Микробиологические препараты. Что это?

Микробиологические препараты в биологизации земле (сокр.)

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ РОССИИ

А.Е.Казаков, В.Б.Петров, В.К.Чеботарь,

ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии,
196608, Санкт-Петербург-Пушкин 8. шоссе Подбельского 3

Полемика вокруг необходимости экологизации сельского хозяйства ведется в России не первое десятилетие. Уже к началу 80-х годов прошлого столетия экологи предупреждали, что главным загрязняющим фактором окружающей среды в стране является сельскохозяйственное производство. Вследствие последовательного проведения программ химизации, механизации и мелиорации химическая нагрузка на поля и на иные компоненты агроландшафта (включая лесные насаждения, почвенные и грунтовые воды, водоемы, биоту) росла в геометрической прогрессии.

В фазу ускоренного перехода к рыночной экономике, сопряженного с практически полным отсутствием государственной поддержки отечественного сельскохозяйственного производителя, количество и ассортимент применяемых в земледелии химических удобрений и пестицидов резко сократились. Соответственно, устойчиво сокращался в 90-е годы и объем сельскохозяйственного производства. Были серьезно нарушены все составляющие звенья современного сельского хозяйства: наука, система селекции и сортоиспытания, семеноводческие и племеноводческие структуры, опытные станции, производства, опытно-производственные хозяйства, сократилась площадь интенсивно используемых земель.

Руководство страны серьезно задумалось о перспективах развития отечественного сельского хозяйства, когда встал вопрос о продовольственной независимости страны: затраты на импорт продовольствия, средств химизации подошли к критической отметке, тяжелым бременем легли на бюджет. В настоящее время уже во многих регионах разработаны или разрабатываются и успешно реализуются программы стимуляции развития сельскохозяйственного производства. Как следствие, появились современные высокопродуктивные сельхозпредприятия, которые, как правило, используют современные интенсивные технологии выращивания с/х культур — посадочный материал, технику, средства защиты. Постепенный рост объема сельхозпроизводства в сочетании с рекордными урожаями зерновых в значительной степени снял угрозу продовольственной безопасности страны. Получение высоких урожаев овощей, фруктов, картофеля однозначно сопряжено с необходимостью внесения высоких доз минеральных удобрений и химических пестицидов, поэтому качество и полезность такой продукции не всегда соответствует предельно допустимым нормам наличия всевозможных продуктов химического синтеза.

Работая в условиях рыночной экономики, отечественные сельхозпроизводители должны задуматься о завтрашнем дне рынка продовольствия. Жесткие законы рынка обязывают постоянно заботиться:

 

  • о целенаправленном замещении импорта продовольственных ресурсов, с внутреннего рынка по тем позициям, которые могут производиться в России;
  • о выводе продовольственного потенциала РФ на мировой рынок с высококачественной конкурентоспособной продукцией.

 

21 век уже объявлен веком биотехнологий. Однако реальных достижений в сфере агробиотехнологий, производстве экологически безопасной продукции растениеводства в России пока не много.

