Главная  | О журнале  | Авторы  | Новости  | Конкурсы  | Вопросы / Ответы

К содержанию номера журнала: Вестник КАСУ №3 - 2006

Авторы: Пахолкова А.В., Слаквенко М.А., Приходько Н.А.

Растения - это своеобразный друг человека. Они дают нам пищу, лечебные средства, одежду и т.д. Человек издавна занимался земледелием, чтобы прокормить себя. Ученые-земледельцы определили, что почва имеет плодородные горизонты, в которых важным элементом является гумус. Японские ученые предложили повышать урожайность без химии, а лишь за счет обогащения почвы гумусом естественным путем. Не секрет, что экологически чистой растительности сегодня нам недостает. Это происходит потому, что в мире стали использовать почву как субстанцию для наполнения ее химическими удобрениями и за счет этого добиваться повышения сборов выращиваемых культур. А чтобы их защитить от сорняков, вредителей и болезней, интенсивно применяются гербициды и пестициды. Выращивание различных традиционных культур - это очень тяжелый труд. Сколько сил уходит только на борьбу с сорняками! Ведь если с сорняками не вести борьбу, они заглушают и истощают культурные растения.

В наше время существует множество способов борьбы с ними, один из них - это просто выдернуть сорняки руками. Во многих странах для борьбы с сорняками используют гербициды. Гербициды (от лат. herba - трава и caedo - убиваю) - химические препараты из группы пестицидов для уничтожения нежелательной, главным образом, сорной растительности. Борьба с сорняками при помощи гербицидов называется химической прополкой посевов: сорняки уничтожаются, а посеянные растения избавляются от угнетающего действия сорняков. Одним из первых эффективных средств, помогавших избавиться от сорняков в посевах злаковых культур, были вещества совершенно немудреные: серная кислота и медный купорос. Сейчас же изобретено множество менее радикальных гербицидов. Приблизительно 90-95% земли, использующейся под засевы, в Европе и США каждый год опыляют гербицидами. Один из недостатков гербицидов - это то, что, убивая сорняки, они могут вредно влиять на традиционные культуры.

Всем известно, какой вред приносят пестициды, прежде всего, в сельском хозяйстве: микрофлоре, урожаю каждого года, потребителям, сельскохозяйственным животным и, конечно, флоре и фауне.

Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге, представляют опасность и для самого человека. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая, таким образом, его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека.

Слова «Опасно для жизни!», «Опасно!» или «Осторожно!» всегда присутствуют на этикетках пестицидов. То есть нам постоянно напоминают: безопасных ядохимикатов не существует. Всякий химический продукт, рассчитанный на определенного вредителя, распространяет свое действие на растения, животных и человека. С пищей пестициды попадают в организм животных, а затем - с мясом, яйцами, молоком, сметаной – к нам на стол.

Таким образом, мы получаем высокие сборы зерна, овощей, фруктов, зеленых кормов, которые содержат химический коктейль. Да еще и удивляемся: почему снижается продолжительность жизни человека и распространяются болезни? Чем питаемся, то и получаем.

Японцы, изучив закон естественного воспроизводства плодородия почвы, пришли к выводу, что в верхнем горизонте грунта (до 10 сантиметров) «работают» мириады микроорганизмов, которых они назвали «эффективными» микроорганизмами. Всякая органика, попав в почву, не является непосредственной пищей растений. Сначала ее должны «съесть» микроорганизмы, а уже их продукт становится доступным корням растений. Важно знать, что эффективные микроорганизмы распределяются строго по почвенному горизонту. Те, которые живут при наличии кислорода – аэробы — расположены в верхнем горизонте. Им-то и надо создавать все условия, чтобы они активно размножались и жили. Жизнь бактерий длится до 20 минут. За это время они успевают путем деления клетки создать потомство. Но чтобы этот процесс продолжался по геометрической прогрессии, в верхнем слое должна быть органическая пища, воздух и влага, тогда за сутки их масса может увеличиться до 400 тонн на гектаре [1].

В нижнем горизонте «трудятся» анаэробные бактерии, жизнедеятельность которых протекает без кислорода. Но оба эти вида микроорганизмов выполняют общую задачу – перерабатывают остатки корней, стеблей и другую органику в доступную пищу для растений.

