Не стоит преуменьшать роль минеральных удобрений, прежде всего азотное удобрение, в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений, ведь в большинстве аграрных регионов урожаи культур определяются запасом в почве азота, которого обычно очень мало.
Вместе с тем, коэффициент его использования растениями довольно низкий: из общего количества внесенного в почву этого элемента питания растения потребляют не более 40-50%, остальное трансформируется в газообразные соединения, выветривается в атмосферу или вымывается из почвы и загрязняет водоемы. Эти потери растут с внесением увеличенных доз азотных удобрений и могут вызвать серьезную экологическую опасность, что негативно сказывается на здоровье людей. Кроме того, промышленный синтез азотных туков требует высоких затрат импортируемых и невозобновляемых энергетических ресурсов. Это приводит к значительному удорожанию себестоимости конечной продукции, ведь из всех энергозатрат для нужд сельского хозяйства около 30% приходится на производство химических азотных удобрений.
Осознание этого заставляет сегодня пересмотреть соотношение использования химического и биологического азота в пользу последнего. Так биологическая азотфиксация — единственный путь обеспечения растений азотом, который не только не затрагивает экологию среды, но и позволяет существенно уменьшить затраты энергии и сырья на производство минеральных азотных удобрений. Таким образом, увеличение доли биологического азота способствует уменьшению техногенной нагрузки на окружающую среду, снижению энергозатрат на производство сельхозпродукции. Биологический азот нашел широкое применение не только в системе интенсивных технологий, но и в технологиях, которые предусматривают получение экологически чистой продукции растениеводства (органическое земледелие). Поскольку применение в таком случае минеральных удобрений недопустимо, то биологический азот, который фиксируется бульбочковыми бактериями, является, по сути, единственным и главным источником получения рентабельных, экологически чистых урожаев.
Этот вектор для Украины, как ни для какой другой страны мира, имеет чрезвычайное значение, учитывая кабальную цену на газ и слишком устаревшую энергозатратную технологию производства азотных удобрений.
Несмотря на значительные преимущества биологической азотфиксации по сравнению с минеральными азотными удобрениями, есть ряд лимитувальних факторов, ограничивающих ее эффективность.
Во-первых, процесс формирования клубеньков по своей сути является инфекционным. Проникновение бактерий в период формирования симбиоза активизирует защитные механизмы в растении и таким образом вызывают задержание их развития на три-пять дней. При обработке семян следует использовать инокулянты для сои, разработанные для конкретной культуры, и придерживаться оптимального соотношения объемов рабочей суспензии препарата и семян, поскольку при чрезмерной увлажненности может нарушиться норма его высева. Также не стоит применять как клейкий агент силикатный клей и токсичные для микроорганизмов жидкие комплексные удобрения.
Во-сторых, эффективность симбиотических систем в значительной степени зависит от погодных условий и типа почвы. Оптимальная температура для образования пузырьков у растений — в пределах 10 … 24 °С. При низких температурах клубеньки могут образовываться, но азотфиксация в них не происходит. В условиях низких значений рН почвы у ризобий наблюдается ослабление или утрата вирулентности, что приводит к уменьшению эффективности инфицирования растений. Оптимальное значение рН находится в пределах 5,5-6,5. Засоление почв, особенно вторичное, возникающее при нарушении режимов орошения, также подавляет распространение и эффективность различных видов клубеньковых бактерий.
В-третьих, процесс азотфиксации требует затрат большого количества энергии. С одной стороны, благодаря симбиотическим взаимоотношениям микроорганизмы для восстановления инертной молекулы азота атмосферы получают возможность использовать энергию света, преобразованного фотосинтетического аппарата растения-хозяина. В свою очередь, продукты азотфиксации, которые транспортируются в надземную часть растения, положительно влияют на процесс фотосинтеза, распределения фотоасимилятов и азотсодержащих веществ между органами растения и в конечном счете могут повышать производительность бобовых растений. Вместе с тем, коэффициент использования энергетических субстратов на азотфиксации у клубеньковых бактерий составляет 10-12%. Расчеты показывают, что на 1 г фиксированного азота бобовые растения тратят 12 г органического углерода. Итак, хотя азотфиксация снижает себестоимость сельхоз продукции, растению такой «диетический» азот «стоит» достаточно дорого.