В развитых странах мира в последнее время значительно возрос интерес к производству экологически безопасной сельскохозяйственной продукции. Основными потребителями этой продукции являются обеспеченные слои общества, поскольку стоимость таких продовольственных ресурсов заметно выше произведенного по традиционным технологиям с применением множества химических агентов. В странах ЕС, Японии, США и Южной Корее на государственном уровне ставится вопрос о постепенном переводе агропромышленного сектора экономики на альтернативные методы и технологии ведения сельского хозяйства. Вектор направленности социально-экологической политики АПК России на сегодняшний день тоже меняется в сторону экологизации и стимулирования биодинамических и органических систем земледелия. Спрос на экологически чистую сельскохозяйственную продукцию постоянно растёт. В Европе к 2010 году 30% сельскохозяйственных земель будет использоваться под органическое земледелие. В настоящее время, 20% австрийского сельского хозяйства — органическое, в 2005 г. благодаря государственной программе поддержки аграрное производство на основе принципов щадящего земледелия достигло 10% (в некоторых землях она уже составляет 50%). Дания ставит цель достичь таких показателей в 2010 году. Органическое сельское хозяйство — наиболее быстрорастущий сектор в австрийской экономике, и единственный растущий сектор в экономике Великобритании, где уже существует 445 органических ферм (в Англии и Уэльсе). В швейцарском сельском хозяйстве доля органического земледелия составляет 7,8%. Мировой объем продаж продуктов органического земледелия составляет 25 миллиардов долларов в год. И дело идет к тому, что в 2010 году эта цифра будет составлять около 150 миллиардов долларов в год. В Великобритании в 1998 году объем продаж продукции органического земледелия оценивался в 300 миллионов долларов к 2002 году эта цифра составила около 0.9 миллиарда (+300% за четыре года). Органические системы земледелия могут быть более прибыльными за счет следующих факторов: меньшая доля отходов, более стабильные прогнозируемые урожаи, большая устойчивость к стрессовым факторам, — засуха, либо чрезмерно дождливый год. Более того, исследования показали, что потребители по всему миру готовы платить большую цену за продукцию органического земледелия. Например, закупочные цены на «органическую» кукурузу (США) были выше, чем на обыкновенную:
— 1995 г. на 35%
— 1996 г. на 44%
— 1997 г. на 77%.

Цены на «органическую» чистую сою Клин Хилум (этот тип сои используется японцами для приготовления тофу — соевого творога) более чем в 2 раза превышали стоимость остальной сои в 1995 и 1997 годах.

В процессе реформирования российского сельского хозяйства производители сельскохозяйственной продукции из-за нехватки материальных ресурсов были вынуждены отказываться от применения необходимых доз минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Это имело и свои положительные стороны, так как за прошедшие годы почва очистилась от накопившихся остатков пестицидов и нитратов. Поэтому сейчас целесообразно предложить сельхозпроизводителям перспективные агротехнологии с разумным применением необходимых доз минеральных удобрений и пестицидов, а там где это можно, заменить их использование внесением органических, биоорганических удобрений, применением биологических препаратов и средств защиты растений. Это связано с тем, что для выхода российской сельскохозяйственной продукции на Европейский и Мировой рынок продовольствия необходимо сертифицировать продукцию в соответствии с международными экологическими стандартами.

В государствах, недостаточно богатых для того, чтобы выделять бюджетные средства на производство экологически чистого продовольствия, вопрос о внедрении органического земледелия обычно ставится следующим образом: либо производить продовольствие в достаточном количестве с использованием интенсивных технологий, ухудшая экологическую ситуацию, либо использовать альтернативные технологии и производить высококачественные продукты питания, но не в достаточном количестве, а остальное продовольствие импортировать. Подобная постановка вопроса выгодна крупнейшим международным концернам, производителям химических пестицидов и недальновидным хозяевам. Нельзя отождествлять современные биоорганические системы земледелия с возвратом на полтора века назад — к серпу, подсеке, конной тяге. 20-й век, помимо прочего, был и веком прорыва в сельскохозяйственных науках. Поэтому правильная постановка проблемы иная — как, используя достижения науки, накопленный поколениями земледельцев опыт. Необходимо обеспечить широкое внедрение экологически ориентированных систем землепользования, при которых обеспечивается высокий и стабильный уровень сельскохозяйственного производства, не наносится урон окружающей среде.

Современное сельское хозяйство более чем плотно завязано на применение широкого спектра химических препаратов (по образному выражению сидит на химической игле). Это — минеральные удобрения, пестициды, дефолианты, химические консерванты кормов, кормовые добавки, химические мелиоранты и др. Большинство животноводов и растениеводов не представляют, как вести современное высокопродуктивное хозяйство без использования химических препаратов. Тем не менее, такое возможно. Важно выбрать стратегию перехода к альтернативным системам ведения сельского хозяйства, точно определить не только гуманистическую и экологическую, но и экономическую составляющую внедрения экологически ориентированных систем сельского хозяйства.

