Печальные перспективы развития агробиотехнологии в России
Одним из направлений использования биотехнологий в земледелии является применение биологических препаратов на основе микроорганизмов, которые улучшают азотное и фосфорное питание растений. Внедрение таких биопрепаратов в земледельческое производство России тормозится по следующим причинам: а) низкий уровень культуры земледелия; б) низкое качество производимых в России биопрепаратов; г) менталитет земледельца, обуславливающий варварское отношение к земле.
Н. М. Лабутова, к.б.н., ст. преподаватель кафедры агрохимии биолого-почвенного факультета СпбГУ (
labutova@yahoo.com)
Такого гигантского экспериментального поля, каким являлся Советский Союз, мировая наука не знала. Каких только экспериментов ни ставили на просторах нашей необъятной Родины: и травопольная система земледелия по В.Р.Вильямсу, и применение минеральных удобрений по Д.Н.Прянишникову, и поднятая (в буквальном смысле на воздух - в результате ветровой эрозии) целина, и пропашная система земледелия с преобладанием кукурузы и сахарной свеклы, и другие попытки насильно взять милости у природы (Воробьев, 1991).
Особо следует подчеркнуть, что любая из этих концепций была правильной по сути, однако, внедренные директивными методами на огромных территориях без учета почвенно-климатических условий, они принесли больше вреда, чем пользы.
Бездумное экспериментирование в масштабах страны привело к резкому снижению плодородия почв (Косинский и др., 1980). От многолетнего использования высоких доз минеральных удобрений произошло значительное разрушение почвенного гумусового комплекса, который, в сущности, и обеспечивает плодородие почвы.
Примечание: здесь и далее ссылки на работы десяти-двадцатилетней давности приведены по единственной причине: с тех пор в теории упомянутых вопросов ничего не изменилось, и более свежие исследования в лучшем случае являются повторением пройденного. В практику российского земледелия современные агротехнологии не внедряются, а травить душу себе и читателю, подробно описывая последние достижения агробиотехнологии, не востребованные отечественным сельским хозяйством, в задачи данной статьи не входит.
Сокращение севооборотов и введение монокультур наиболее ценных сельскохозяйственных растений привело к истощению почв и развитию фитопатогенов.
Использование агротехники, не соответствующей типу почвы в регионе, привело к развитию почвенных эрозий.
По оценкам экспертов, за последние 20 лет ХХ века общее содержание гумуса в почвах России снизилось на 25%.
Но главное зло - это формирование у земледельца наплевательского отношения к земле на фоне крайне низкой культуры земледелия в стране.
Что же касается пользы от внедряемых систем земледелия, то об этом можно судить по урожайности зерновых: в 2002 году она была точно такой же, как в 1913 году - 13-14 ц/га.
Ученые-аграрии с середины XX века с упорством Кассандры (и тем же результатом) предупреждают, что экстенсивное использование плодородия почв неизбежно приводит к необратимому развитию негативных процессов. Подтверждением этому является динамика валового сбора зерновых в России в конце ХХ века по данным Госкомстата: (млн. тонн)
Более свежих данных мне найти не удалось - возможно, статистику и ведут, но доступ к ней ограничивают из скромности. Но динамика процесса ясна: и в начале XXI века первоочередная проблема, стоящая перед земледелием России - как накормить страну.
Однако постепенно в головы работников сельского хозяйства среднего и более высоких уровней приходит понимание того, что в почве необходимо поддерживать, а во многих случаях и восстанавливать плодородие. Хочу надеяться, что где-то на самом краешке сознания руководителей сельского хозяйства страны забрезжило ощущение, что урожай и плодородие - не две проблемы, а две стороны одной медали, и чтобы народ был сыт, а почвы тучны, нужна новая концепция ведения земледелия.
Проблема новой концепции земледелия стоит и в высокоразвитых странах, однако там задачи несколько иные - получение высококачественной экологически чистой продукции при условии сохранения плодородия почв.
Один из путей решения этой проблемы - разработка и внедрение биотехнологий.