Как видим, механизм простой и понятный. Чем активнее «работают» микроорганизмы, тем буйнее развивается растение, а, значит, больше остается органики для питания микроорганизмов. Вот почему в естественных условиях происходит повышение плодородия почвы.

Такова наглядная картина естественного воспроизводства плодородия почвы. Возникает вопрос: почему, зная этот механизм, зная пагубное воздействие современной агротехники, мы не перестраиваемся? Беда в том, что крестьянин и наука, обслуживающая его, по натуре консервативны. Разработали когда-то систему обработки почвы, теперь все только этого правила и придерживаются.

Посмотрим, что происходит с почвой, если ее вспахать с оборотом пласта на 20-25 сантиметров. Мы верхний, самый плодородный слой почвы сбрасываем в нижний горизонт, а вместе с ним туда попадают аэробные микроорганизмы, которые без кислорода гибнут. А анаэробные бактерии выворачиваем наверх, где они гибнут от кислорода, плюс химзащита, убивающая микроорганизмы. Так постепенно почва превращается в «мертвую».

Японцы разработали ЭМ-технологию. В ней предусмотрено проводить только поверхностное рыхление почвы. Это улучшает аэрацию почвы и создает условия для нормального развития микроорганизмов. Учитывая, что в почве эффективные микроорганизмы могут быть угнетенными, или их недостаточно, ныне предложили искусственно размножать 86 видов микроорганизмов и ими насыщать почву, обрабатывать семена перед севом, опрыскивать растения во время вегетации [2].

В последние годы в сельском хозяйстве нашли применение биопрепараты широкого спектра действия, состоящие из консорциума микроорганизмов, которые:

- не наносят вреда окружающей среде;

- не требуют больших экономических затрат;

- эффективно восстанавливают плодородие почв за счёт переработки органики, что приводит к увеличению количества питательных, легко доступных для растений веществ;

- сдерживают размножение вредных микроорганизмов, защищают прорастающие семена и растения от болезней;

- повышают урожайность сельскохозяйственных культур;

- дают возможность на одном месте несколько сезонов подряд выращивать одну и ту же культуру;

- микроорганизмы, за счёт выделения биологического тепла, увеличивают температуру почвы на 2–5°С, поэтому растения более устойчивы к заморозкам;

- микроорганизмы образуют ряд ферментов, помогающих усваивать растениям ранее не доступные вещества;

- микроорганизмы синтезируют ростостимулирующие вещества: ауксины, гиббереллин и т.д., благодаря которым интенсивно развивается корневая система и растение в целом;

- молочнокислые бактерии синтезируют молочную кислоту, являющуюся своеобразным стерилизатором почвы, губительно влияют на патогенные микроорганизмы;

- азотфиксирующие бактерии, ассимилируя атмосферный азот, способствуют азотному питанию растений;

- микроорганизмы синтезируют биологически активные вещества: витамины, антибиотики; органические кислоты (щавелевую, уксусную, яблочную), разрушающие почвообразующие минералы и выщелачивающие микроэлементы, необходимые для питания растений;

- применение биопрепарата значительно повышает энергию прорастания семян.

Работы по получению биопрепаратов, повышающих плодородие почвы и урожаи сельскохозяйственных культур, в РК не проводились, но в странах ближнего зарубежья имеются аналогичные препараты. В 1998 году японской ЭМ-технологией заинтересовались в России. Здесь разработали ряд препаратов, таких, как «Байкал ЭМ-1», Гамаир, Экстрасол, Агат-25 К и др. Эти биопрепараты являются экологически чистым и безопасным удобрением, так как они состоят из микроорганизмов, которые реально существуют в почве.

Механизм действия биопрепаратов сводится к тому, что при инокуляции происходит искусственное заселение поверхности семян полезной микрофлорой. При посеве бактерии интенсивно размножаются и активно заселяют ризосферу развивающегося растения. Применение препаратов позволяет снизить дозы азотных удобрений за счет работы азотфиксирующих бактерий, оказывают пролонгированное стимулирующее действие на развитие растения в целом, что приводит к улучшению продуктивности растений и улучшению качества продукции [3].

