рослинництво

допомогою регулювання висоти зрізу під час збирання. За прямого комбайнування висота стерні може становити 30 і навіть 40 см. Тобто майже половина соломи все-таки залишається в полі, причому рівномірно розподіленою. Після збирання таку стерню обробляють важкими дисковими боронами.

Негативні результати одержуємо в разі спалювання соломи й стерні. Це неприпустимий прояв безгосподарності. Бо в такому разі знищується багато корисних мікроорганізмів і різко знижується потенціальна родючість ґрунту. Безповоротно втрачаються органічні вуглець і азот. Крім того, завдається велика шкода довкіллю. Спалювання соломи – чи не єдиний сільськогосподарський фактор шкодочинності, що прирівнюється до промислових викидів у повітря.

Агрохімічний аспект внесення соломи. Великою помилкою є нехтування таким агрозаходом, як внесення в ґрунт азоту. Річ у тім, що для розкладання соломи потрібні мікроорганізми, які мають білкову природу. Під час їх розмноження для побудови клітин цих мікроорганізмів з ґрунту вилучається азот, який змінюється на білок. При цьому велике значення має співвідношення вуглецю й азоту, яке у різних органічних рештках різне. Мінералізація буде повноцінною, якщо таке співвідношення дорівнює 20:1. У соломистих рослинних рештках воно становить 50-100:1. За таких умов мінералізація (розкладання) соломи може тривати близько двох років. Щоб звузити співвідношення C:N, поліпшити умови мінералізації і сприяти активному формуванню біомаси мікроорганізмів, необхідно вносити азотні добрива.

Отже, приорювання соломи без внесення азотних добрив призводить до різкого зменшення вмісту мінерального азоту в ґрунті та зниження врожаю наступних культур. А внесення соломи в кількості 3540 ц/га з компенсацією азоту (з розрахунку N10/т соломи) за своїм впливом на підвищення родючості ґрунту та врожайності сільськогосподарських культур рівноцінне внесенню 18–20 т/га гною.

Для життєдіяльності мікроорганізмів потрібна також достатня кількість фосфору: його вносять із розрахунку Р8 на кожну тону соломи, особливо це важливо на ґрунтах із недостатнім вмістом доступного фосфору. Тому найдоцільніше в цей час внести фосфорні та калійні добрива. За високих температур фосфор і калій швидше входитимуть до складу ґрунтового комплексу та ефективніше використовуватимуться наступною культурою сівозміни.

Внаслідок мінералізації рослинних решток із них вивільняється значна кількість елементів живлення, які повертаються в ґрунт. На-

191

приклад, на кожну тонну зерна з приораною соломою пшениці в ґрунт повертається N7P3K16Mg2, а на кожну тонну насіння ріпаку з приораною масою залишається N14P6K40Mg3. Тоді елементи живлення виносить лише основна частина продукції – зерно.

Співвідношення зерна до соломи, залежно від особливостей сорту й технології вирощування, в озимої пшениці може становити 1:1,0-1,5. За врожайності 40 ц/га зерна на 1 га залишається 40-60 ц соломи. За умови, що в соломі міститься 0,5% азоту, 0,2 – фосфору, 1 – калію, 0,3 – кальцію, по 0,15% магнію й сірки, в ґрунт із цією кількістю соломи повертатиметься орієнтовно така кількість макроелементів: N20-30 P8-12

K40-60 Ca12-18 Mg6-9 S6-9.

Розрахунок зроблено тільки щодо соломи, а ще частина органіки залишається у вигляді стерні та кореневої системи рослин.

Найкращі результати одержують у разі поєднання двох способів альтернативного удобрення органікою. Після подрібнення й загортання соломи в ґрунт, треба висіяти сидеральні культури. Найчастіше використовують капустяні види, тоді ґрунт наповнюється органікою з двох джерел: соломи та зеленої маси. Крім того, сидерати, їхня коренева система та зелена маса сприяють мінералізації соломи та прискорюють цей процес. Пізно восени всю масу приорюють.

За умови ранніх жнив і достатніх запасів вологи в ґрунті, редька олійна або гірчиця біла в разі висівання з 20 липня по 10 серпня формує високий урожай зеленої маси до 20-30 вересня. Тому таку систему удобрення соломою й зеленою масою можна застосовувати і під озимі культури.

