расщепляют не только органические остатки, но и растворяют минералы, высвобождая при этом нутриенты. Бактерии работают в широком диапазоне температур, некоторые лучше переносят недостаток влаги, активизируют сапрофитную микрофлору, продуцируют фитогормоны и ингибиторы патогенов, микромицеты лучше продуцируют кислоты, растворяют минералы, эффективны как ингибиторы возбудителей болезней.

Преимущества применения деструкторов растительных остатков:

ускорение разложения растительных остатков, что облегчает последующие агрооперации;
снижение инфекционного фона почвы;
высвобождение органических кислот, гумусовых веществ, питательных элементов;
улучшение структуры почвы;
снижение образования парниковых газов.

Недостатки:

зависимость от влажности и температуры почвы;
при большом количестве растительных остатков микрофлора связывает минеральный азот, что временно снижает его доступность для последующих культур;
для лучшего эффекта необходимо равномерно измельчать остатки и проводить обработку почвы сразу после внесения препаратов.

Биологические инокулянты – основа природного питания и развития культур

Львиную долю биопрепаратов для растениеводства занимают инокулянты для бобовых культур. Основой или действующим веществом этих продуктов являются клубеньковые бактерии Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium (Ensifer), Mesorhizobium, Azorhizobium, Burkholderia. Каждый род перечисленных ризобий имеет специфичность симбиоза, то есть каждой культуре соответствует свой симбионт, например, к симбионтам сои относятся Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium elkanii, Bradyrhizobium diazoefficiens, для гороха – Rhizobium leguminosarum, для нута – Mesorhizobium ciceri, для фасоли – Rhizobium phaseoli.

Инокулянты выпускают в жидкой форме или на сухом носителе. Обычно в качестве носителя используют торф, как стерильный, так и нестерильный. Каждая форма инокулянтов имеет свои преимущества и недостатки, и каждое хозяйство выбирает, учитывая свои технологии выращивания, имеющуюся технику, площади посевов и т.п.

Преимущества торфяных инокулянтов заключаются в том, что торф сохраняет влагу и может поддерживать жизнеспособность в течение длительного периода, имеет хорошую адгезионную способность и хорошо удерживается на обработанных семенах, отсутствуют дополнительные затраты на обработку. Недостатки: нестерильный торф может содержать стороннюю микрофлору, которая может подавлять клубеньковые бактерии; вызывает трудности при посеве пневматическими сеялками; по сравнению с жидкими инокулянтами, образование клубеньков начинается позже.

Преимущества жидких инокулянтов: равномерное нанесение; совместимы с прилипателями, удобрениями, некоторыми пестицидами, другими биопрепаратами; возможно применение экстендеров. Недостатки: чувствительность к условиям хранения, необходимость проверки на совместимость с пестицидами, что обычно неприемлемо для фермера.

Применение инокулянтов на основе клубеньковых бактерий обеспечивает:

повышение урожайности бобовых от 0,2 т/га до 1,0 т/га и качества урожая;
накопление азота в почве от 50 кг/га до 240 кг/га и более;
снижение применения азотных удобрений (не следует применять более 30 кг/га в д.в., так как азотные удобрения способны ограничивать образование клубеньков);
улучшение свойств почвы.

Недостатки и ограничения применения инокулянтов:

зависимость от влажности и температуры почвы;
риск конкуренции с аборигенными автохтонными микроорганизмами;
избыточные дозы азота и применение пестицидов могут ограничивать образование клубеньков и фиксацию азота;
биологические препараты должны храниться при специфических контролируемых условиях.