Параллельно с этим есть еще один путь - внедрение биотехнологий с использованием микроорганизмов, которые обеспечивают повышение урожаев путем регуляции поступления в растения питательных веществ. Прежде всего это азот и фосфор, без достаточного количества которых растение не может сформировать высокий урожай. Высокий уровень обеспечения азотом и фосфором особенно необходим современным интенсивным сортам культурных растений, у которых в результате селекции усилена способность к потреблению этих элементов питания (Косинский, 1980). В настоящее время потребность таких сортов в питании обеспечивается за счет внесения высоких доз минеральных удобрений. С помощью почвообитающих микроорганизмов, полученных путем селекции, можно снабдить растение необходимым количеством азота и фосфора из естественных ресурсов этих элементов в почве, причем таких ресурсов, которыми само растение воспользоваться не может.
От 60 до 90% азота, содержащегося в растениях (как диких, так и культурных), является азотом биологическим, поступившим за счет деятельности микроорганизмов (Бабьева, Зенова, 1983). Азот в молекулярной форме находится в почвенном воздухе. Почвообитающие азотфиксирующие бактерии осуществляют фиксацию атмосферного азота и трансформацию его в доступную для растений форму. Азотфиксирующие симбиотические бактерии снабжают таким азотом бобовые растения, а свободноживущие азотфиксаторы обогащают им ризосферу небобовых растений.
Фосфора в почве сельскохозяйственных угодий нечерноземной зоны довольно много. Многолетнее применение минеральных фосфорных удобрений чрезвычайно увеличило количество этого элемента в почве, т.к. коэффициент усвоения фосфора из минеральных удобрений растениями в лучшем случае составляет 10-15%. Основная часть непотребленного фосфора закрепляется в почве, вызывая ее зафосфачивание (Минеев и др., 1993). Вся беда в том, что фосфор закреплен в почве в виде водонерастворимых соединений и, следовательно, для растений недоступен. Дефицит фосфора в скором времени станет первоочередной проблемой в мировом земледелии, т.к. запасы этого элемента на планете, в отличие от азота, ограничены и подходят к концу. Но просматриваются технологии, которые, по всей видимости, позволят извлечь "похороненный" в сельскохозяйственных угодьях фосфор. В почве присутствуют фосфатмобилизующие микроорганизмы, способные извлекать фосфор из его водонерастворимых соединений и транспортировать в растение. Наиболее распространенными из них являются эндомикоризные грибы, которые образуют симбиотическую ассоциацию с 80% высших растений. В результате функционирования симбиоза микроорганизмы снабжают растения фосфором (Norris e.a, 1994).
Естественно, что микробиологам, изучающим эти микроорганизмы, не могла не прийти в голову идея создать на их основе биологические препараты. Действительно, на основе высокоэффективных и конкурентноспособных штаммов азотфиксирующих бактерий и эндомикоризных грибов, выделенных из почвы, были созданы биопрепараты для улучшения азотного и фосфорного питания растений.
Применять эти препараты можно по-разному. Если в почве имеется дефицит азота, то инокуляция бобовых культур обеспечивает растения азотом в количестве, соответствующем внесению на гектар 40-50 кг действующего вещества, что соответствует внесению 100-120 кг минеральных азотных удобрений. Естественно, повышается и урожай (Кулаковская, 1990; Мишустин, 1983).
Если необходимо увеличить содержание азота в почве для выращивания интенсивной культуры (зерновые, подсолнечник, овощные), то в севооборот в качестве предшественника целесообразно ввести бобовые травы. При инокуляции эффективными штаммами азотфиксаторов эти растения способны накопить в почве следующие количества азота: клевер - 150-300, люпин - 75-100, зерновые бобовые - 50-100, люцерна - 300-600 кг/га (Мишустин, 1983; Holford, 1980). Разработаны биопрепараты и для небобовых культурных растений.
Если в почве имеется дефицит доступного для растений фосфора, то инокуляция биопрепаратами на основе эндомикоризных грибов обеспечивает этим элементом питания практически все сельскохозяйственные культуры (за исключением крестоцветных) в количестве, соответствующем внесению на гектар 40-50 кг действующего вещества, которое содержится в 120-150 кг минеральных фосфорных удобрений (Муромцев и др., 1996).
