Интегрированная система защиты растений: золотой стандарт земледелия

В этом году на американской национальной конференции по прямому посеву National Notillage Conference 2021 (Луисвилл, штат Кентукки) американский ученый, микробиолог, лидер движения «За регенерацию почвы» доктор Крис Николс обратилась к  мировому сообществу: «Сегодня все чаще мы слышим о регенеративном земледелии и устойчивости почвы. Но что это значит на самом деле? Одинаковы ли эти понятия? Практики ресурсосберегающего земледелия, без сомнения, способствуют восстановлению почвы, но происходит это слишком медленно, и надо понять, почему. Мы теряем почву, потому что концентрируемся на деталях и не замечаем главного. У нас нет системного подхода, чтобы увидеть проблему целиком, а главное — восстановить циклы и связи, заложенные природой. Только так мы можем не просто поддерживать почву в устойчивом состоянии медленного увядания, а по-настоящему ее восстановить».

Мы поставили цель — производство продукции с улучшенными экологическими характеристиками. Мы понимаем, что для этого необходимо снижать химическую нагрузку, поэтому начали применять интегрированную систему защиты растений, которую называют «золотым стандартом земледелия».

Для каждого сельхозпроизводителя основными противниками остаются сорняки и вредители. В основе системы интегрированной защиты растений лежит глубокое знание основных вредителей — их биологии и особенностей. Именно знание и понимание того, с кем нужно бороться, позволяет выбрать оптимальные препараты и сохранить урожай.

Мы понимаем, что необходимо сбалансированно подходить к методам, которые мы   используем   для   борьбы с сорняками и вредителями. Мировое сообщество сегодня нацелено на биологизацию сельского хозяйства, восстановление естественных циклов и постепенный уход от использования искусственно синтезированных соединений. Однако в масштабах страны полностью от них отказаться не получится, поэтому необходимо находить баланс между грамотным использованием средств химической защиты и методами биологизации.

Мы осваиваем бактериально-грибковые  препараты, покровные культуры, нектароносные культуры для привлечения природных энтомофагов и использование выращенных в лабораториях энтомофагов, в этом году будем активнее использовать пчёл для опыления.

Покровные культуры

Покровные культуры — это растения, которые выращивают с целью улучшения плодородия почвы и борьбы с сорняками. Этот метод широко используется сельхозпроизводителями разных стран.

В первую очередь, покровные культуры позволяют сохранять структуру почвы, защищая ее от эрозии и поддерживая оптимальное кислотно-щелочное равновесие, температурный режим и водный баланс. Корни покровных культур обеспечивают пористую структуру почвы, необходимую для водной инфильтрации, а также удерживают в себе необходимые питательные вещества, снижая потребность в органических и минеральных удобрениях. Кроме того, в корнях вырабатываются специальные ферменты, которые стимулируют метаболические процессы почвенных микроорганизмов. Во-вторых, покровные культуры обеспечивают естественную защиту от сорных растений и вредителей, конкурируя с ними за питательные вещества и вырабатывая специальные соединения, которые выступают в качестве природных гербицидов по отношению к другим растениям. Таким образом, покровные культуры, сохраняя здоровье почвы, позволяют снизить расходы на удобрения и средства химической защиты растений.

Однако к выбору покровных культур необходимо подходить очень осознанно и учитывать ряд факторов. Во-первых, какая именно цель стоит перед хозяйством и в каких условиях происходит посев. Во-вторых, исходить из состава почв и состояния  биоты. Именно на этом основании нужно выбирать смеси культур, поскольку каждая из них обладает определенным химическим составом и свойствами.

Выращиваются покровные   культуры, как правило, с целью сохранения структуры почвы или борьбы с вредителями. В первом случае нужно учитывать корневую систему и адаптированность культуры к климатическим условиям. Во втором случае нужно понимать, с какими именно вредителями мы боремся, и какая культура является ее естественным антагонистом. Каждая культура имеет свои особенности, с которыми рекомендуется ознакомиться перед посевом. Так, бобовые обогащают почву азотом, корнями разрыхляют и одновременно оструктуривают верхний слой почвы. Злаковые накапливают органическое вещество, предохраняют почву от эрозии. Крестоцветные, помимо высвобождения недоступных питательных веществ, привлекают полезных насекомых. Для стимулирования биоразнообразия рекомендуется использовать миксы покровных культур. В 2020 году мы после уборки яровой пшеницы и ячменя посеяли микс из семи покровных культур на площади 950 гектаров (Таблица 2). К посеву 2021 года подготовлен микс из 21 покровной культуры (Таблица 3). Условно их можно разделить на 5 основных групп: бобовые, злаковые, крестоцветные, гречишные, сложноцветные.

