Розділ «8.4. Мікробні препарати»

У сучасних системах землеробства пріоритетними мають бути екологічно безпечні природоохоронні технології вирощування сільськогосподарських культур. У зв'язку з цим дедалі більшого поширення набувають мікробні препарати на основі агрономічно корисних мікроорганізмів. Поряд з органічними добривами їм належить важлива роль у підвищенні продуктивності сільськогосподарських культур і родючості ґрунтів. Мікробні препарати – це високоефективні корисні мікроорганізми, які цілеспрямовано поліпшують умови живлення рослин. Крім того, відносно низька вартість, висока окупність, простота застосування, безпечність для навколишнього природного середовища зумовлюють їх значне поширення. Так, у країнах Євросоюзу мікробні препарати використовують на третині площ, зайнятих сільськогосподарськими культурами.

На важливе значення корисних ґрунтових організмів у формуванні родючості ґрунту звертали увагу В. В. Докучаев і П. А. Костичев. У нарисі "До питання про відкриття в російських університетах кафедр ґрунтознавства і вчення про мікроорганізми" В. В. Докучаев зазначав, що безперечно в ґрунт разом з гноєм вносяться і бактерії, значення яких, мабуть, не менше,ніж удобрювальних речовин. П. А. Костичев у своїх дослідженнях встановив важливе значення мікроорганізмів у формуванні біологічної активності ґрунтів. Він довів, що вони розкладають рослинні рештки, синтезують складні органічні сполуки, в тому числі й біологічно активні речовини, які сприяють розвитку рослин.

Перші спроби використання мікроорганізмів для підвищення врожаю сільськогосподарських культур стосувалися бульбочкових бактерій. Застосовували такий метод: при переході на нову ділянку для вирощування бобових культур насіння перемішували з ґрунтом попередньої ділянки або збирали бульбочки, подрібнювали їх і обробляли насіння. Перший мікробний препарат, що містив культури кількох видів бульбочкових бактерій, був виготовлений наприкінці XIX ст. в Німеччині й отримав назву нітрагін, а процес обробки насіння було названо нітрагінізацією.

Мікробні препарати, що застосовуються в рослинництві, умовно поділяють на групи: препарати для оптимізації живлення рослин (на основі азотфіксувальних і фосфатмобілізувальних мікроорганізмів), рістстимулювальні препарати на основі мікроорганізмів – продуцентів біологічно активних речовин, фітогормонів (ауксини, гібереліни), препарати для захисту рослин від хвороб і шкідників (фунгіциди, інсектициди та ін.).

Взаємодія вищих рослин і мікроорганізмів досить поширена. Велика кількість ендофітних мікроорганізмів заселяє тканини рослин. У результаті такої взаємодії у рослин ліпше, ніж у тварин, виявляється фізіологічна адаптація.

Бактерії, що заселяють кореневу систему, утворюють своєрідний біологічний "чохол" – ризосферу і є посередниками між ґрунтом і рослинами у забезпеченні їх поживними речовинами. Саме мікроорганізми перетворюють деякі складні сполуки на прості, доступні для живлення рослин, беруть участь у складних біохімічних процесах, що відбуваються в ґрунті. Вони є основою для виробництва бактеріальних препаратів, які після внесення в ґрунт створюють у зоні кореневої системи осередки корисної мікрофлори. В оточенні повноцінного комплексу мікроорганізмів рослини отримують необхідне кореневе живлення і, як наслідок, підвищують свою продуктивність. Заселивши кореневу систему (тобто, захопивши екологічну нішу), вони не допускають упродовж тривалого часу хвороботворні мікроорганізми до інфікування рослин. Крім того, бактеризовані рослини значно стійкіші до розвитку і прояву хвороб унаслідок поліпшення їх імунного стану. Позбавлення рослин необхідної мікрофлори може призвести до зниження інтенсивності кореневого живлення до 15 разів (В. В. Волкогон, 2013).

Діяльність корисних мікроорганізмів багатогранна. Особливо актуальним є широке використання здатності мікроорганізмів до засвоєння молекулярного азоту з атмосфери. Це дає змогу вирішити важливу проблему – створення достатньої кількості білка.

Мікробіологічна фіксація атмосферного азоту – екологічно чистий спосіб забезпечення ним рослин. Він потребує відносно невеликих енергетичних витрат. Газоподібний азот становить більшу частину повітря. Так, над кожним гектаром землі його міститься 80 тис. т. Він майже недоступний для більшості вищих рослин. Молекули азоту хімічно інертні, а хімічні зв'язки між його атомами досить стійкі. Потрібні великі зусилля, щоб їх розірвати і фіксувати азот. На відміну від промислових установок, де відновлення молекулярного азоту до аміаку здійснюється за високих температури і тиску, в біологічних система зв'язування газоподібного азоту відбувається за звичайних тиску і температури.