Если в почве не хватает и азота, и фосфора, а именно так чаще всего и бывает, то чрезвычайно привлекательной является идея двойной инокуляции растений азотфиксирующими и фосфатмобилизующими организмами (Муромцев и др., 1985). В многолетних опытах с различными сортами сои инокуляция азотфиксирующими и фосфатмобилизующими организмами обеспечивала прибавку урожая зерна на 15-20%. При этом содержание белка в зерне повышалось на 4-6%, а выход белка на гектар увеличивался на 160-250 кг (Лабутова и др., 2002).
Чрезвычайно важно, что использование биопрепаратов положительно влияет на плодородие почвы. В тех же опытах с соей содержание подвижных (т.е. доступных для растения) форм азота и фосфора в ризосфере инокулированных растений увеличивалось в расчете на гектар на 20-40 кг по сравнению с контролем без инокуляции. И это при том, что вынос азота и фосфора инокулированными растениями возрос в 2-2,5 раза за счет увеличения биомассы, а также содержания этих элементов в тканях растений (Лабутова и др., 2003).
Если биопрепараты могут частично или полностью заменить минеральные удобрения, увеличить урожай, улучшить качество продукции и при этом сохранить плодородие почвы, то почему же они до сих пор не нашли широкого применения в земледелии России? На этот закономерный вопрос есть совершенно однозначный ответ: агробиотехнологии являются продуктом высоких технологий и требуют высокого уровня сельского хозяйства вообще и высокой культуры земледелия в частности.
Попробуем охарактеризовать уровень культуры земледелия в России не просто словом "низкий", а конкретными цифрами. В таблице представлены данные об урожайности интенсивных сортов ячменя при их испытаниях на сортоучастках и при возделывании в передовых (!) хозяйствах Белоруссии (Кулаковская, 1990).
Урожайность сортов ячменя на сортоучастках, ц/га
Средняя урожайность ячменя в хозяйствах, ц/га
Фаворит
Мами
Надя
4,33
4,14
3,99
2,21
4,03
4,23
3,88
Урожай всех сортов в производственных условиях сокращается в 2 раза!
Еще пример, на этот раз с озимой рожью сорта Белта. При возделывании этого сорта на сортоучастках и в хозяйствах минимальная разница в величине урожая составила 13 ц/га, а максимальная - 20 ц/га (Кулаковская, 1990). Если учесть, что средний урожай зерновых в России - 13-14 ц/га, то страна теряет ежегодно зерна в 1,5 раза больше, чем собирает.
Каковы причины таких безумных потерь урожая? В качестве объяснения хочу привести данные еще одного эксперимента. Лет 10 назад я проводила испытания биопрепаратов на картофеле. Опытные поля Всероссийского института сельскохозяйственной микробиологии и производственные поля передового совхоза "Детскосельский" разделены всего лишь проволочным забором. В тот год на этих полях совхоз выращивал картофель. Мне показалось крайне интересным сопоставить прибавки урожая под действием биопрепаратов с реальным урожаем картофеля в совхозе. Поэтому в своих экспериментах я использовала те же сорта, что были высажены на совхозном поле. Я не являюсь специалистом-картофелеводом. Поэтому перед закладкой опытов я открыла учебник растениеводства и ознакомилась со способами подготовки почвы при посадке картофеля, глубиной заделки клубней, приемами и сроками обработки растений в течение вегетации и т.д. Весь период проведения эксперимента я строго следовала рекомендациям учебника. Трагическая развязка наступила осенью, при снятии опыта и уборке урожая на совхозных полях. Да, в своих экспериментах я получила 15-20% прибавки урожая под действием биопрепаратов по сравнению с контрольными участками. Но в контрольных вариантах (без биопрепаратов) урожай у меня был в 3-3,5 раза выше, чем на соседнем поле! Чтобы увеличить урожай картофеля на 200-250%, достаточно соблюдения азбучных правил его возделывания. Приходится констатировать неоспоримый факт: низкие урожаи в России обусловлены, прежде всего, несоблюдением элементарных приемов агротехники и растениеводства при возделывании сельскохозяйственных культур.
Посмотрим на это с точки зрения внедрения биотехнологий: скажите, пожалуйста, кого в такой ситуации интересует прибавка урожая в 15% за счет применения биопрепаратов? Да и можно ли получить эту прибавку, используя любые достижения современной биотехнологии, включая трансгенные растения, при том же пещерном уровне агротехники?