Важно уделять покровной культуре не меньше внимания, чем основной, поскольку динамика роста культуры может многое рассказать о состоянии почвы.

Посев нектароносных культур для привлечения энтомофагов

В особую группу насекомых выделяются энтомофаги — хищные насекомые, которые в ненарушенных человеком биологических и растительных сообществах регулируют численность вредных насекомых, препятствуя их массовому размножению. По данным наблюдений и исследований, применение златоглазки, габробракона позволяет спасти на подсолнечнике 5-7 ц/га, на кукурузе — 4-6 ц/га, на сое — 7-10 ц/га. Применение энтомофагов выгодно и с экономической точки зрения, поскольку их использование оказывается в 1,5 раза дешевле применения традиционных агрохимпрепаратов.

Для привлечения, стимулирования размножения и, соответственно, повышения эффективности энтомофагов в агробиоценозах необходимо дополнительно высевать нектароносные растения. После зимовки и выхода из куколок энтомофагам для питания необходимы   нектар и пыльца ароматических и медоносных растений — крестоцветных, зонтичных, сложноцветных, розоцветных, бобовых и  других.

Оптимальной стратегией считается создание «конвейеров» цветочно-ароматических и медоносных растений,   цветущих с конца апреля по октябрь. В состав такого фитоконвейера рекомендуется включать чабер садовый, гречиху, укроп, кориандр, рапс, фацелию, горчицу, люцерну, донник, клевер, топинамбур, подсолнечник, вику, эспарцет, семенные посадки моркови, пастернака, тмина и лука.

Опыты, проведённые с участием разных видов растений, показали, что сильнее всего привлекают насекомых бобовые культуры и смеси на их основе. Мы провели анализ вредоносных насекомых на культурах нашего севооборота и подобрали для них специфических энтомофагов, а для энтомофагов подобрали специфические нектароносные культуры, которые собираемся высевать в текущем году. При подборе важно учитывать длительность цветения нектароносной культуры, чтобы период цветения культур севооборота соответствовал цветению нектароносов. В 2021 году мы планируем посев вокруг полей таких культур, как клевер, душица, зверобой, пижма, иссоп, мята, змееголовник, мелисса и других. (Таблица 4).

Биологизация земледелия и бактериально-грибковые препараты

При применении почворесурсосберегающих технологий агроному приходится переходить от грубых методов ведения сельского хозяйства (минеральные удобрения, вспашка, пестициды) к более тонким, требующим высокого уровня понимания процессов формирования урожая. Среди наиболее важных механизмов такого тонкого, «умного» управления функционированием корневой системы растений особое место занимает управление почвенной биотой, в той или иной степени влияющей на рост и развитие корней.

Интенсивное изучение в последние годы микробиома (совокупности микроорганизмов) почв и растений привело к революционным открытиям в понимании отношений между микробами и растительными организмами, а также открыло новую практическую область в растениеводстве — управление микробиомом для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Сам же характер отношений между растениями и микроорганизмами многогранен — от паразитизма (фитопатогены) до симбиоза (симбиотические эндофиты).

Точечное и целенаправленное воздействие на микробиом позволяет оптимизировать условия развития корней на фоне отказа от интенсивной обработки почвы и снижения объемов вносимых минеральных удобрений. Если биологическая активность является одним из наиболее важных параметров «здоровья почв» (Soil health), то целенаправленное формирование почвенного микробиома — важнейший вид лечения наших, во многих случаях, хронически больных почв. Золотым стандартом лечения почв признано активное формирование микробиоты  почвы с помощью специализированных биопрепаратов и других приемов биологизации земледелия.