Отже, комплексне застосування сидератів і соломи дозволить покращити баланс елементів живлення в ґрунті, збільшити кількість органічної речовини та суттєво оптимізувати агрономічні властивості ґрунтів, зменшуючи внесення мінеральних добрив.

4.7.Біотехнології та використання ЕМ-технологій

урослинництві

Біотехнологія та генна інженерія – науки, що дивляться у майбутнє людства… На зміну старим технологіям йде біотехнологія, і на сучасному етапі тільки за її допомогою можна вирішити екологічні, енергетичні та продовольчі проблеми, які стоять перед людством. У сільському господарстві розвинених країн настав новий етап ”зеленої революції”, пов’язаний з розвитком біотехнології, під якою розуміють

192

створення і використання нових організмів, продуктів, отриманих за допомогою методів генної інженерії, культури органів і тканин in vitro та ін.

Вперше термін «біотехнологія» застосував угорський інженер Карл Ерекі у 1917 році. Біотехнологія (від грец. «bios» - життя, «teken» - мистецтво, «logos» - наука).

Згідно визначенню Європейської біотехнологічної федерації (заснована у 1978 р.) Біотехнологія – це наука, яка застосовує знання у галузі мікробіології, біохімії, генетиці, генної інженерії, імунології, хім. технології, приладо – та машинобудуванні та використовує біологічні об’єкти (мікроорганізми, клітини тканин та рослин) або молекули (нуклеїнові кислоти, білки, ферменти, вуглеводи) для промислового виробництва корисних для людей та тварин речовин та продуктів.

Академік М.М.Семенов сказав, що жива клітина безмежно перевищує будь-який завод надзвичайною злагодженістю процесів, ювелірною точністю результатів, економічністю та раціональністю.

Але і цього недостатньо, і тоді вченим доводиться створювати методами генної інженерії рослини з новими, корисними для людини властивостями. Ці рослини називають транс генними, тому що вчені ввели в їхній генотип гени інших організмів.

Рис. 8. Загальний вигляд молекули ДНК.

Біотехнологія як наука поділяється на напрямки:

Генетична інженерія та генотерапія;

• Клітинна інженерія;

193

•Інженерна ензимологія (отримання та застосування ферментних препаратів);

•Імунобіотехнологія;

•Біоелектроніка;

•Біоелектрохімія;

•Біоніка;

•Нанотехнологія;

Основні напрями розвитку біотехнології в рослинництві:

1)підвищення вмісту білка і незамінних амінокислот у продукції сільськогосподарських рослин, що досягається створенням так званих

генетично модифікованих організмів, насамперед трансгенних рос-

лин. Вони набувають господарсько-цінних ознак, внаслідок перенесення генів, які їх зумовлюють, зокрема від бактерій;

2)отримання бактеріальних добрив (азотфіксуючих бактерій), біопестицидів;

3)створення сортів і гібридів культурних рослин, стійких до хвороб, шкідників. Так, у США вирощують рослини томатів, картоплі, бавовнику, що набули стійкості до комах; рослини томатів, картоплі, стійкі до патогенних вірусів. Отримано сорти рослин, стійких до гербіцидів суцільної дії, що значно полегшує боротьбу з бур’янами і здешевлює технологію вирощування, оскільки зникає потреба у застосуванні селективних гербіцидів.

У промисловому масштабі біотехнологія це індустрія, яка має галузі:

• Виробництво білка, амінокислот, вітамінів, ферментів;

• Виробництво лікувально-профілактичних та діагностичних препаратів (вакцин, сироваток, антигенів, алергенів, інтерферонів, антибіотиків);

• Отримання гербіцидів та біоінсектицидів;

• Отримання нових порід тварин, сортів рослин;

• Вирощування тканинних та клітинних культур рослинного та тваринного походження;

• Виробництво полімерів та сировини для текстильної промисловості;

• Отримання метанолу, етанолу, біогазу, водню;

• Переробка виробничих та господарських відходів, стічних вод, гною тварин;

• Біоремедіація (утилізація небезпечних викидів нафти, хімікатів, які забруднюють ґрунти та воду);

194

• Біогеотехнологія (раніше трактувалося як мікробне вилужування металів. Вивчає видобуток металів з руд за допомогою мікроорганізмів).

Біотехнологічну промисловість інколи поділяють на спрямування:

«Червона біотехнологія» - виготовлення біофармацевтичних препаратів (протеїнів, ферментів, антигенів, антитіл) для людини, а також корекція генетичного коду.