Если культура земледелия в России такова, что менталитет земледельца не готов к восприятию элементарных правил агротехники, то такому сельхозпроизводителю биотехнологии будут понятны и нужны примерно так же, как неандертальцу - синхрофазотрон. Ведь для успешного использования биотехнологической продукции требуется абсолютно точное следование рекомендациям по ее применению. Как объяснить пьяному уже с утра трактористу, что в основе биопрепарата лежат живые организмы, и если семена ими обработаны, то нужно их высеять не позднее, чем через 8 часов после обработки, а не через 2 или 3 дня? Как объяснить руководителю хозяйства, что закупленные в феврале биопрепараты нельзя хранить в неотапливаемом сарае, так как при отрицательной температуре микроорганизмы погибают, и к началу посевной в препарате не останется ни одной живой клетки? Что если купленный биопрепарат "Ризоторфин" предназначен для сои, то его никак нельзя использовать под горох или фасоль и тем более - под картофель? И если на препарате указано, что срок его годности 6 месяцев, то не стоит покупать его по дешевке уже после посевной и оставлять на следующий год - через 12 месяцев там останется живым хорошо, если один микроорганизм из тысячи.
Вы думаете, я моделирую ситуации? Ничего подобного, все это случаи из моей практики.
Из всего вышесказанного напрашивается вывод: биотехнологии будут бесполезны в России до тех пор, пока не изменится менталитет земледельца. Менталитет, сформировавшийся в ситуации, когда землю, ничейную сиротку, насиловали все, начиная от председателя колхоза и кончая Центральным Комитетом партии в полном составе. Не получается почему-то у человека как следует обрабатывать землю, которая ему не принадлежит и не останется его детям и внукам.
Поможет ли сельскому хозяйству России долгожданный переход земли в собственность? Увы, на волшебное преображение земледельца надеяться не приходится. Пример тому - Украина, где земля находится в частном владении пятый год. За первые два года после принятия закона земельные наделы, на которые были честно поделены колхозные поля, сконцентрировались в руках крупных землевладельцев. Концентрация земли - процесс закономерный, с той лишь оговоркой, что деньги на приобретение тысяч гектаров нашлись преимущественно у людей, которые абсолютно ничего не смыслят в земледелии, но совершенно точно знают: если деньги вложены утром - вечером они должны принести прибыль. Какая самая прибыльная культура на Украине? Конечно, подсолнечник: он и на внутреннем рынке стоит 150-250 $ за тонну, а уж с каким удовольствием его покупают за границей! В результате огромные площади были засеяны подсолнечником, его урожай в первый год составил в среднем около 30 ц/га, а полученные от продажи прибыли вдохновляли на продолжение. Поэтому на следующий год на тех же полях снова был высеян подсолнечник. Однако урожай был собран значительно меньший - 18-20 ц/га. Прибыли упали, но окрепла решимость наверстать упущенное в следующем году. Снова все на тех же полях высевают подсолнечник и, наконец, наступает момент истины - урожай на третий год возделывания подсолнечника в монокультуре составляет 9 ц/га (данные Запорожского областного управления сельским хозяйством). Полученный эффект описан во всех учебниках по земледелию и растениеводству. Подсолнечник является культурой, которая формирует большую биомассу и в процессе роста выносит из почвы огромное количество элементов питания. Почва истощается, становится неплодородной, в особенности, если под подсолнечник не вносить удобрения. Кроме того, в почве накапливается фитопатогенная микрофлора, которая, достигнув определенной численности, вызывает резкую вспышку заболеваний. Поэтому подсолнечник возделывают в севообороте с таким расчетом, чтобы эта культура попадала на одно и то же поле через 5-6 лет. Вы думаете, эти прописные истины не известны украинским агрономам? Да они Христом-Богом умоляли своих хозяев не сеять подсолнечник по подсолнечнику! Но куда же денешься все от того же менталитета?
Однако специфический менталитет имеется не только у земледельцев и бизнесменов. Есть он и у производителей сельхозтехники, удобрений, пестицидов и т.д. О менталитете производителей биопрепаратов хочется сказать особо.
