Аграрна індустрія стикається з комплексом глобальних проблем: посилення стійкості збудників хвороб до традиційних хімічних засобів захисту, потреба у постійному збільшенні продуктивності для задоволення світового попиту, пристосування до кліматичних змін та посилення екологічних норм, що обмежують використання хімічних пестицидів.
У відповідь на ці проблеми біологічні засоби (біопродукти) стають все більш затребуваними. Вони пропонують екологічно безпечний спосіб для охорони рослин і підвищення наявності поживних елементів. Однак існує важлива перешкода: звичайні біологічні засоби нерідко не дають надійних і передбачуваних результатів. Це пов’язано з такими факторами, як недостатня адгезія до поверхні насіння, нестабільна колонізація навколо кореневої системи та знижена результативність у разі значного початкового рівня ураження патогенами.
Але сьогодні на ринку вже є ефективні рішення, які, завдяки синергетичному підходу, дозволяють багато разів збільшити ефективність і надійність використаних біологічних засобів, започатковуючи нову еру в технологіях насінництва та захисту рослин.
За даними останнього звіту Global Market Insights Inc., глобальний ринок біологічних засобів у 2024 році оцінювався в 6 млрд доларів США, і, згідно з прогнозами, він зростатиме із середньорічним показником росту (CAGR) на рівні 15,9 %, досягнувши 26,4 млрд дол. США до 2034 року.
Це розширення в значній мірі зумовлене зростаючою потребою в методах органічного виробництва по всьому світу. Споживачі все більше занепокоєні тим, як виробляються харчові продукти, надаючи перевагу способам, які є екологічно дружніми та менш шкідливими як для здоров’я, так і для екосистем.
Попит на засоби біологічного контролю також зростає через підвищення обізнаності аграріїв щодо шкідливого впливу хімічних пестицидів, зокрема щодо втрат біорізноманіття, пошкодження екосистем і ризиків для здоров’я. Цей перехід до екологічних сільськогосподарських методів спонукає фермерів використовувати способи біоконтролю, оскільки вони є високоефективними, екологічно безпечними та добре працюють в системах інтегрованої боротьби зі шкідниками та хворобами. Завдяки своїй здатності вибірково впливати на шкідливі організми, засоби біоконтролю пропонують довготривалі рішення з мінімальним впливом на навколишнє середовище.
Ринок біопрепаратів поділяється за активною речовиною, видом культури та методом використання. Сегмент мікробних засобів, що охоплює корисні мікроорганізми, такі як бактерії, гриби та віруси, займав найбільшу частку у 3,6 млрд дол. США у 2024 році. Цей сегмент продовжує рости, оскільки фермери шукають екологічно прийнятні альтернативи боротьбі зі шкідниками. Біопрепарати широко застосовуються для різних видів сільськогосподарських культур, включаючи фрукти та овочі, зернові культури та бобові.
Європа займає передові позиції на світовому ринку засобів біоконтролю, оцінка якого у 2024 році становила 2 млрд дол. США. Європейські країни, зокрема Франція, Німеччина та Нідерланди, оперативно впроваджують засоби біоконтролю завдяки своїй відданості екологічному сільському господарству. Європейська зелена угода, метою якої є зменшення застосування пестицидів та розширення органічного сільського господарства, значно стимулює впровадження біоконтролю.
Стрімко розвивається у світі і біологічна обробка насіння, оскільки саме цей метод сприяє запобіганню проблемам зі шкідниками та хворобами до висадки сільськогосподарських культур, забезпечуючи здоровий розвиток рослин. Цей сегмент ринку оцінено у 2,1 млрд дол. США у 2024 році, і за прогнозами він зростатиме до 2034 року щороку на рівні 16,7 %.
Роль та проблеми біологічних препаратів
Біопрепарати – це природні організми, такі як бактерії, гриби та віруси, що контролюють шкідників та хвороби в сільському господарстві та інших секторах. На відміну від синтетичних пестицидів, ці засоби спираються на екологічну взаємодію для боротьби зі шкідливими видами, пропонуючи більш стійке та безпечне рішення.
Біологічні агенти, що застосовуються для обробки насіння, є живими мікроорганізмами або їх метаболітами, які сприяють здоров’ю рослин та їх росту. Залежно від складу і призначення їх можна поділити на кілька важливих груп:
Азотфіксатори. Бактерії (найчастіше застосовувані з родів Rhizobium та Bradyrhizobium), які перетворюють атмосферний азот на доступні для рослин форми, збільшуючи живлення. Найвідомішим прикладом впровадження біологічної азотфіксації є використання інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами. Як показала практика, їхнє використання дає змогу досягти підвищення врожайності такої культури як соя на 2,7 ц/га (або 14,1 %). При цьому більш ніж удвічі збільшується кількість бульбочок, а їх маса зростає майже в 3,5 рази. Потенціал фіксації азотних сполук таких симбіотичних систем, залежно від виду культури, варіюється від 60 до 300 кг/га. Сьогодні у всьому світі бобові культивують на площі понад 250 млн/га, а рівень фіксації ними атмосферного азоту становить близько 90 млн/т на рік.
Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами
Найвідомішим прикладом упровадження біологічної азотфіксації є застосування інокулянтів для бобових рослин на основі ризобіальних мікроорганізмів, які фіксують атмосферний азот у симбіозі з бобовими культурами
Фосформобілізатори. Це, передусім, фосфатмобілізуючі бактерії (на практиці найчастіше використовують види Pseudomonas і Bacillus), що збільшують біологічну доступність фосфатів, фітатів та пов’язаних металів, включаючи магній, кальцій, залізо, цинк та інші мікроелементи. Також фосфатмобілізуючу активність проявляють і гриби, зокрема види Aspergillus і Penicillium.
