Деньги из воздуха при выращивании сои

В Украине стоимость азотофиксирующих бактерий на 1 га составляет от 100 до 200 грн. С учетом затрат на транспорт и оплату труда по инокуляции, суммарные затраты на обеспечение посевов сои симбиотическим азотом не превышают 300 грн/га. Выручка (вернее-стоимость) полученного азота — 3 тыс грн/га. Какую рентабельность обеспечивает использования инокулянтов? 900%! О чем идет речь? О практически алхимическом превращении газа в твердое вещество, бесплатного воздуха в ценный товар. То есть, фактически, о превращении воздуха в деньги. Те деньги, которые можно в итоге не платить за азотные удобрения при выращивании сои.

Чтоб всем доказать, что учить ты достоин,

Когда все пути безнадежны,

Возьми что-нибудь чрезвычайно простое

И сделай его очень сложным.

Питер Хэйн

Одним из парадоксальных стереотипов мышления является то, что к воздуху принято относиться как к чему то несущественному. Кажется, что воздушная стихия не имеет веса, а коммерческая ценность воздуха и вовсе равна нулю.

Поэтому выражения «продавец воздуха» и «делать деньги из воздуха» используются как политкорректные обозначение бизнеса в духе Остапа Бендера. А «строить воздушные замки» – как одно из занятий клиентов подобных «бизнесменов».

На самом деле все прозаичнее, и точные данные физиков и химиков в очередной раз могут нанести душевную травму лирикам. Воздух имеет вес. А также обьем. И цену ( причем немалую, вспомните Киотский протокол!).

Но деньги из воздуха можно получать не только накачивая им шины автомобилей или продавая квоту на выброс загрязняющих атмосферу веществ. Есть еще один метод, рентабельность которого может вызвать острый комплекс неполноценности даже у дельцов наркобизнеса или спекулянтов с Уолл-стрит. Ведь те 300% прибыли, которые, по мнению Карла Маркса, должны полностью отключить инстинкт самосохранения у дельца-капиталиста, в данном случае должны считаться показателем полного провала.

О чем идет речь? О практически алхимическом превращении газа в твердое вещество, бесплатного воздуха в ценный товар. То есть, фактически, о превращении воздуха в деньги. Те деньги, которые можно в итоге не платить за азотные удобрения при выращивании сои.

Если кого-то удивят мои выкладки о сверхприбыльности этого процесса, то цифры докажут мою правоту лучше слов.

Воспринимая мир как данность,

взгляни на звезды, не спеша:

тягчайший грех – неблагодарность

за то, что воздухом дышал.

И.Губерман

Итак, часть расходная. Симбиотическая азот фиксация (а именно так называется эта алхимическая трансформация) требует, кроме воздуха (пока еще бесплатного!), наличия специальных бактерий, которых называют клубеньковыми или ризобиями. Бактериальный штамм (разновидность) Rhizobium, способный к симбиозу с соей, официально называется Bradyrhizobium japonicum. Как можно судить по названию, эта бактерия (как, впрочем, и ее растение-хозяин), имеет явно азиатское происхождение.

Так как естественным обитателем украинских почв она не является, то ее приходится в эти почвы «импортировать». К счастью, клубеньковые бактерии давно уже нет нужды везти из Японии, Китая или еще каких-нибудь экзотических мест. Уже упомянутый Остап Бендер век тому назад знал, что снабжение импортными товарами можно организовать, наладив их выпуск у себя дома. Особенно если этот дом в Одессе, на Малой Арнаутской. Ведь именно там, по авторитетному мнению «сына турецкоподданого», и делается вся контрабанда.

В отличие от подделок «под фирму», производимые биопрепараты ризобий вполне соответствуют оригиналу. Ведь основная забота производителя— не мешать им размножаться. И с этим успешно справляются в биолабораториях на всей териитории Украины.

В зависимости от технологии и решаемых задач, инокулянты (а именно так называют препараты ризобий) могут быть или сухими (на торфе) или жидкими. Применяют их весьма технологично, обрабатывая семена перед посевом.

Штаммы бактерий, как и их различные препаративные формы, отличаются по ряду параметров. Засухоустойчивости, жаростойкости, гарантийному сроку хранения. И, естественно, по цене.