При этом необходимо отходить от традиционных взглядов на биопрепараты, применяемых только при обработке семян. В настоящее время разработаны препараты и технологии, которые используют в период вегетации растений, а также для прямой инокуляции почвы полезными микроорганизмами при посеве или при поливах.

Если все эти приемы объединить в единую систему с методами почворесурсосберегающих агротехнологий, получается научно-обоснованная технология управления развитием корневой системы растений и формирования здоровых, плодородных почв, что крайне необходимо на фоне объективно существующих проблем.

Ежегодно мы проводим микробиологическое исследование растительных остатков и почвы. Анализы выявили значительное количество патогенов, в том числе на некоторых полях был выявлен фузариоз. Это большая проблема российского растениеводства.

По данным ВНИИ фитопатологии, зараженность семян фузариозом в России выросла до 10 раз, что несет риск заражения продукции микотоксинами и чрезвычайно опасно для здоровья населения нашей страны. Стандартом для решения этой проблемы в мировом аграрном сообществе признаны биофунгициды на основе триходермы, но научно-практические рекомендации по применению этого   препарата в технологиях ноу-тилл отсутствуют. Поэтому нам в некоторой степени приходится быть первоиспытателями, хотя для получения профессиональных консультаций мы активно сотрудничаем с ВНИИФ, ВИЗР, ВНИИБЗР, Крымским НИИСХ, ВНИИСХМ, а также с Самарским аграрным университетом и Казанским ГАУ.

Для устранения патогенов на растительных остатках и в почве с 2017 года мы начали апробировать бактериально-грибковые препараты четырех компаний. Всего было проведено 6 опытов. Работа будет продолжена, но уже сегодня можно сказать, что благодаря использованию биометодов количество патогенов значительно уменьшилось. Далее в таблице приведены примеры некоторых опытов, проводимых на наших полях (Таблица 5).

На опытных полях проведены фитопатологические, агрохимические, микробиологические анализы.

Биологические препараты доказали свою эффективность, что выразилось в повышении биогенности почвы, увеличении скорости разложения растительных остатков, появлении антагонистов фитопатогенных организмов, в повышении урожайности, в накоплении биомассы, улучшении питания растений, снижении химического стресса.

«В качестве примера ресурсосберегающих агротехнологий можно привести результаты, полученные на полях ООО «Орловка» — АИЦ Самарской области», — комментирует проведенные в нашем хозяйстве опыты Р.И. Сафин, заведующий кафедрой защиты растений и селекции Казанского государственного аграрного университета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент АН Республики Татарстан:

— Для более наглядного представления роли активного формирования микробиома почв было выбрано наиболее трудное, с точки зрения контроля фитосанитарного состояния, звено севооборота кукуруза (2019 год) — соя (2020 год). Достаточно давно известно, что растительные остатки кукурузы являются прекрасной средой для развития фитопатогенных грибов рода Фузариум, что приводит к массовому накоплению патогена в почве и развитию сильного поражения последующих культур фузариозной инфекцией. И действительно, проведенный в 2019 году специалистами ФГБНУ ВНИИБЗР микологический анализ почвы показал, что на всех изучаемых полях после кукурузы именно грибы рода Фузариум относились к наиболее массовым среди всех фитопатогенов, и их численность в почве была выше порогового уровня. Для изучения роли применения приемов активного управления почвенным микробиомом в 2020 году были рассмотрены три варианта возделывания сои в системе No-Till:

1) Контрольный – без применения биопрепаратов, использовались только пестициды;

2) Биологизированный 1 — 04.2020 года в почву вносили биопрепарат Стернифаг (Trichoderma harzianum штамм ВКМF-4099D;

3) Биологизированный 2 — 04.2020 года в почву вносили биопрепарат Стернифаг (Trichoderma harzianum штамм ВКМF-4099D совместно с гуматным препаратом Уникальный гумус; при обработке гербицидами 18.06.2020 года в баковую смесь добавляли биопрепарат Фитотонус (Bacillus subtilis/pumilus) с хелатными удобрениями Био-хелат комплекс.

Семена сои были обработаны биопрепаратами на основе клубеньковых бактерий. После уборки урожая на базе Агроэкологического центра Казанского ГАУ были проведены микробиологические анализы почвы и растительных остатков.