Существует два принципиальных момента, позволяющих надеяться, что именно Россия в ближайшем будущем может стать европейским лидером в производстве экологически безопасного продовольствия. Прежде всего, это практически неограниченная в масштабах Европы площадь земель, пригодных для обработки, и следовательно, возможность избавиться от необходимости получения сверхвысоких, но полученных с помощью химии урожаев. Площадь сельхозугодий позволяет получать нормальные урожаи экологической продукции с заданными свойствами при условии повсеместного внедрения в практику современных достижений микробиологической науки. Во-вторых, большая часть интенсивно используемых сельхозугодий за прошедшее десятилетие в условиях сниженной или отсутствующей хемогенной нагрузки прошла фазу естественной самоочистки. Европейский Союз выделяет значительные средства на перевод фермерских хозяйств с обычного на биоорганическое земледелие, сознательно идя на сокращение валового объема производимой сельскохозяйственной продукции. В России такой проблемы при грамотной эксплуатации земель не возникнет.

Таким образом, развитие и внедрение экологически ориентированных систем сельского хозяйства, получение экологически чистых продуктов питания является одним из наиболее перспективных направлений развития современного сельского хозяйства и одновременно фактором, страхующим отечественное сельское хозяйство от кризисов, регулярно потрясающих рыночную экономику.

Биологические препараты в экологически ориентированных системах сельского хозяйства

В течение последних лет, характеризующихся всплеском моды на все «экологическое», отечественный рынок заполнился десятками различных препаратов, называемых биологическими. Рыночные правила приводят к тому, что многим группам веществ и материалов в рекламных целях присваиваются несуществующие или просто нехарактерные свойства. В магазинах можно найти упаковки некоего органогенного субстрата объемом в 3 литра, заменяющего 1 тонну навоза, препараты, которые одновременно содержат по 50-80 штаммов «полезных микробов» и поднимают урожай в 5-10 раз, лечат при этом облысение, отмывают посуду, облегчают глажение белья и т.д. и т.п. А новейшие высокоэффективные разработки российских ученых, микробиологические препараты нового поколения остаются в дорогостоящей рекламной тени подделок. Очень часто биопрепаратами называют биологически-активные вещества, полученные из любого органического сырья (торфа, угля, сапропеля, биогумуса ). К биологическим препаратам (по мнению биологов) необходимо относить препараты, содержащие живые культуры специально отобранных полезных микроорганизмов с заданными контролируемыми свойствами.

На протяжении многих лет ведутся дискуссии, как точнее определить и классифицировать системы земледелия, в которых производятся экологически безопасные продукты питания и где применение агрохимикатов, пестицидов и мелиорантов запрещено или разумно минимизировано до пределов, не наносящих ущерба окружающей среде и здоровью человека. Такие системы можно назвать экологически ориентированными системами сельского хозяйства. Попробуем их определить через свойства используемых препаратов для повышения эффективности земледелия.

Все препараты, используемые в сельском хозяйстве, вызывают после их применения целую серию разнонаправленных эффектов. По направленности и ожиданию воздействия эти эффекты могут быть разделены на группы:

 

  1. положительные прямые, программируемые с той или иной точностью;
  2. положительные побочные;
  3. отрицательные побочные, ожидаемые с той или иной вероятностью;
  4. отрицательные косвенные, непрограммируемые.

 

Внутри названных групп эффекты могут подразделяться по срокам их проявления:

 

  • краткосрочные — проявляющиеся в течение одной или серии фаз вегетации или одного периода вегетации;
  • среднесрочные — проявляющиеся в течение более чем одного периода вегетации;
  • долгосрочные (пролонгированные) — эффект наблюдается или проявляется в течение нескольких лет после применения препарата.

 

Соотношение различных эффектов в конечном итоге определяет суммарную краткосрочную и долгосрочную эффективность и целесообразность применения препарата в сельском хозяйстве в целом или в данной отрасли (Табл.1,2).