Инокулянт для обработки семян сои насухом стерильном торфе типа «НитрофиксП» обойдется в 500-700 грн за пакет 0,6 кг. Этого количества вполне достаточно для инокуляии посевного материала на 5 га, то есть затраты на инокуляцию 1 га составят примерно 100-120 грн.

Дороже обойдется обработка жидкими препаратами, особенно если они привезены из-за рубежа. Не из Китая и Японии, конечно, но из стран Евросоюза. При обработке препаратом Оптимайз 200 гектарная норма препарата (по нынешнему курсу) стоит примерно 180-200 грн.

Если за счет азотофиксации растения сои получат 100 кг азота «из воздуха», то в переводе на аммиачную селитру ( содержание азота д.в 34,6% ) это будет порядка 300 кг удобрения. Что при ориентировочной цене 10 тыс. грн/тонну оценивается в 3 тыс. грн.

Чтобы тебя не списали в тираж,

Требовать – дело пустое.

Набивай себе цену тем,

Что отдашь:

Что сделал, того ты и стоишь.

Питер Хэйн

А теперь — вопрос. Стоимость азотофиксирующих бактерий (инокулянта) на 1 га составляет от 100 до 200 грн. С учетом затрат на транспорт и оплату труда по инокуляции, суммарные затраты на обеспечение посевов сои симбиотическим азотом вряд ли превысят 300 грн/га. Выручка (вернее-стоимость) полученного азота — 3 тыс грн/га. Какую рентабельность обеспечивает использования инокулянтов? 900%!

Или, если подойти к оценке эффективности иначе, можно выразить получившийся результат в виде себестоимости килограмма симбиотического азота. По 3 грн за кг, приблизительно…

Но для того, чтобы получить гарантированный результат, необходимо обеспечить соответствующие условия для процесса.

Неблагоприятные почвенно-климатические условия могут оказаться непреодолимым препятствием, исключающим эффективную азотофиксацию.

Что не любят ризобии? Он не любят кислую (с рН менее 5,5), бесструктурную, пересушенную или излишне сухую, холодную (менее 15 С) или перегретую (более 25С) почву.

Эффективность азотофиксации в очень кислой почве (рН 4,5) в полтора-два раза меньше, чем в слабокислой или нейтральной почве. Тем более, кислая почва ограничивает подвижность (связывает) фосфор и микроэлементы, необходимые для активного роста корневой системы и для деятельности ферментов бактерий.

Оптимальная влажность для развития клубеньков составляет 60—70% от полной влагоемкости почвы, пороговая – примерно 50%. Минимальная влажность почвы, при которой еще возможно развитие клубеньковых бактерий, ограничивается 16% от полной влагоемкости. При влажности ниже этого предела клубеньковые бактерии обычно не размножаются. Но они не погибают и могут длительное время существовать в неактивном состоянии. При дефиците влаги в почве во время посева сои клубеньки не образуются, а в более поздние периоды недостаток влаги приводит к отмиранию уже сформировавшихся клубеньков. Поэтому достаточно часто в районах с недостаточным увлажнением растения развиваются, не образуя клубеньков.

Избыточная влажность также неблагоприятна. Из-за снижения степени аэрации в зоне корней ухудшается снабжение корневой системы растения кислородом. Недостаточная аэрация отрицательно влияет также на клубеньковые бактерии, которым, как известно, «как воздух необходим» воздух. Избыточная влажность почвы даже в течение одной недели уменьшает продуктивность азотофиксации на 50-55%.

Идеальной для фиксации азота и роста растения является температура от +25 до 30°С. В этом диапазоне бактерия наиболее активно фиксирует азот и формирует клубеньки в течение 5-7 дней. Если температура почвы не превышает 15°С, то фиксация азота задерживается иногда на 20-30 дней, до тех пор, пока температура верхнего слоя почвы не поднимется хотя бы до 20°С.

Поэтому клубеньковые бактерии могут «бастовать» и на Юге Украины (иссушенные тяжелые почвы), и на Западе и Севере страны (болотистые кислые холодные почвы). Впрочем, почвенный покров Украины отличается неоднородностью, поэтому поспешные выводы делать не стоит.

Но не только почвенные условия ограничивают продуктивность (или вообще возможность использования) азотсфиксаторов на сое. Важное значение имеет и состояние культуры-хозяина.

Когда я думаю о замысле Творца,

когда меня загадка жизни мучит,

встают перед глазами два ларца,

и в каждом заперт от другого ключик.