Инокулянты для других культур. Обычно это биопрепараты, состоящие из нескольких видов биоагентов, которые выполняют отдельные функции, необходимые для оптимального роста и развития растений. В состав таких продуктов часто входят: Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter, Arthrobacter и многие другие. Представители перечисленных родов выполняют как отдельные функции, так и совмещают несколько свойств. Положительное действие на культуры выражается в: обеспечении дополнительным азотом за счёт его фиксации из атмосферы и перевода в доступную форму; разложении труднорастворимых минеральных соединений в почве (фосфориты, апатиты, силикаты), высвобождая подвижный калий и водорастворимый фосфор, так называемая солюбилизация элементов питания; продуцировании фитогормонов (ауксины, цитокинины, гиббереллины), витаминов, аминокислот, экзополисахаридов, сидерофоров, которые усиливают энергию прорастания семян, интенсифицируют рост корней и побегов; индукции системного иммунитета путём активации естественных механизмов, что проявляется в усиленном продуцировании фитогормонов, фитоалексинов, PR-белков и укреплении клеточных стенок; повышении засухоустойчивости за счёт улучшения структуры почвы, микоризации, которая увеличивает площадь поглощения влаги и элементов питания.

Биозащита культур: антагонистические биоагенты против фитопатогенов.

Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma – наиболее распространённые биологические агенты, которые широко используются для создания биофунгицидов. Их действие на вредные объекты может проявляться различными путями. Попадая в почву, бактерии и микроскопические грибы начинают активно развиваться и размножаться, занимая пространство и тем самым не позволяя фитопатогенным организмам разрастаться в почве и на растительных остатках – так называемая конкуренция за субстрат. В процессе роста и развития полезная микробиота продуцирует и выделяет в окружающую среду антибиотики, литические ферменты, различного рода агрессивные метаболиты, которые уничтожают (фунгицидное или бактерицидное действие) или подавляют (фунгистатическое или бактериостатическое действие) развитие вредных микробов. Некоторые виды биоконтроллеров способны прямо паразитировать на фитопатогенных грибах, проникать в клетки патогенов, разрушать их структуры и использовать как источник питания. Чаще всего в коммерческих препаратах используют Trichoderma harzianum, Trichoderma viride, Trichoderma atroviride, Trichoderma asperellum, которые продуцируют хитиназы, протеазы, глюканазы, растворяют клеточные стенки и питаются патогеном. Также известны гиперпаразиты Sclerotinia sclerotiorum, возбудителя склеротиниоза подсолнечника, сои, сахарной свёклы, рапса, которые паразитируют исключительно на склероциях – это Gliocladium roseum, Gliocladium catenulatum, Coniothyrium minitans. На основе последнего изготавливаются препараты отечественными и зарубежными компаниями.

Основные преимущества применения биологических фунгицидов:

не накапливаются в почве и растениях;
безопасны для людей, животных, пчёл;
могут действовать не только как фунгициды, но и стимулировать рост и развитие, индуцируют системный иммунитет;
снижение химической нагрузки на агроценоз;
очень низкая вероятность возникновения резистентности;
возможность использования в органических технологиях.

Недостатки:

меньшая эффективность и скорость действия по сравнению с химическими фунгицидами;
зависимость от условий среды – засуха, жара, ультрафиолет сильно снижают жизнеспособность биоагентов;
более короткие сроки хранения биопрепаратов;
некоторые препараты имеют ограниченный спектр действия;
ограниченность в сочетании с химическими средствами защиты.

Биоинсектициды и биологические родентициды – безопасный контроль вредителей.

Микробиологические инсектициды являются важной альтернативой химическим препаратам в современном экологическом земледелии. Они основаны на использовании живых микроорганизмов или их метаболитов, способных поражать вредных насекомых, не нанося ущерба полезной энтомофауне и окружающей среде.

Для создания биоинсектицидов используют как грибные, так и бактериальные культуры.

Наиболее распространёнными бактериями в биопрепаратах против вредных насекомых являются Bacillus thuringiensis – самый известный микроорганизм для биоинсектицидов. Его кристаллические δ-эндотоксины парализуют пищеварительную систему вредителей: пилильщики, белянки, галлицы, долгоносики, капустная моль, совки, клопы, клещи, колорадский жук, листовёртки, листоеды, луговой мотылёк, пявицы, плодожорки, тли.

К грибным энтомопатогенным составляющим биоинсектицидов относят следующие.

Beauveria bassiana – поражает большое количество видов вредителей: тли, трипсы, колорадский жук, совки, белокрылка, плодожорки, клопы, клещи.