Значительная часть фирм, выпускающих биопрепараты в СНГ, работают на дискредитацию биотехнологий в земледелии. Основу любого качественного биопрепарата составляют эффективные штаммы микроорганизмов с определенными свойствами. Большинство штаммов, которыми пользуются производители на необъятных просторах нашей бывшей Родины - это микроорганизмы, попавшие к ним в руки после развала географической сети Всесоюзного (ныне Всероссийского) института сельскохозяйственной микробиологии и Всесоюзного (ныне Всероссийского) института защиты растений. Нет, исходно это были высокоэффективные штаммы, которые проверялись по географической сети в различных почвенно-климатических зонах. Но знают ли нынешние производители, что во ВНИИСХМ несколько лабораторий постоянно занимаются поддержанием нужных свойств у технологических штаммов? Это сложная и кропотливая работа, которая далеко не всегда бывает успешной: со временем даже очень эффективные штаммы теряют свою активность. Поэтому постоянно ведется поиск и селекция новых микроорганизмов с нужными свойствами, подбор штаммов применительно к виду растения и почвенно-климатическим условиям региона использования.
Не забыли ли господа производители, что у азотфиксирующих бактерий, которые лежат в основе наиболее распространенного биопрепарата "Ризоторфин", имеется строгая видовая специфичность: с растениями сои эффективный симбиоз может сформировать один вид бактерий, а с горохом - совсем другой? Помнят ли они о том, что в биопрепарате должно содержаться определенное количество клеток микроорганизма, чтобы он мог выжить в почве и сформировать симбиоз? Не производят ли они очень дешевый ризоторфин, но на нестерильном (!) субстрате, как некая фирма в г. Евпатории? Обследование, проведенное в одном из хозяйств Днепропетровской области, закупившем этот биопрепарат по недорогой цене, показало, что использование евпаторийского ризоторфина никак не повлияло на формирование клубеньков у сои. Соответственно, прибавка урожая была нулевой. Хозяйству еще крупно повезло: с нестерильным субстратом могла быть занесена, Бог знает какая, фитопатогенная микрофлора, и потери урожая от болезни вылились бы в тысячи гривен. А так - только затраты на препарат и обработку семян. Мелочи. Меньше повезло хозяйству "Агросоюз" (тоже Днепропетровская область), которое решило перейти на биологическое земледелие и получать экологически чистую продукцию растениеводства и животноводства. Хозяйство закупило для обработки зерновых злаков и бобовых трав 7 биопрепаратов украинского и югославского производства, а также российский препарат "Байкал". Обработка сотен гектаров посевов биологическими препаратами ни в одном случае не дала прибавки урожая, напротив, отмечалось некоторое снижение продуктивности сельскохозяйственных культур.
Отдельно хочется сказать об отечественном препарате "Байкал". Московская фирма "ЭМ-технологии" производит этот широко разрекламированный биопрепарат и продает его по весьма дорогой цене в России и странах СНГ. Фирма попыталась воспроизвести аналог японского микробиологического препарата, в составе которого содержится 80 различных культур микроорганизмов с разными свойствами. Естественно, что такой биопрепарат имеет очень широкий спектр действия, начиная от обеспечения растений элементами питания и кончая защитой их от целого набора болезней. Я от души хочу поздравить японских микробиологов, создавших такой препарат. Это большое научное достижение - и очень сложная технология, которая позволяет совместить на одном субстрате несколько десятков штаммов микроорганизмов с различными пищевыми потребностями, сохранить их жизнеспособность и, что самое главное, обеспечить заданное соотношение численности клеток всех штаммов. Не берусь судить, насколько специалисты и руководители фирмы "ЭМ-технологии" отдавали себе отчет о сложности технологических проблем. Зато могу с полной ответственностью сказать, что экспертиза биопрепарата "Байкал", проведенная во Всероссийском институте сельскохозяйственной микробиологии, не выявила его положительного влияния ни на один из видов тест-растений. Напротив, в 70% экспериментов "Байкал" угнетал рост и развитие растений. Микробиологический анализ биопрепарата показал, что в нем содержалось всего 7 (!) различных штаммов микроорганизмов, причем по численности подавляющее большинство составляли молочнокислые бактерии и дрожжи. Их широко используют в пищевой промышленности, но отнюдь не в земледелии.