К примеру, большая часть химических пестицидов имеет достаточно точно прогнозируемую биологическую эффективность, целенаправленно подавляет определенные группы вредителей и болезней. Параллельно идет подавление полезной микрофлоры, мезо- и макрофауны, отслеживаемое как в год применения препаратов, так и в течение ряда последующих лет. Происходит упрощение структуры агробиоценоза, грозящее непредсказуемыми, но скорее всего отрицательными последствиями. Значительная часть химических пестицидов обладает мутагенной активностью, следствием которой является появление резистентных штаммов фитопатогенных микроорганизмов. Минеральные удобрения, безусловно необходимы для обеспечения культурных растений элементами питания. В то же время, большинство удобрений является физиологически кислыми, внесение их в повышенных дозах подкисляет почвы, способствует замене части бактериальной микрофлоры грибной, что приводит к стартовому отравлению культурной растительности, стимулирует активной рост сорняков. О побочных эффектах химизации сказано достаточно: загрязнение почвенных и грунтовых вод, исчезновение полезных насекомых и др. Даже применение таких безобидных веществ как гуминовые препараты, обладающих пока одной выявленной функцией — стимуляцией роста — имеет побочные отрицательные эффекты. Описаны случаи стимуляции роста сорняков, превосходящие стимуляцию роста культурных растений, а также увеличение заболеваемости растений, поскольку гуминовые вещества являются прекрасным субстратом-подкормкой для многих микроорганизмов, в том числе фитопатогенных.

Суммарное количество побочных отрицательных эффектов от применения многих химических препаратов превосходит их ожидаемый положительный краткосрочный эффект. Но, по-видимому, самое главное — качество продовольствия, полученного с применением химических препаратов (его полезность, вкусовые качества, лежкость, диетические и лечебные свойства). Оно значительно ниже, чем у продуктов питания, полученных в условиях биоорганического земледелия. Многие компоненты химических пестицидов и минеральных удобрений, в остаточных количествах переходящие в продукты питания, являются ядами, канцерогенами. Осознание этих фактов мировой общественностью привело к пониманию необходимости поэтапной замены хемогенных (конвенциональных) систем земледелия иными, поиску альтернативных путей ведения высокопродуктивного сельского хозяйства. Важнейшее место в подобных системах земледелия принадлежит микробиологическим препаратам. Анализ (табл.2) показывает, что среди препаратов, используемых в земледелии, только три группы (природные мелиоранты, органические удобрения, микробиологические препараты) не оказывают однозначно отрицательных эффектов в кратко-, средне- и долгосрочном планах. Мелиоранты регулируют оптимальную величину рН, физико-химические свойства почв, обеспеченность растений кальцием и магнием. Органические удобрения обеспечивают бездефицитный баланс гумуса, снабжение растений биогенными элементами питания, физические и водно-физические свойства почв. Микробиологические препараты регулируют нормальное функционирование почвенной и ризосферной микрофлоры, режим питания растений, защиту растений от болезней и вредителей.

Используя предложенную выше схему оценки эффективности препаратов можно оценить роль микробиологических препаратов.

1. Положительные прямые:
— возрастание энергии прорастания семян, стимуляция роста, росторегулирующие функции;
— эффект антистресса при высадке рассады и саженцев в открытый грунт;
— землеудобрительные функции — эффект внесения 30-50% азотных, фосфорных, микроудобрений;
— борьба с вредителями и болезнями;
— снижение содержания нитратов;
— блокирование накопления тяжелых металлов и радиоактивных элементов в конечной продукции;
— увеличение срока сохранности, лежкости продукции;
— повышение урожайности;
— улучшение качества продукции;
— санация почв и почвогрунтов при бессменном выращивании культур на одном месте;
— увеличение длительности плодоношения ряда культур.

2. Положительные побочные:
— получение ранней продукции;
— снижение химической нагрузки на агроценоз без снижения урожая;
— увеличение микробного разнообразия, устойчивости агробиоценоза к внешним воздействиям;
— пролонгированное оздоровление почвенной микробиоты;
— раскрытие потенциала сорта и собственной иммунной системы растения, увеличение сопротивляемости бактериальным и вирусным заболеваниям, поражаемости вредителями;

В России и других странах мира все большее внимание обращается на биологические факторы повышения урожайности растений и сохранения плодородия почв. Ставится вопрос о «биологизации» современного сельского хозяйства, замены или сокращения применения агрохимикатов на биологические препараты и средства защиты растений. Все большую популярность в мире получают идеи биоорганического земледелия, где применение химических удобрений и пестицидов минимально, либо вовсе не допускается.