Питер Хэйн

Что такое симбиотическая атомификация? По сути, это природный аналог широко используемого с начала 20 века в химической промышленности процесса Габера. По этой технология из водорода и атмосферного азота получают аммиак, который использует для производства азотных удобрений.

Процесс Габера происходит при высокой температуре (500 С) и давлении (350 атмосфер) в присутствии катализатора, на производство 1 тонны аммиака затрачивается 3200 кВт•ч электроэнергии.

Аналогичную по сути, но существенно отличающуюся в деталях, трансформацию атмосферного азота в аммиак осуществляют живущие на корнях бобовых растений азотфиксирующие бактерии. Они синтезируют аммиак при атмосферном давлении и вполне обычной (около 25 С) температуре. Но затраты энергии на симбиотическую азотофиксацию даже выше, чем у процесса Габера. Энергия затрачивается на разрыв тройной связи в молекуле N2(N≡N) и на последующее превращение ее в две молекулы аммиака (NH3) . Для ассимиляции одной молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, что эквивалентно 5000 кВт•ч энергетических затрат для получения 1 тонны аммиака.

Источником энергии для этого процесса являются растения сои. Бактерии в клубеньках бобовых расходуют на фиксацию 1 г азота около 10 г глюкозы (примерно 40 ккал). Таким образом , эффективность процесса составляет 10%. Активность клубеньковых бактерий зависит от обеспеченности растения-хозяина углеводами и минеральными элементами.

Отношения между соей и симбиотическими бактериями можно иллюстрировать текстом присяги, которую испанские дворяне приносили своему королю в 16-17 веках. Он звучал примерно так: “Мы, которые не хуже тебя, клянемся тебе, который не лучше нас, принять тебя нашим королем и повелителем, и подчиняться твоим приказам, если ты будешь блюсти наши вольности – а если нет, то нет”. Соответственно, если растение снабжает клубеньковые бактерии энергией и питательными веществами, то получает взамен азотное питание. «А если нет — то нет».

И, конечно же, требуются некоторые минеральные элементы. Международный институт питания растений (IPNI) в расчетной программе для определения потребности основных культур для стран Латинской Америки (http://lacs.ipni.net/article/LACS-1024) привел подтвержденные практикой нормативы затрат элементов минерального питания. Расчеты для обеспечения урожайности сои 3 т/га приведены в таблице 1, сделанной на основе этих нормативов.

Таблица1. Потребность в элементах питания при урожайности сои 3 т/га  (влажность13%)

Элемент	Потребность в  элементах питания ,кг/га	Вынос элементов   питания с поля
		кг/га	%
Азот (N)	196	143	73
Калий (K2O)	102	50	49
Кальций (CaO)	42	8	19
Магний (Mg)	23	9	39
Фосфор (P2O5)	18	16	88
Сера (S)	12	8	72
Железо (Fe)	0,78	0,2	25
Марганец (Mn)	0,39	0,13	33
Цинк (Zn)	0,16	0,11	70
Медь (Cu)	0,07	0,35	53
Бор (B)	0,07	0,02	31
Молибден (Mo)	0,01	0,01	85

Решающее значение для азотофиксации оказывают элементы, находящиеся в конце списка. Объясняется это тем, что молибден и железо являются элементами структуры двух химических соединений, необходимых для прохождения этого процесса — нитрогеназы и леггемоглобина.

Главным инструментом азотофиксирующих бактерий для трансформации молекулярного азота а аммиак является фермент нитрогеназа. Нитрогеназа – комплекс двух белков, один из которых содержит железо, а другой — железо и молибден.

Нитрогеназа чувствительна к высокому содержанию кислорода, который разрушает белковую часть фермента. Так как «по долгу службы» клубеньковые бактерии нуждаются в поступлении атмосферного воздуха, то налицо «конфликт интересов».Воздух необходим как источник азота, но нежелателен ка источник кислорода.

Бобовые растения вместе с симбиотическими бактериями решили это противоречие благодаря надежной защите нитрогеназы от действия кислорода. В клетках стенок клубеньков производится белок леггемоглобин,который связывает кислород, проникающий в клубеньки. Его количество в пересчете на 1 г клубеньков составляет от 1 до 3 мг. Леггемоглобин является продуктом совместной деятельности бактерий и растения . Он состоит из гемма, который синтезирует бактероид, и глобина, который образуется клетками бобового растения.Он содержится лишь в тех клетках клубеньков, в которых имеются бактероиды.