Не может быть, чтобы производители "Байкала" не знали, что он собой представляет на самом деле. Однако фирма производит его и прилагает к своему детищу переведенные на русский язык описание и инструкцию для японскогобиопрепарата. В частности, в разделе "Область применения" рекомендовалось при желудочно-кишечных расстройствах у человека принимать препарат внутрь. Я почти не сомневаюсь, что настоящий японский препарат способен нормализовать состояние микрофлоры не только в почве, но и в кишечнике. Только для того, чтобы достигнуть этого эффекта (и в почве, и в кишечнике), нужна не только красивая этикетка, но и соответствующее ей содержимое. Один мой знакомый фермер, чем-то отравившись, решил последовать японской рекомендации и принял-таки внутрь "Байкал" российского производства, за несколько дней до этого приобретенный на презентации. Дальше цитирую фермера: "Неделю от сортира на полчаса отойти не мог. Думал, что и мозги в унитаз вылетят!" Еще бы не вылетели! Сомневающиеся могут развести четверть палочки пекарских дрожжей в литре кефира и выпить - через час сомневаться перестанут. Все это, конечно, смешно, если бы не было так грустно.
Итак, резюме. При нынешнем состоянии сельского хозяйства в стране деньги, потраченные на внедрение биотехнологической продукции, будут закопаны в землю. России придется повременить с широким внедрением биотехнологий в земледелие. Не нужны России биотехнологии. А нужно ей, бедной, на несколько порядков поднять уровень культуры земледелия. Для этого необходимо, чтобы произошли качественные изменения в менталитете земледельца, и бережное отношение к земле стало неотъемлемой частью его мировосприятия. Для этого должен сформироваться класс землевладельцев, обладающих хоть какими-то знаниями в области растениеводства и наук о земле. А для этого земля обязательно должна перейти в частную собственность. Умный учится на своих ошибках, а мудрый - на чужих. Хватит ли мудрости у российских земледельцев и - особенно - землевладельцев, чтобы не повторять чужие ошибки, когда земля наконец-то перейдет в частную собственность?
А еще жаль, что по-прежнему умом Россию не понять.
Литература
1. Бабьева И.П, Зенова Г.М. Биология почв. М., МГУ, 1983.
2. Воробьев С.А. Земледелие. М., "Агропромиздат", 1991.
3. Косинский В.С., Рубанов А.М., Ткачев В.В., Сучилина А.А. Основы земледелия и растениеводства. М., "Колос", 1980.
4. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М., "Агропромиздат", 1990.
5. Лабутова Н.М., Поляков А.И., Гордон В.Л. Влияние двойной инокуляции эндомикоризным грибом Glomus intraradices и клубеньковыми бактериями Bradiorhizobium spp. на развитие и урожайность сои. Сб. научных трудов Института масличных культур УААН, вып. 6, 2001.
6. Лабутова Н.М., Поляков А.И., Лях В.А., Гордон В.Л. Влияние двойной инокуляции биопрепаратами на основе фосфатмобилизующих и азотфиксирующих микроорганизмов на величину и качество урожая сои в юго-восточном регионе Украины. Международный коллоквиум "Организация, реализация и механизация полевых экспериментов", Санкт-Петербург, Россия, 2002.
7. Минеев В.Г., Дебрецени Т., Мазур Т. Биотехгологическое земледелие и минеральные удобрения. М., "Колос", 1993.
8. Мишустин Е.Н. Пути улучшения азотного баланса пахотных почв СССР и выполнение продовольственной программы. Известия Акаденмии наук СССР, сер. Биологическая, №3, 1983.
9. Муромцев Г.С., Маршунова Г.Н., Павлова В.Ф., Зольникова Н.В. Роль почвенных микроорганизмов в фосфорном питании растений. Успехи микробиологии, т.20, 1985.
10. Муромцев Г.С., Маршунова Г.Н., Якоби Л.М., Федорова Н.Ю. Повышение урожая овса и содержания в нем фосфора под действием эндомикоризных грибов. Доклады ВАСХНИЛ, 1996.
11. Norris J.R., Read D., Varma A.K. Techniques for micorrhizal research, 1994.
.
Поэтому придётся ему быть определённым в один разряд с нами простыми садоводами. Пока он не разберётся со всеми новыми технологиями.
. К пещерам никто не призывает. Речь идёт о разумном использовании реальных природных процессов именно в земледелии.