В последнее время в нашей стране и за рубежом разработан целый ряд биопрепаратов на основе различных штаммов бактерий и грибов, обладающих комплексом полезных свойств, для повышения почвенного плодородия и продуктивности культурных растений, защиты их от фитопатогенной микрофлоры, повышения качества урожая, снижения норм внесения минеральных удобрений и пестицидов.

Одной из важнейших проблем, стоящей перед современной сельскохозяйственной микробиологией, является создание консорциумов полезных для культурных растений микроорганизмов, выделенных из природных источников, не вступающих в антагонистические отношения между собой и взаимодополняющие друг друга.

Наиболее важными для сельского хозяйства интегрированными растительно-микробными системами являются эндомикоризный симбиоз (арбускулярная микориза), азотфиксирующие симбиозы (например, бобово-ризобиальный), ассоциации растений с полезными ризосферными микроорганизмами.

Многочисленные производственные полевые опыты, проведенные Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии в различных регионах России и за рубежом на протяжении последних пяти лет, показали высокую эффективность применения штаммов ризосферных бактерий для повышения продуктивности с/х культур и защиты их от заболеваний. Повышение урожайности различных сельскохозяйственных культур варьировало от 12 до 60 % , отмечалось повышение качественных показателей сельхозпродукции.

При использовании в сельскохозяйственном производстве биопрепаратов ризосферных бактерий с целью защиты растений от болезней, их биологическая эффективность была на уровне или выше аналогичных химических препаратов.

Сегодняшний уровень использования в АПК возможностей биотехнологии и научного потенциала не соответствует современным требованиям. Следует ожидать, что начавшийся в последние годы рост сельскохозяйственного производства даст мощный импульс биотехнологическим инновациям, поскольку именно инновации в мировом сельском хозяйстве и пищевой промышленности давно стали решающим конкурентным преимуществом транснациональных корпораций. Мировой рынок биотехнологий для сельского хозяйства и пищевой промышленности оценивается в 45 млрд. долларов и он растет на 20-30% в год.

В последние годы в России был разработан и зарегистрирован в Госхимкомиссии РФ ряд микробиологических препаратов таких как (Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ, 2000 г.), обладающих хозяйственно-ценными свойствами для культурных растений:
— способностью фиксировать молекулярный азот,
— продуцировать фунгицидные вещества, подавляющие рост и развитие фитопатогенной микрофлоры.
— продуцировать вещества, стимулирующие рост и развитие культурных растений

Применение микробиологических препаратов в комплексе с современной агротехникой позволит реализовать почвенно-климатический потенциал агроландшафта на 60-80% (вместо существующих 20–30%), а также биологический потенциал сельскохозяйственных растений, который на сегодняшний день используется недостаточно эффективно.

Сельскохозяйственная микробиология является одной из немногих отраслей российской сельскохозяйственной науки, где наша страна сохранила лидирующие позиции. Это было подтверждено на Международной научно-практической конференции «Биотехнологии экологически ориентированного сельского хозяйства», состоявшейся 1-5 марта 2002 г. в Санкт-Петербурге Целью конференции было обсуждение результатов и перспектив использования биопрепаратов и биотехнологий в сельском хозяйстве, направленных на решение важнейших задач, связанных с биологизацией и экологизацией сельскохозяйственного производства, повышения плодородия почв, улучшению качества продукции, обеспечения продовольственной безопасности страны. Организаторами Конференции выступили Российская академия с/х наук, Северо-Западный научно-методический центр, Всероссийский НИИ с/х микробиологии. На конференции обсуждались результаты производственных испытаний биопрепаратов в различных регионах России, странах ближнего и дальнего зарубежья, совместимость биопрепаратов с существующими агротехнологиями, перспективы использования биопрепаратов и биотехнологий в современном экологически ориентированном сельском хозяйстве. Анализ докладов, представленных на конференции показал, что в настоящее время существуют биопрепараты и биотехнологии, позволяющие получать высокие стабильные урожаи с/х культур в экологически ориентированных системах сельского хозяйства.