Попадание биопрепарата на вегетирующие растения способствует регуляции жизненно важных функций и защитно-приспособительных реакций. Поэтому своевременная профилактическая обработка позволяет блокировать развитие патогенных микроорганизмов в начальных стадиях развития и обеспечить нормальное физиологическое развитие растений.

В процессе своей жизнедеятельности бактерии вырабатывают вещества, способные оказывать стимулирующее действие на рост и развитие растений. В результате этого обеспечивается: нормализация физиологии и биохимии растительной клетки; увеличение индекса листовой поверхности; увеличение интенсивности фотосинтеза и дыхания; регуляция транспирационного коэффициента и коэффициента водопотребления; снижение дефицита усвояемых форм микроэлементов.

Применение биопрепаратов значительно повышает энергию прорастания и всхожесть семян, прежде всего, обеспечивает защиту растений от корневых гнилей.

Действие биопрепаратов в вегетативной фазе развития растений обусловлено тем, что суспензия микроорганизмов и продуктов их метаболизма, попадающая на вегетирующие растения, способствует регуляции жизненно важных функций и защитно-приспособительных реакций. Попадающие на листья микроорганизмы проникают через устьица в паренхиму и предотвращают проникновение патогенной микрофлоры.

Защитное действие биопрепаратов распространяется, прежде всего, на наиболее вредоносные болезни: ржавчина, фитофтороз, мучнистая роса, гельмитоспороз, фузариозы, бактериозы, корневые гнили. Своевременная профилактическая обработка биопрепаратами позволяет блокировать развитие патогенных микроорганизмов в начальных фазах развития растений.

Посевам, обработанным биопрепаратом, не страшны ни засуха, ни заморозки. Это объясняется тем, что для нормального развития растениям нужны питательные вещества, которые поступают в стебли с всасываемой корнями влагой. Чем плодороднее почва, вернее, чем больше в почве доступных питательных веществ, тем меньше требуется влаги на образование единицы массы. Буйная деятельность микроорганизмов при переработке органических остатков происходит с выделение тепла. Это и повышает температуру почвы в зоне кущения.

Возникает вопрос, зачем нам разрабатывать новый биопрепарат, когда можно использовать российские аналоги. Дело всё в различии климатических условий, и микроорганизмы из другой климатической зоны просто не смогут адаптироваться к нашим достаточно жёстким условиям. Т.е. лето у нас очень жаркое, почва прогревается до 50-60°С, а зима – сухая, но достаточно холодная. Таким образом, возникла идея в создании биологического препарата, эффективного в условиях Южно-Казахстанской области.

Для разработки препарата «Олжа» были выделены микроорганизмы, изолированные из корневой системы и с поверхности корней культурных растений Южно-Казахстанской области, отличающихся повышенной продуктивностью, размерами и отсутствием фитопатогенной микрофлоры. Исследованы морфологические и биохимические свойства микроорганизмов, используемых для получения биопрепарата [4].

С учётом климатических условий Южного Казахстана, проведены селекционные работы по получению термофильных штаммов микроорганизмов, способных существовать при высокой температуре и низкой влажности, и получены новые штаммы микроорганизмов: Streptococcus lactis МТ-60, Leuconostoc citrovorum МТ-55, Lactobacillus bulgaricus МТ-65, Lactobacillus acidophilus МТ-65, Azotobacter chroococcum МТ-55, Azotobacter vinelandii МТ-55, Azotobacter agilis МТ-55, Actinomyces antocyaneus МТ-65, Aspergillus niger МТ-65, Penicillium chrysogenum МТ-65.

Таблица 1 – Морфологические характеристики микроорганизмов

Вид

микроорганизма

Морфологические характеристики

Streptococcus lactis

МТ-60

Форма клеток – овальные кокки величиной от 0,5 до 1 мк, соединённые попарно или в виде коротких цепочек. Хорошо окрашиваются по Граму, неподвижны, спор не образуют на плотной питательной среде колонии среднего размера (диаметром 2 мм), круглые, светлые, матовые.