За джерелами доступної енергії азотфіксувальні мікроорганізми умовно поділяють на дві групи: авто- та гетеротрофи. Автотрофи (ціанобактерії і фотосинтезу- вальні анаеробні бактерії) мають істотне значення лише на перезволожених ґрунтах, де фіксують до 20–50 кг/га азоту за рік. Проте в природі найпоширеніші гетеротрофні фіксувальні організми. Азотфіксувальну активність у фітоплані – ризосфері (прикореневій зоні) і філосфері (на поверхні листків) небобових рослин називають асоціативною азотфіксацією. Експериментально це підтверджено беззмінним вирощуванням небобових культур. При цьому вміст азоту в ґрунті значно не знижується, незважаючи на щорічне вилучення його з урожаєм, тоді як під паром його вміст безперервно зменшується. Першою розпочала роботу в цьому напрямі бразильська вчена Ж. Доберейнер (1975) із мікроорганізмами, у складі яких переважали бактерії роду Azospirillum. Пізніше було встановлено, що крім азоспірили до групи асоціативних азотфіксаторів належить велика кількість гетеро- й автотрофних бактерій – Achromobacter, Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas, Klebsiell та ін. Застосування препаратів на їх основі сприяє зростанню активності азотфіксації в кореневій зоні рослин у 2–3 рази. Звісно, масштаби фіксації атмосферного азоту в ризосфері небобових культур навіть за умов передпосівної бактеризації не можна порівняти з масштабністю цього процесу в агроценозах з бобовими. Продуктивність азотфіксації злаковими культурами може становити лише 20–40 кг/га азоту, що недостатньо для формування повноцінного врожаю. Проте якщо врахувати, що фіксований бактеріями азот надходить безпосередньо до рослин, то його ефективність значно перевищить користь аналогічної дози внесеного в ґрунт азоту мінеральних добрив.

Обсяги фіксації азоту асоціативною мікрофлорою досить значні – 30–40 кг/га азоту за рік.

Нині встановлено процес фіксації азоту ризосферою кукурудзи, пшениці, рису, сорго, а також деякими видами тропічних трав. Відомо понад 200 видів небобових рослин, в яких відбувається азотфіксація в прикореневій зоні. Таким шляхом, мабуть, відбувається поповнення запасів азоту в ґрунті у більшості природних екосистем.

Українські вчені на чолі з В. П. Патикою виділили з ризосфери деяких сільськогосподарських культур високоактивні штами асоціативних мікробів- азотфіксаторів і на їх основі розробили низку бактеріальних препаратів: ризоагрін (для оброблення насіння пшениці й рису); ризоентерин (для передпосівного оброблення насіння ячменю й рису); флавобактерин (для пшениці, буряку кормового, трав); агрофіл (для огірка, помідора, перцю, салату та інших овочевих культур).

На поверхні листків рослин також відбувається несимбіотичне гетеротрофне зв'язування мікроорганізмами атмосферного азоту. Внесок його у загальний баланс азотонакопичення в системі рослина–мікроорганізми не перевищує 15 %. Найпродуктивнішим є симбіоз бульбочкових бактерій (Rhizobium) з бобовими рослинами. За оптимальних умов біологічна фіксація азоту досягає 300 кг/га і більше за рік (табл. 8.2).

Таблиця 8.2. Ефективність симбіотичної азотфіксації для різних бобових культур (І. А. Тихонович, 2007)

У зв'язку з великими енерговитратами на виробництво мінеральних азотних добрив, виникає потреба у підвищенні частки біологічного азоту в урожаї сільськогосподарських культур.

У ґрунті полів зазвичай поширені бульбочкові бактерії тих бобових культур, які на них перед цим вирощували. У дуже малих кількостях вони можуть переноситися у мікротріщинах насіння, куди потрапляють з ґрунту за комбайнового збирання врожаю. Здебільшого аборигенні бактерії неактивні або малоактивні. Застосування підвищених норм мінеральних добрив і пестицидів негативно впливає на життєдіяльність корисної ґрунтової мікрофлори, зокрема на бульбочкові бактерії. Тому застосування препаратів бульбочкових бактерій є важливим агротехнологічним заходом для вирощування бобових культур. На нових місцях їх вирощування ефективність бактеризації може сягати 50 і навіть 100 %. Якщо на полі в останні роки вже вирощувалась культура, позитивна дія біопрепарату на формування врожаю зменшується, оскільки частина бульбочок на коренях рослин утворюватиметься за рахунок ґрунтових малоактивних мікроорганізмів. Якість біопрепарату в цьому разі має бути особливо високою.

Бактеріальні препарати розрізняють за препаративною формою: сухі, рідкі, желеподібні. Рідкі форми застосовувати простіше і зручніше, але торф'яні препарати ефективніші, особливо за сумісного використання з пестицидами, оскільки зменшується площа контакту торф'яної мікрочасточки з насіниною. Форма інокулянту також прямо залежить від типу висівного механізму сівалки: якщо він пневматичний – ліпше застосовувати рідкий препарат.

Сухі препарати виготовляють на основі торфу. Вони забезпечують стабільність і життєдіяльність ризобіальних тканин до 2 років. Залежно від препарату торф'яний субстрат може бути стерильним. Нестерильні інокулянти дешевші й, відповідно, менш ефективні, ніж препарати на основі стерильного торфу. Сухі препарати змішують із зерном вручну безпосередньо у кузові зернонавантажувача або в сівалці перед сівбою. Проте якість такої інокуляції низька, бо дуже важливо рівномірно розподілити препарат по всій масі насіння.

Якість оброблення препаратом підвищується, якщо насіння заздалегідь зволожити. Для цього використовують різні засоби – від совкової лопати, ранцевого обприскувача і бетонозмішувача (для невеликих площ) до механічних протруйників насіння і зернонавантажувачів. Недолік останніх – часткове травмування насіння.