Особый интерес представляет накопление в растениях сои фитопатогенных грибов (Таблица 6).

Полученные результаты показали, что из растений сои на тех полях, где применялись только пестициды (контроль) выделились наиболее опасные фузариозные грибы, в тех случаях, когда использовались биопрепараты, из растений такие грибы не выделились.

Еще более заметной   разница  между вариантами   была    при оценке бактериальной микрофлоры почв (Таблица 7). Результаты оценки показали, что наиболее разнообразным видовой состав почвенных бактерий оказался при применении биологизированной схемы 2.

Причем в почве в данном варианте в большом количестве встречались не только актиномицеты (многие из которых являются антагонистами фитопатогенов), но и бактерия Bacillus thuringiensis, обладающая способностью подавлять распространение вредителей и входящая в состав многих биоинсектицидов.

Особенно интересным является то, что в схемах, в которых применялись биопрепараты и приемы биологизации, были обнаружены (в достаточно большом количестве) свободноживущие бактерии азотофиксаторы, тогда как в контроле, где применялись только пестициды, их не было совсем.  С учетом того, что все выделенные свободные азотфиксирующие бактерии относятся к аэробным, полученные данные говорят о том, что условия аэрации почвы при применении биологических препаратов были достаточно благоприятными. А ведь недостаток аэрации почв, как правило, связывают с одним из отрицательных моментов при переходе на сберегающее земледелие.

Все изменения в условиях развития растений положительно отразились и на урожайности. С учетом низких затрат на приобретение и применение биопрепаратов экономическая эффективность их использования достаточно высока.

Заключение

Работая по технологии ресурсосберегающего земледелия и применяя биологические средства защиты растений, мы пытаемся найти баланс между сохранением плодородия почвы, получением достойных урожаев и качественной продукции.

Нам удалось найти немало рецептов для успешной работы — севооборот, подбор семян и гибридов, применение микроэлементов и внесение серы, соблюдение технологии обработки химическими средствами защиты растений, включающей параллельное вождение, использование навигационных систем, систем цифрового контроля операций. Это подтверждается состоянием посевов, ростом урожайности, улучшением структуры почвы, а также снижением затрат на производство. Сокращены инвестиционные затраты на плуги и культиваторы, сокращены полевые операции, сокращено потребление дизельного топлива с 2900 л/га до 950 л/га. Остановили эрозию и деградацию почвы, сократили выбросы СО2, восстанавливаем почвенную биоту.

Отмечаем стабильный рост урожайности, при том, что в 2020 году было восемь недель засухи с высокими атмосферными температурами. (Таблица 8).

Мы устранили основные лимитирующие факторы роста первого периода, и следующая задача — достичь в почве баланса ее составляющих, активизировать ионно-катионный обмен, стимулировать рост микроорганизмов посредством максимального использования биологических методов. Мы ставим перед собой цель — продолжить изучение влияния покровных культур, бактериально-грибковых препаратов, нектароносных посевов и энтомофагов с целью производства продукции с улучшенными экологическими характеристиками.

Мы планируем приобрести современные комплексы машин, позволяющие педантично проводить все полевые операции, и повысить производительность труда.

Мы прекрасно понимаем, что для достижения желаемых результатов необходимы большая вера и воля, а также запас финансов, так как за ошибки мы платим сами. Сегодня мы имеем только одну единственную возможность минимизировать ошибки — развивать практику обмена опытом между российскими и зарубежными сельхозпредприятиями, изучать исследования иностранных ученых в области ПРЗ. Для этого мы проводим семинары, конференции, максимально используем ресурсы журнала, интернетресурсы, в том числе созданную нами платформу знаний АгроЭкоМиссия.

Мы пытаемся привлечь внимание российской науки и государства к практике внедрения ПРЗ, остановить эрозию и деградацию почв, повысить урожайность и качество производимой продукции, иммунитет и здоровье россиян. Уверены, что альтернативы почворесурсосберегающим технологиям нет.

Читать первую часть статьи 

Читать 49 выпуск журнала "Ресурсосберегающее земледелие"