Leuconostoc citrovorum

МТ-55

Клетки шарообразные, соединены в пары и цепочки. Величина клеток 0,5 – 1 мк, редко – меньше. На плотной питательной среде колонии более мелкие по сравнению с исходным штаммом (диаметром 2 – 3 мм), круглые, сероватые, блестящие.

Lactobacillus bulgaricus МТ-65

Форма клеток – длинные и короткие палочки от 5 до 20 мк, толщиной 1 – 1,5 мк. Красятся по Граму, спор не образуют. На плотных питательных средах образуют колонии – более или менее крупные (1,5 – 3 мм), локонообразные, серые, матовые.

Lactobacillus acidophilus

МТ-65

Форма клеток в молоке – длинные и короткие палочки, от 3 до 40 мк, толщиной 1 – 1,5 мк, красятся по Граму, наблюдаются метахроматические зёрна при окрашивании препаратов метиленовым голубым. На плотных питательных средах образуют колонии – более или менее крупные (1,5 – 3 мм), локонообразные, серые, матовые.

Azotobacter chroococcum

МТ-55

В молодой культуре имеет палочковидные клетки, подвижные, размером 3 – 7 мкм. В старой культуре клетки кокковидные, соединённые в пары и сарциноподобные пакеты, окружённые слизистой капсулой. В клетках много блестящих зёрен волютина. Колонии на плотных питательных средах слизистые, растекающиеся по агару, бесцветные.

Azotobacter vinelandii МТ-55

В молодой культуре клетки палочковидные, размером 2 – 3 мкм. В старой культуре форма клеток шаровидная. Плазма однородная, плотная, зернистых включений нет. Колонии шероховатые, слизистые, матовые. Выделяет сине-зелёный флюоресцирующий пигмент, проникающий в субстрат.

Azotobacter agilis

МТ-55

Клетки палочковидные, 1 – 2 мкм. В старой культуре клетки кокковидные. Зернистых включений нет. Колонии гладкие, слизистые, матовые, более крупные.

Actinomyces

antocyaneus

МТ-65

Образование спор происходит на прямых или спирально закрученных ветках – спороносцах воздушного мицелия. Споры формируются одновременно на всём протяжении спороносца; образуются длинные цепочки, в которых содержится от 30 до 50 спор. Субстратный мицелий – тёмно-фиолетовый, воздушный мицелий серовато-голубой, пигмент отсутствует.

Aspergillus

niger

МТ-65

Вегетативное тело – многоклеточный, очень ветвистый мицелий, пронизывающий субстрат. Споры находятся в сидячих шарообразных плодовых телах, бесцветные с поперечной бороздой. Колонии чёрного цвета.

Penicillium

сhrysogenum

МТ-65

Конидии образуются на особых конидиеносцах кистевидно ветвящихся. Конидии располагаются цепочками, гладкие, округлые. Колонии имеют зелёную окраску, характерно выделение на поверхности колонии эскудата жёлтого цвета и такого же пигмента в среду

Таблица 2 – Биохимические характеристики Lactobacillus bulgaricus МТ-65 и Lactobacillus acidophilus МТ-65

Признаки

Lactobacillus

bulgaricus

МТ-65

Lactobacillus

аcidophilus

МТ-65

Оптимум температуры, °С

40 – 45

37 – 38

Рост при щелочной реакции среды (рН 8)

-

+

Рост при концентрации фенола 1 : 250 – 1 : 400

-

+

Рост при концентрации солей желчи 20 %

-

+

Рост при концентрации NaCl 2 %

-

+

Продолжительность свёртывания молока при внесении петлёй, ч

8 – 11

8 – 11

Максимальная кислотность в молоке, % молочной кислоты

2 – 3

2 – 3

Летальная температура, °С

75 – 80

70 – 80

Сбраживание

глюкозы

+

+

галактозы

-

+

лактозы

+

+

сахарозы

+

-

мальтозы

-

+

левулёзы

-

-

раффинозы

-

-

арабинозы

-

-

маннита

-

-

дульцита

-

-

сорбита

-

-

декстрина

±

-

Проведены работы по изучению взаимоотношений между микроорганизмами биопрепарата, установлено, что они являются симбиотическими, так же изучено действие на патогенную микрофлору (Staphylococcus aureus 209 p, Pseudomonas fluorescens, Brucella suis 22, Fusarium oxysporum), выявлено, что микроорганизмы биопрепарата действуют на нее губительно.