В настоящее время в России реализуются сразу несколько Федеральных целевых программ: «Экология и природные ресурсы России (2002- 2010 годы), «Основные направления агропродовольственной политики правительства на 2001-2010 годы.» и др., где определён перечень критических технологий и обозначены первоочередные задачи государства в области науки и технологий. Все эти основополагающие документы в той или иной степени затрагивают вопросы, касающиеся продовольственной и экологической безопасности России. В большинстве стран мира задача обеспечения национальной безопасности является приоритетом государственной политики. В связи с этим, внедрение и широкое применение биотехнологий в агропромышленном секторе национальной экономики является одним из значимых факторов достижения поставленных целей и задач. В условиях современной России инновационный бизнес вообще, а инновационный бизнес в АПК, в особенности, является чрезвычайно рискованным. Тем не менее, частные инвестиции в агробизнес на уровне регионов все больше и больше становятся ключом к достижению государственных целей развития экономики и роста капитала по всей территории России.

Реализация инновационных проектов и программ предполагает концентрацию финансовых, технических и интеллектуальных ресурсов для интеграции научных разработок в реальное аграрное производство.

Принципиальные схемы внедрения экологически ориентированных систем сельского хозяйства России.

Существует несколько принципиальных схем внедрения экологически ориентированных систем сельского хозяйства:

1. Внедрение экологически ориентированных систем сельского хозяйства на вновь осваиваемых целинных и залежных земельных участках.

2. Внедрение современных биотехнологий в хозяйствах, занимающихся традиционным, по сути биоорганическим, но низкопродуктивным сельскохозяйственным производством (приусадебные хозяйства, хутора и др.).

3. Полный отказ от применения химических удобрений и пестицидов в существующих хозяйствах, замена их на биологические средства защиты растений, широкое внедрение органических удобрений, природных мелиорантов, энерго- и ресурсосберегающих технологий:

4. Постепенное замещение химических препаратов биопрепаратами, агротехническими, приемами, биотехнологиями по различным направлениям деятельности на всей или большей части площади хозяйства.
В 60-80—е годы отечественная сельскохозяйственная микробиология находилась на подъеме. По всей стране создавались производства микробиологических препаратов, которые, как правило, распространялись по разнарядке. В 90-е годы, вместе с всеобщим спадом сельскохозяйственного производства, спрос на микробиологические препараты упал практически до нулевой отметки. Только к середине 90-х выяснилось, что полноценных производственных испытаний биопрепаратов с расчетом экономической эффективности в условиях рынка практически не проводилось. Большинство препаратов выпускалось на торфяной основе, т.е. форме, неудобной для применения.

Производственные опыты, проведенные во многих регионах РФ и странах СНГ, показали, что внедрение экологически ориентированных систем сельского хозяйства с применением микробиологических препаратов обеспечивает:
— снижение (на 25-60%) доз минеральных, в первую очередь азотных, фосфорных и микроудобрений;
— увеличение урожая основных культур и повышение качества с/х продукции;
— возможность отказа от использования ряда дорогостоящих пестицидов;
— возможность переориентации ряда хозяйств на более рентабельное производство новых видов продукции, в том числе экологически чистой;
— полноценное использование всех видов органических отходов хозяйства (животноводство, растениеводство, жизнедеятельность);
— повышение плодородия почв, оздоровление почвенной микробиоты (снятие почвоутомления или аллелопатии)
— улучшение роста, продуктивности, сохранности, качественных показателей конечной продукции, конверсии корма у всех видов сельскохозяйственных животных, а именно: бройлеров, яичных кур, свиней, крупного рогатого скота, форели и карпа;
— увеличение рентабельности сельскохозяйственных предприятий на 30-50%

Микробиологические препараты пережили свое второе рождение — рыночное, пройдя описанные выше этапы внедрения в производство. Производственные испытания подтверждают высокую экономическую эффективность применения препаратов. Рынок микробиологических препаратов постепенно расширяется, чему способствует усиление экологического сознания населения, производителей, властей. Увеличивается количество потенциальных потребителей экологически безопасного продовольствия. Сегодня это уже не только детские и медицинские учреждения, иностранные туристы и обеспеченные слои населения, но и значительная часть населения, желающая вести здоровый образ жизни, либо компенсировать качественным питанием неблагоприятную экологическую обстановку.