Еще одной распространенной ошибкой при проведении инокуляции семян сои является попытка производителя совместить в одном технологическом процессе применения микробных препаратов с другими агроприемы, например с одновременным внесением большого количества органических и минеральных удобрений и тому подобное. Строчное внесение суперфосфата или аммофоса во время посева бактеризованных семян могут негативно повлиять на формирование растительно-микробной системы. Неправильное применение минеральных азотных удобрений под бобовые культуры может свести на нет эффективность бактеризации.
Несмотря на это, на сегодняшний день во всем мире наблюдается повышенный интерес к биологическим препаратам для сельского хозяйства. В индустриально развитых странах, несмотря на их большие возможности по применению минеральных удобрений, вопросу биологизации сельскохозяйственного производства уделяется огромное внимание, о чем свидетельствуют мировые объемы производства препаратов на основе азотфиксирующих бактерий — более 60 млн гектарных порций. В то же время в Украине только до 40% семян бобовых культур инокулируется бульбочковими бактериями и доля отечественных инокулянтов не превышает 10%.
Эффективность бактериальных препаратов определяется рядом показателей, на которые следует обратить внимание при приобретении инокулянта для сои, в частности:
- Основным фактором эффективности биопрепаратов являются штаммы азотфиксирующих микроорганизмов. Успешность симбиоза зависит от наличия у клубеньковых бактерий таких свойств:
— специфичность по выбору растения-хозяина с способностью вступать — в симбиоз с четко определенным количеством видов бобовых растений;
— вирулентность и конкурентоспособность — способность проникать в корень растения-хозяина и вызывать образование пузырьков при наличии других штаммов этого же вида и местных рас клубеньковых бактерий;
— азотфиксирующих активность — способность превращать молекулярный азот в азотсодержащие соединения благодаря деятельности специальных ферментных систем;
— эффективность — способность повышать урожай и содержание азота (белка) у растения-хозяина, что связано с передачей ему соединений азота и биологически активных веществ;
— комплиментарность — эффективность взаимодействия с разными сортами соответствующих растений.
- Одним из условий высокой эффективности бактериальных удобрений является их стерильность. Контаминация (загрязнение) препаратов другой микрофлорой (опасными являются споры грибов) снижает, в первую очередь, эффективность нитрогеназного (азотфиксирующего) комплекса бактерий и только потом влияет на их вирулентность и конкурентоспособность к диким расам почвенных микроорганизмов.
Количество бульбочек на корнях растений не является показателем эффективности препаратов. Например: штамм-стандарт Bradyrhizobium japonicum 634б формирует на корнях растения от 30 до 60 клубеньков и обеспечивает фиксацию 150-250 кг/га азота штамма Bradyrhizobium japonicum 604К формирует от 700 до 2000 пузырьков и обеспечивает фиксацию азота на уровне 5-10 кг/га. Наличие розового цвета на срезе пузырьков (содержание леггемоглобин) не является критерием оценки эффективности биологических препаратов, а лишь указывает на наличие сформированного азотфиксирующего аппарата.
- Важное значение имеет и срок хранения препарата. Даже в условиях полной стерильности препарат содержит живую культуру микроорганизмов, обладает способностью постоянно расти. При достижении определенной концентрации в препарате бактерии перестают размножаться, начинают стареть и отмирать. Токсины, образованные в результате разложения бактериальных клеток, в значительной степени снижают симбиотические свойства живых бактерий. По этой причине бактериальные препараты, которые имеют срок хранения более 1 года, хотя и являются активными, однако в значительно меньшей степени, чем только выращенные микроорганизмы. Поэтому бактериальные удобрения под бобовые и зерновые культуры изготавливают на основе высокоактивных, высокоэффективных и конкурентоспособных штаммов микроорганизмов с соблюдением условий полной стерильности и непосредственно перед началом посевной кампании.
Внекорневое питание растений