Таблица 3 – Взаимоотношения между микроорганизмами

Обозначения: + синергизм, ± комменсализм, - антагонизм.

Результаты исследования показали, что при температуре -5 °С семена, не обработанные препаратом (контроль), не взошли. Обработанные препаратом семена взошли в количестве 20–22%, здесь разницы между препаратами не видно. При 0°С для контрольного опыта составили 50% всхожести, обработанные препаратами семена дали 68–70%, то есть всхожесть возросла на 18–20 %. При высокой температуре (50°С) семена контрольного опыта роста не дали, семена, обработанные биопрепаратом (БП), дали 2%, обработанные биопрепаратом после селекционных работ (БПСР) по получению термофильных микроорганизмов – 16%, биопрепарат с введённой культурой Azospirillum brsilense SAB MKB (БПАВ) – 4%. Это доказывает, что биопрепарат до селекционных работ и биопрепарат АВ незначительно улучшают всхожесть семян при высокой температуре.

Рисунок 2 – Всхожесть пшеницы при различной температуре

Биопрепарат «Олжа» может использоваться круглый год. Препарат предназначен для обработки семян перед посевом, обработки растений путём опрыскивания, переработки пищевых и растительных отходов с последующим внесением компоста в почву в качестве биологического удобрения, для улучшения плодородия и повышения урожайности растений.

Основными потребителями являются сельскохозяйственные предприятия и все, кто занимается выращиванием сельскохозяйственной продукции. Рынок сбыта не ограничен.

Препарат не токсичен, совместим с протравителями семян (при соблюдении технологии), с некорневыми подкормками растений, водными растворами азотных удобрений, что способствует улучшению качества плодов и овощей и увеличению урожая. Кроме непосредственного действия на растения, биопрепарат оказывает благотворное влияние на экологическое состояние почвы, он обладает способностью стимулировать биологическую активность корней, почвы и прикорневой зоны растений, повышается общая численность микроорганизмов и снижается численность патогенных грибов в прикорневой зоне, при этом увеличивается содержание азотфиксирующих бактерий. (5)

Применение биопрепарата «Олжа» будет заменять внесение 15–27 кг/га азота и 12–18 кг/га фосфора на среднеокультуренной почве, что соответствует 40–71 кг/га аммиачной селитры и 60–90 кг/га простого суперфосфата, одновременно повышается способность растений использовать калийные удобрения. Экономическая эффективность от использования биопрепарата «Олжа» только за счёт экономии на приобретение пестицидов, по предварительным расчётам, должна составить до 2 тыс. тенге на 1 га. Общая выгода от использования биопрепарата «Олжа», включая прибавку урожая и снижение расходов на закупку азотных и фосфорных удобрений, составит около 3–5 тыс. тенге на 1 га. в зависимости от выращиваемых культур и агротехнологии.

Таким образом, применение биопрепарата «Олжа» позволит сэкономить значительные средства на закупку импортных химических фунгицидов, улучшить экологическую обстановку, повысить качество получаемых плодов и овощей, увеличить объём их производства и в результате получить значительный экономический эффект.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сельскохозяйственная биотехнология /Под ред. В.С. Шевелухи – М.: Высш. шк., 2003. – 469 с.

2. Шаблин П.А. ЭМ-технология надежда планеты. – М.: ПО «ЭМ- кооперация», 2000. - 34 с.

3. Муромцев Г.С., Бутенко Р.Г., Тихонович Т.И. и др. Основы сельскохозяйственной биотехнологии – М.: Агропромиздат, 1990 – 421 с.

4. Приходько Н.А., Слаквенко М.А., Пахолкова А.В. Изучение морфологических и биохимических характеристик микроорганизмов, входящих в состав биопрепарата для нужд сельского хозяйства /Наука и образование Южного Казахстана, 2006, № 9.

5. Биотехнология /Под ред. А. Баева. – М.: Наука, 1984. – 342 с



К содержанию номера журнала: Вестник КАСУ №3 - 2006


 © 2018 - Вестник КАСУ