«Зелена біотехнологія» - розробка та впровадження у культуру геномодифіковані рослини.

«Біла біотехнологія» - виробництво біопалива, ферментів та біоматеріалів для різних галузей промисловості.

Академічні та державні дослідження – наприклад, розшифровка геному людини, геному рису.

Біотехнологія використовує процеси обміну речовин, які відбуваються в клітинах живих організмів, для отримання корисних продуктів. Така складна технологія має давнє походження, адже більшість повсякденних продуктів (хліб, вино, пиво, йогурт) – не більш ніж результат застосування методів біотехнології.

Одне з найбільших захопливих застосувань генетики – генна інженерія. Вона надає людству великі можливості, хоча може створювати й проблеми. Розвиток цієї галузі біології став можливим завдяки великим науковим досягненням другої половини ХХ століття.

Слід зазначити, що серед учених немає одностайності щодо можливого ефекту досліджень з генної інженерії, впливу їх на здоров’я та безпеку людини, а також на функціонування екологічних систем.

Існують крайні погляди, згідно з якими біотехнологія має бути заборонена, оскільки знання про неї недостатні для гарантування повної безпеки людини. Висловлюється й протилежна думка: застосування генної інженерії безпечне і потребує мінімального контролю. При цьому основним аргументом є те, що принципової відмінності між генною інженерією і селекцією немає. До того ж при генній інженерії виконуються відомі, заздалегідь сплановані модифікації, а швидкість процесу вища.

Причиною інтенсивного застосування досягень генної інженерії в сільському господарстві є різке збільшення чисельності населення світу.

За висновками експертів ФАО, у 2030 р. весь світовий приріст виробництва продукції рослинництва буде досягнуто за рахунок нових сортів рослин.

195

Сьогодні у 120 видів рослин існують транс генні форми (соя, кукурудза, бавовник, ріпак, картопля, помідори, буряки, гарбузи, тютюн, льон, закінчуються досліди із транс генними рисом та пшеницею та ін.).

Найбільшого поширення набули транс генні сорти картоплі стійкі проти колорадського жука Атлантик і Новий лист. Українським вченим Рудасом виведені трансгенні сорти помідорів Жираф і Шедевр-1 і 2, у генотип яких введено ген, який зумовлює поступове дозрівання плодів.

Свідченням високих темпів розвитку біотехнології є зокрема те, що у 1997 р. у США і Канаді трансгенні кукурудзу, сою, ріпак, цукрові буряки вирощували на мільйонах гектарів. Трансгенна соя тільки в США займала 12%, кукурудза – 6, бавовник – 13% усіх посівних площ цих культур (рис. 9). Площа земель, засіяних генетично зміненим насінням, швидко збільшується (на 60 % у рік ).

90			81
80
70
60			1998
50		40
40	30		2000
30			2004
20
10
0
		млн. га

Рис. 9. Динаміка впровадження транс генних культур в

господарську діяльність людини

Чільне місце у біотехнологічних дослідженнях посіли корпорації ”Дюпон”, ”Новартіс”, ”Монсанто”, ”Рон-Пуленк”, ”Карсіл”.

В 1999 році Україна спробувала впровадити деякі трансгенні культури, але на даний момент промислового використання цих культур немає. Хоча, за даними директора ТОВ «Соєвий вік» Моніча Руслана Васильовича, станом на 2013 рік, 50% сої в Україні генетичномодифікованої.

Вже зараз Україна імпортує продукцію компаній, які використовують трансгенні культури. Це і компанія CocaCola, і Nestle,

і McDonalds, Cadbury, PepsiCo.

196

На нашу думку варто відмітити позитивні та негативні сторони застосування ГМО-культур:

позитивні:

-спрощення технологій вирощування с/г культур;

-відсутність забруднення навколишнього середовища пестицидами та отруто-хімікатами;

-значне підвищення врожайності за рахунок зниження шкідливих впливів комах та мікроорганізмів;

-значне підвищення врожайності за рахунок зниження шкідливих

впливів комах та мікроорганізмів;

негативні:

-ГМ-рослини чи тварини являють собою певний ризик, адже невідомо, як вони поведуть себе в екосистемах;

-генетично змінені організми, які з’являються випадково, можуть перетворитися в носіїв нових хвороб;

-безконтрольний перенос чужорідних генів з трансгенних організмів у природні може призвести до активації раніше невідомих або утворення нових патогенів.