Metarhizium anisopliae – паразитирует на личинках и взрослых стадиях таких вредителей, как: колорадский жук, паутинный клещ, земляничный и малиновый долгоносик, луковая муха, моль, скрытнохоботник, пилильщики, капустные клопы, мухи, блошки, хрущи, проволочники.

Вирусы.

Ядерно-полиэдровые вирусы (NPV) – специфичны к определённым видам совок и листовёрток. Они вызывают быструю гибель личинок и подавляют популяцию.

Преимущества использования биологических инсектицидов:

поражают только вредителей, не вредят пчёлам и хищникам-энтомофагам;
экологическая безопасность и отсутствие накопления в почве или растениях;
возможность интеграции в системы органического земледелия;
снижение риска развития резистентности у вредителей по сравнению с химическими пестицидами.

Недостатки:

зависимость от климатических условий: ультрафиолет, высокая температура или засуха могут снижать эффективность;
более медленный эффект по сравнению с химическими инсектицидами (гибель насекомых наступает через несколько дней – от 2 до 10 суток);
необходимость правильного хранения и использования живых культур.

Биологические родентициды – препараты для борьбы с мышевидными грызунами, действующим веществом которых являются патогенные для них микроорганизмы или биологические токсины продуктов жизнедеятельности штаммов-продуцентов.

Основной биоагент для родентицидов – это Salmonella enteritidis var. Issatschenko. Препараты обычно используются в форме приманок (обработанное зерно), очень редко применяются в форме растворов. Грызуны съедают приманку с сальмонеллой, которая затем развивается в желудочно-кишечном тракте. В процессе жизнедеятельности сальмонелла выделяет токсические метаболиты и ферменты, которые нарушают процессы пищеварения и обмена веществ, повреждают клетки желудочного эпителия. После этого бактерии попадают в кровь, развивается сепсис с поражением печени, селезёнки, лимфатических узлов, происходит постепенная интоксикация и гибель в течение 5–10 суток. Больные грызуны становятся носителями, распространяют сальмонеллу через слюну и выделения, цепным эффектом инфекция распространяется другим особям популяции, что обеспечивает снижение численности колоний без дополнительных применений препарата.

Преимущества применения таких препаратов:

не действует на людей, домашних животных;
обладает узкой специфичностью;
не накапливается в окружающей среде;
имеет эпизоотический эффект благодаря медленному действию.

Недостатки:

температура, влажность, ультрафиолет негативно влияют на жизнеспособность микробиоты;
при длительном и неправильном хранении бактерии гибнут до контакта с грызунами;
специальные условия производства, которые обусловливают относительно высокую стоимость препарата;
не подходит для мгновенного уничтожения грызунов.

Микробиологические препараты – перспективные инструменты защиты сельскохозяйственных культур, повышения урожайности культур, улучшения свойств почв и плодородия в целом, без рисков ухудшения экологического состояния окружающей среды, сочетают высокую эффективность с экологической безопасностью, что делает их важным элементом устойчивого земледелия и органических производств.

Вместе с тем эффективность действия биопрепаратов в значительной степени зависит от того, насколько условия агробиоценоза соответствуют потребностям микроорганизмов, входящих в их состав. Каждая их группа – азотфиксаторы, фосфатмобилизаторы, антагонисты патогенов, микоризные грибы или энтомопатогены – имеет свои специфические требования к почвенно-климатическим факторам: реакции почвы, влажности, температуры, аэрации и наличию питательных веществ. Именно поэтому определение оптимальных условий их существования в агробиоценозе является ключевым для достижения максимальной биологической активности, стабильности популяций и практической пользы для растениеводства. Для наиболее эффективной защиты посевов следует сочетать химические средства защиты растений с биологическими препаратами, что позволяет получать стабильные урожаи с уменьшением химической нагрузки на экосистемы.

Оптимальные условия эффективной деятельности биоагентов.