Розовая окраска внутреннего пространства жизнеспособных и активных клубеньков обьясняется наличием этого вещества. Поэтому для того, чтобы определить, насколько хорошо работают бактерии, можно просто разрезать клубеньки. Розово-коричневый цвет среза сигнализирует о том, что процесс азотофиксации идет полным ходом, а буро-коричневая окраска — о том, что их активность не выше, чем у единственного квартиранта мавзолея в Москве. А зеленовато-белесая окраска характерна для тех клубеньков, которые еще не приступили к своей работе (или даже не собираются это делать).

Впрочем, без достаточного количества фосфора и бора процесс азотофиксации тоже идет. В результате производственных опытов в Николаевской области (2013 год) было установлено, что максимальная площадь листьев с к периоду налива семян была в варианте с предпосевной обработкой семян до инокуляции молибденом (молибденовокислым аммонием) и водорастворимым удобрением «Фреш Фосфор» ( 1,5 кг/т). У сорта Аннушка на контроле этот показатель был около 42,1 тыс. м2/га, а в экспериментальном варианте опыта 46,7 тыс. м2/га. При этом масса активных клубеньков в пересчете на гектар также существенно отличалась — в контроле около 136 кг/га, а в опытном варианте — более 200 кг/га. Результаты более плодотворной «дружбы» растений и ризобий увеличили урожайность на 27 % , при этом увеличилось как количество бобов, так и масса 1000 шт семян.

Взаимоотношения между клубеньковыми бактериями и соей не ограничиваются только обменом продуктов между участниками «по бартеру», то есть обменом углеводов на соединения азота. Ризобии оказывают на растения сои сильное стимулирующее действие, причем буквально с самого начала их «сотрудничества».

Семена сои при прорастании, а также корневая система молодых растений выделяют в почву специфические химические вещества. На присутствие этих химических веществ в почве клубеньковые бактерии реагируют как на сигнал для начала процесса «стыковки» микроорганизмов и растения.

Бактерии, в свою очередь, начинают выделять вещества, которые управляют движением корневых волосков сои. Благодаря хемотаксису, корневые волоски движутся к ризобиям (продвигаясь на расстояние до 30 мм) подобно тому, как собака по запаху движется к интересному для нее объекту.

Некоторые исследователи считают, что клубеньковые бактерии синтезируют индолилуксусную кислоту (гетероауксин) из триптофана, всегда присутствующего в корневых выделениях растений. Влиянием гетероауксина объясняется искривление корневых волосков при инфицировании корневой системы клубеньковыми бактериями.

Интересны выводы (И.В. Драговоз, Н.О. Леонова, Г.А. Иутинская 2011) о том, что производство экзогенных цитокининов высокоэффективным штаммом клубеньковых бактерий превышает аналогичные показатели у малоэффективного в 3,3–9,4 раза и у неэффективного – в 3,9–11,0 раз. Исследователи высказали предположение о взаимосвязи между способностью штаммов ризобий сои к синтезу цитокининов и их симбиотической эффективностью.

Кроме цитокининов, бактерии производят также ауксины, преимущественно индолил-3-уксусную кислоту (ИУК). Наибольшее ее количество было обнаружено в культуральной жидкости высокоэффективного штамма B. japonicum УКМ В-6035 – более 773 мкг/г АСБ.

Затем это нужно бактериям? Во-первых, для успешной «соеинтеграции», то есть успешного установления симбиотических отношений с растениями. Во-вторых, для лучшего обеспечения энергией. Ведь, как уже писалось выше, источником энергии для ризобий являются растения. И чем выше активность растений, тем лучше энергообеспечение живущих в клубеньках на их корнях бактерий. Поэтому бактерии готовы приложить усилия для стимуляции роста и развития сои, помогая ей синтезированными фитогормонами.

Физиологические функции ауксина и цитокинина многообразны, но именно правильное соотношение представителей этих двух групп фитогормонов стимулирует рост и ветвление корня (ауксин), рост и ветвление стебля (ауксин+ цитокинин), активный рост листьев (цитокинин) и противодействие стрессам.

Поэтому если в силу каких-либо обстоятельств соя остается без «руководящей и направляющей» заботы ближайших друзей — клубеньковых бактерий, то ее тонус будет не на высоте, и продуктивность – соответственно.