Враховуючи зростаючий інтерес до біотехнологічної продукції та збільшення посівних площ під ГМ-культурами, в рамках державних ініціатив передбачене поглиблення наукових досліджень по оцінці ризику біотехнологічної продукції.

При цьому оцінка генно-модифікованого організму за критеріями

безпеки в кожній країні складається з двох основних напрямів:

-дослідження біобезпеки генно-модифікованих організмів;

-визначення харчової безпеки генно-модифікованих організмів та

продуктів харчування з них.

Біотехнологія – важливий, але не єдиний елемент науково-техніч- ного прогресу в аграрному секторі, тому необхідний комплексний підхід до цього питання з урахуванням альтернативних технологій. Одним з таких напрямків розвитку є органічне землеробство.

Родючість ґрунту створює ”жива речовина”, яка складається з мільярдів ґрунтових бактерій, мікроскопічних грибків, хробаків та інших живих організмів. Перероблюючи органічні рослинні залишки та мінеральні речовини, бактерії забезпечують харчування хробаків, які істотно поліпшують структуру і родючість ґрунту.

Суть родючості ґрунтів полягає у ”годівлі бактерій та інших живих істот”, які живуть у ґрунті. Необхідно нагодувати спочатку мікробів і хробаків, а вони, у свою чергу, нагодують рослини. Ні

197

мінерали, ані органіка, самі по собі не переходять у засвоювану форму. Цю функцію виконують мешканці ґрунтів, про яких і необхідно піклуватися у першу чергу. Така постановка питання в проблемі ґрунтів вимагає від агрономів зміни традиційного мислення, відмови від глибокої відвальної оранки. Інтенсивна хімізація полів знищила мікрофлору і тварин ґрунтового співтовариства, які є основними відтворювачами родючості ґрунту.

Ґрунти, у яких переважають анабіотичні чи регенеративні мікроорганізми, є винятково родючими. Рослини, які виросли на таких ґрунтах, прекрасно розвиваються, вони здорові, стійкі до хвороб і шкідників. Такі ґрунти без усяких хімікатів, пестицидів і штучних добрив демонструють постійне збільшення родючості. Якщо ж у ґрунті переважають дегенеративні чи патогенні мікроорганізми, розвиток рослин ослаблений, вони не стійкі до різних захворювань та шкідників і вимагають допінгу у вигляді штучних добрив і пестицидів. На жаль, такий деградований, виснажений стан ґрунтів має тенденцію до розширення навіть у країнах з високим рівнем агротехнологій. Інтенсивна хімізація полів, застосування пестицидів і штучних добрив, разом з важким сільськогосподарським устаткуванням, знищують мікрофлору ґрунту.

Практика показала, що поліпшити поживний режим ґрунтів, подолати шкідників і хвороби сільськогосподарських культур масовим застосуванням хімічних засобів не вдається. В природних, здорових агроценозах рослина живе в оточенні корисних мікроорганізмів, і лише вони здатні відтворювати природне середовище, підтримувати потрібний для комфортного існування живих істот баланс поживних речовин, а відтак – максимально реалізовувати потенціал урожайності.

Крім екологічних чинників мають вплив і суто економічні: виробництво і внесення добрив та ЗЗР потребує значних енергозатрат. Приміром, у розвинутих країнах на виробництво азотних добрив витрачають майже третину енергії, яка споживається в сільському господарстві. Не меншу проблему становить і дефіцит сировини для виробництва фосфорних добрив, що обумовлює їхню високу вартість.

Тому в світі популяризуються ідеї біоорганічного рільництва, за якого застосування хімічних добрив та пестицидів допускається мінімально або зовсім не дозволяється. Нині світовий ринок біотехнологій для сільського господарства та харчової промисловості оцінюється майже в 50 млрд. американських доларів і щороку зростає на 20-30%.

198

Біологічне рільництво з використанням органічних добрив може вирішити проблему деградації ґрунтів і відтворення їхньої родючості, але потребує підвищення продуктивності. Навіть якщо вдасться забезпечувати потрібні обсяги органіки, гарантувати продовольчу безпеку за такого способу господарювання – годі й мріяти. Розв’язавши екологічні проблеми, матимемо натомість соціальні. До того ж, під час розщеплення органічних відходів утворюються парникові гази, які теж не на користь довкіллю.