Азотфиксаторы (симбиотические и ассоциативные): Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Mesorhizobium spp., Sinorhizobium spp., Azotobacter spp., Azospirillum spp.	6,0–7,5, Azotobacter и Azospirillum могут выдерживать незначительное подщелачивание среды	60–80% от ПВ, плохо выдерживают засушливые условия	22–30 °C (оптимум для образования клубеньков и фиксации N2)	Rhizobium – микроаэрофилы в клубеньках, Azotobacter – аэробы, Azospirillum – микроаэрофилы.
Фосфор- и калий-мобилизаторы: Bacillus spp., Paenibacillus spp., Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Arthrobacter spp., Aspergillus spp.	оптимально 6,0–7,5; грибы (Aspergillus, Penicillium) работают и при более кислой среде pH (5,0–6,0)	60–80% от ПВ, но Bacillus и Paenibacillus выдерживают пересыхание благодаря спорам	20–30 °C	облигатные аэробы (бациллы, грибная биота), факультативные анаэробы (энтеробактерии)
Биоконтроллеры патогенов (бактерии и грибы-антагонисты): Bacillus spp., Pseudomonas spp., Enterobacter spp., Gliocladium sp., Trichoderma spp.	6,0–7,5 (грибные культуры «работают» даже в слабокислой среде 5,0)	60–80% от ПВ, повышенная влажность в почве и ризосфере стимулирует развитие грибов-антагонистов	22–30 °C, Trichoderma активны при 25–28 °C	аэробы (Bacillus – факультативные)
Энтомопатогенные микроорганизмы: Bacillus thuringiensis, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae.	6,0–7,5; Beauveria и Metarhizium выдерживают более кислую среду до 5,5.	60–80% от ПВ, повышенная влажность почвы и воздуха способствует прорастанию спор грибов	Bacillus thuringiensis – 25–30 °C; Beauveria и Metarhizium – 22–28 °C (оптимум для заражения насекомых).	аэробы
Микоризные грибы (VAM, арбускулярная микориза): Glomus intraradices, G. etunicatum, G. claroideum, G. Luteum	Оптимум 6,0–7,0, но могут функционировать в более широком диапазоне – от 5,0 до 8,0.	50–80% от ПВ, выдерживают периоды засухи	оптимум 20–30 °C	требуют хорошо аэрированной почвы
Актиномицеты и продуценты антибиотиков: Streptomyces spp.	Оптимум 6,5–7,5, но отдельные штаммы могут выдерживать pH 8,5 и выше.	60–80% от ПВ, не любят переувлажнения	22–28 °C	облигатные аэробы
Молочнокислые и энтерококки (биопротекторы, антагонисты): Lactobacillus spp., Enterococcus spp.	5,5–6,5; молочнокислые могут развиваться при снижении pH даже до 3,5	60–80% от ПВ	25–37 °C (теплолюбивые)	факультативные анаэробы, могут расти без кислорода, но значительно медленнее

Биологический подход – ключ к стабильному и экологически безопасному земледелию.

Биопрепараты для растениеводства становятся ключевым элементом современных агротехнологий, которые объединяют научную обоснованность, экологическую безопасность и экономическую эффективность. Благодаря целенаправленному использованию различных групп полезных микробиологических агентов – от азотфиксаторов и фосфатмобилизаторов до антагонистов патогенов, энтомопатогенов и микоризных грибов – агропроизводители получают возможность не только снижать зависимость от химических средств, но и формировать здоровый, устойчивый и продуктивный агробиоценоз.

Правильный подбор и применение инокулянтов, биофунгицидов, биоинсектицидов в соответствии с оптимальными почвенно-климатическими условиями позволяет максимально реализовать их потенциал: повысить урожайность и качество продукции, улучшить структуру и плодородие почвы, обеспечить долгосрочную экологическую стабильность. Таким образом, биологические решения выступают не только как альтернатива, а как стратегический ресурс агробизнеса будущего – инновационный инструмент, который обеспечивает конкурентные преимущества на рынке и соответствует глобальным трендам экологического земледелия, устойчивого развития и экологической ответственности.

Другие новости