Создание новых идей – операция,

доступная всем и довольно несложная:

достаточно знать, в каких концентрациях

смешать очевидное и невозможное.

Питер Хэйн

Так как благодаря достижениям науки появляется возможность использовать синтетические аналоги фитогормонов, то можно помочь и сое, и ризобиям своеобразной «гуманитарной помощью» в виде стимуляторов роста. Они могут применяться в два этапа.

Первый этап — инокуляция. Известно, что цитокинины способствуют прорастанию семян и повышают их всхожесть. Результаты некоторых исследований (М.С. Комок, А.В. Пирог, В.В. Волкогон, 2014) показали, что экспериментальные препараты для инокуляции с содержанием ауксинов и цитокининов положительно влияли на рост и развитие растений сои, обеспечивая увеличение количества клубеньков до 40% и их массы — на 29-39%. Нитрогеназная активность возрастала на 18-43% по отношению к показателям варианта с использованием обычной бактериальной суспензии инокулянта. Упомянутые выше исследования использовали в качестве источника фитогормонов вытяжку биогумуса. С одной стороны, это экологично и относительно дешево, но с другой — в производственных условиях получить стабильно прогнозируемый результат будет проблематично. Гуматы бывают разные, а биогуматы — и подавно.

Поэтому при проведении производственных исследований препаратов компании «Агросфера» было предложено использовать регуляторы роста «Фреш Энергия» ( индолилмасляная кислота — синтетический аналог ауксина, 40 г/кг) и «Фреш Флорид» ( экстракт водорослей с высоким содержанием цитокининов) как для обработки семян, так и для внекорневого внесения по вегетирующей культуре сои.

Оптимальной нормой препарата «Фреш Энергия»для стимуляции инокуляции оказался диапазон 150-200 г/т семян. При этом на растениях сорта «Аннушка» количество клубеньков увеличилось на 32% по сравнению с обычным инокулянтом, их масса увеличилась пропорционально количеству.

Для препарата «Фреш Флорид» оптимальной оказалась норма внесения 400 г/тонну семян, увеличившая количество клубеньков в среднем на 27%.

Неблагоприятные погодные условия (засуха во второй половине вегетации сои) 2014 года не позволили полностью раскрыть потенциал культуры. В не орошаемых условиях при урожайности контрольного варианта 10,3 ц/га экспериментальные варианты с использованием для обработки семян Фреш Энергии» и «Фреш Флорида» показали прибавку на 1,3 и 0,96 ц/га соответственно.

Ауксиновые и цитокининовые регуляторы роста успешно использовались для обработок вегетирующих растений сои в условиях орошения на Юге Украины. На начальных этапах вегетативного роста (V3-V4) внесение ауксинов ( «Фреш Энергия» 0,3 кг/га) способствовало лучшему росту корней и более активному их заселению азотфиксирующими бактериями. Масса клубеньков в фазу бутонизации была на 21-24 % больше, чем в контрольном варианте.

Препарат «Фреш Флорид» отлично зарекомендовал себя при обработках в фазу бутонизации — конца цветения. При изучении процесса опадения цветков и бобов Castro (1985) пришел к выводу, что раннее опадение бобов происходит из-за низкого содержания эндогенных гиббереллинов и цитокининов. Используя эти выводы как обоснование целесообразности обработок сои препаратами, содержащими цитокинин, были проведены соответствующие исследования. Их результат — увеличение числа бобов (на 15%) и семян в бобах, повышение урожайности на 12-14%.При этом стоит отметить более длительный период активности клубеньковых бактерий на обработанных Фреш Флоридом» участках полей.

В начале статьи шла речь о том, что симбиотическая азотофиксация — удивительно выгодный с точки зрения экономики процесс. Поэтому относительно небольшие дополнительные затраты, направленные на его интенсификацию, заведомо рентабельны.

Поэтому стоит обратить внимание на мелочи, которые имеют решающее значение — правильную технологию инокуляции, корректировку минерального питания (особенно фосфором, бором, молибденом, кобальтом, железом и цинком) и использование стимуляторов роста.

Александр Гончаров,

Инфоиндустрия

Задать вопрос Александру Гончарову вы можете, посетив конференцию «Защита и питание растений 2015″. Подробности на: euroagrochem.com

Читайте нас у Telegram