Оптимальним підходом на сьогоднішній день можна вважати так зване екологічне землеробство, яке не передбачає відмови від застосування синтетичних речовин і водночас виключає забруднення навколишнього середовища, тобто поєднання хімічних і органічних сполук з мікробними препаратами. Йдеться про фізіологічно оптимальні дози добрив, які повністю споживаються рослиною на початковому етапі вегетації, а далі, з допомогою спеціально підібраного комплексу мікроорганізмів, рослина самостійно забезпечує свої потреби за рахунок природних ресурсів. Мікроорганізми, поселяючись на корінні рослини, теж спрацьовують як стимулятори росту, імунорегулятори і як фунгіциди, витісняючи патогенну мікрофлору, позитивно впливають на кількісні й якісні характеристики врожаю. А після жнив – залишаються в ґрунті.

Перед наукою постала задача створення стійкого симбіозу мікроорганізмів, який сприяє забезпеченню рослин живленням і придушенню патогенної мікрофлори. Вперше це вдалося в 1988 році японцю Теро Хіга. Ним були відібрані 86 лідируючих регенеративних штамів, які виконують увесь спектр функцій з живлення рослин, їхнього захисту від хвороб та оздоровлення ґрунтового середовища, які одержали назву ЕМ (ефективні мікроорганізми). В основі методу –

застосування складних мікробіологічних комплексів з кількох (навіть декількох десятків) мікроорганізмів, які доповнювали б один одного. ЕМ-технології не заміняють традиційні сільськогосподарські технології, але можуть значно підвищити їхню ефективність. У тім, на думку деяких учених, зокрема й українських, такі препарати будуть насправді ефективними за умови, якщо комплекс мікроорганізмів виділено із природного середовища.

Складною задачею було поєднання всіх ЕМ у концентрованому розчині, в якому вони могли б тривалий час міститися при їхній повній збереженості, при цьому умови життєдіяльності деяких з них прямо протилежні, наприклад, наявність або відсутність кисню. Але складна

199

задача була успішно вирішена.

Успіх виявився приголомшуючим, зі створенням ЕМ-препарату була створена нова технологія землеробства – ЕМ-технологія, і з її появою почалася нова ера екологічного землеробства. В залежності від інтенсивності застосування нової технології та ступеня зараженості ґрунтів, врожай збільшувався в 1,5-4 рази. Але головною перевагою ЕМ-технології стала можливість за 3-5 років, виключивши застосування хімічних добрив і пестицидів, повернути ґрунтам високу природну родючість і при цьому одержувати високоякісний, екологічно чистий врожай.

Головною причиною виняткової багатофункціональності ЕМпрепарату є дуже широкий діапазон дії мікроорганізмів, які входять до його складу. До найбільш великих груп мікроорганізмів, які входять до складу ЕМ-препарату, належать:

Фотосинтезуючі бактерії – вони синтезують корисні речовини, використовуючи сонячне світло та тепло ґрунту, синтезовані речовини містять у собі амінокислоти, біологічно активні речовини та цукри, які сприяють розвитку і росту рослин.

Молочнокислі бактерії виробляють молочну кислоту з органічних речовин, утворених фотосинтезуючими бактеріями та дріжджами. Молочна кислота є сильним стерилізатором, який придушує шкідливі мікроорганізми та прискорює розкладання органічної речовини. Молочнокислі бактерії розкладають лігніни та целюлозу, ферментують ці речовини, придушують Fusarium, нематод.

Азотфіксуючі бактерії поглинають атмосферний азот і закріплюють його у вигляді азотних з’єднань, збільшуючи запас азоту в ґрунті.

Дріжджі синтезують біологічно активні речовини з амінокислот і цукрів, які продукуються фотосинтезуючими бактеріями та корінням рослин. Секреції дріжджів – корисні субстрати для молочнокислих бактерій і актиноміцетів.

Актиноміцети виробляють антибіотичні речовини – антибіотики, які придушують ріст шкідливих грибів і бактерій.

Ферментуючі гриби роду Aspergillus і Penicillium швидко розкла-

дають органічні речовини, виробляючи етиловий спирт, складні ефіри й антибіотики. Вони запобігають зараженню ґрунту шкідливими комахами та личинками.

Були проведені численні експерименти та промислові іспити препарату в багатьох російських регіонах і країнах СНД, які показали

200