Біологічни засоби захисту рослин
Гриби-антагоністи, зокрема гриби роду Trichoderma (Tr. lignorum Harz.та та Tr. viridae), які є антагоністами багатьох фітопатогенних грибів. Препарати на їх основі відрізняються високою активністю щодо багатьох збудників хвороб рослин із родів Alternaria, Botrytis, Colletotrichum, Fusarium, Phoma, Pythium, Rhizoctonia, Sclerotinia, Verticilliun. Гриб триходерма продукує мікотоксин і антибіотики, які мають протигрибну та антибактеріальну дію.
Бактерії Bacillus thuringiensis (а також синтезовані цим видом бактерій Cry-токсини) та Bacillus subtilis, які застосовують не лише як альтернативу синтетичним інсектицидам, але і як біодобрива та біостимулятори, що допомагають рослинам протистояти різноманітним стресам та сприяють розвитку та росту.
Основні функції цих продуктів включають стимулювання формування потужної кореневої системи, посилення поглинання поживних речовин та пригнічення ґрунтових патогенів. Проте, в польових умовах мікроорганізми, що входять до складу використовуваних біопродуктів, нерідко стикаються з проблемою виживання, оскільки насіння потрапляє у суворі ґрунтові умови. Так, для нормального розвитку мікроорганізмів потрібна оптимальна температура в межах 25…35 °C, але в реальних умовах все не так ідеально. Низькі температури уповільнюють біохімічні процеси та метаболізм мікроорганізмів, а надмірно високі – можуть призвести до їх загибелі або зниження активності.
Волога також є життєво необхідною для більшості мікроорганізмів. Ґрунт повинен мати її достатню кількість, щоб забезпечити оптимальні умови для своєї активності. Волога сприяє транспорту поживних речовин і газів, які необхідні для метаболічних процесів мікробів. У свою чергу надмірна вологість може призвести до анаеробних умов, що пригнічує розвиток аеробних мікроорганізмів і активізує патогенні форми.
Бактерії використовують не лише як альтернатива синтетичним інсектицидам, а й як біодобрива та біостимулятори, що допомагають рослинам протистояти різноманітним стресам та сприяють розвитку та росту
Рівень кислотності ґрунту також впливає на активність ґрунтових мікроорганізмів. Більшість мікроорганізмів краще розвиваються в нейтральних або слабокислих умовах (pH 6-7). Надмірно кисле або надмірно лужне середовище може пригнічувати їх життєдіяльність. Високий рівень кислотності (pH нижче 5) зменшує активність бактерій, тоді як деякі гриби, навпаки, можуть краще розвиватися в таких умовах.
Також в ґрунті наявна висока конкуренція з боку місцевої мікрофлори. Більше того, високий початковий рівень заселення насіння патогенами може повністю нейтралізувати дію корисних мікроорганізмів ще до початку їх колонізації. До того ж недостатня адгезія (здатність мікроорганізмів створювати на оброблюваних поверхнях біоплівки, тобто стійкі спільноти мікроорганізмів) з боку корисної мікрофлори не сприяє ефективній роботі біопрепаратів.
Подолати дію цих негативних факторів допоможе застосування нових методів обробки насіннєвого матеріалу, зокрема обробка електронами.
Обробка насіння електронами
Обробка насіння електронами — це новаторська технологія, яка використовує низькоенергетичні прискорені електрони для обробки насіння. Це фізичний метод, пристосований для промислового використання. Головною перевагою технології є стерилізація поверхні насіння (при цьому зберігається життєздатність насіння, його схожість та загальна якість). Електрони генерують та прискорюють у катоді й направляють безпосередньо на насіння. При цьому їх дія обмежена лише кількома мікронами оброблюваної поверхні та необхідною ефективною кількістю, оскільки є можливість дуже точно регулювати, відповідно до товщини оболонки насіння різних культур, параметри струму та напруги, від яких і залежать кількість електронів та глибина їх проникнення. Ці параметри легко налаштовуються і контролюються численними датчиками. Результатом такої дії є повне знищення поверхневих та підповерхневих патогенів.
В цілому ж, загальний біологічний ефект електронної обробки полягає в тому, що в клітинах рослинах, вирощуваних зі здорового насіння, збільшується вміст метаболітів, активуються антиоксидантні ферменти, підвищується стійкість рослин до біотичного стресу, що корисно для росту та розвитку рослини.
На відміну від традиційних хімічних протруйників, обробка насіння електронами має значні переваги:
Екологічна безпека: відсутність хімічного навантаження на насіння, ґрунт та навколишнє середовище. Використовується енергія електронів, які направляються лише на оболонку насіння та знищує всі патогени, які там є (віруси, бактерії та гриби), не пошкоджуючи жодної внутрішньої частини, включаючи зародок та ендосперм, насіннєвого зерна. В результаті буквально через якісь мілісекунди виходить абсолютно чисте, без патогенів, насіннєве зерно, яке не містить жодних шкідливих речовин і не передаватиме жодних токсичних речовин людині чи навколишньому середовищу, яке можна сіяти за вітряної погоди та в зонах захисту ґрунтових вод (що неприпустимо з хімічно протруєним насінням), і яке можна використовувати навіть як корм для тварин. І це все — дуже просто, безпечно й екологічно.
Відсутність залишків: немає залишків пестицидів у готовому врожаї.
Біологічна стимуляція: окрім знезараження, електронне опромінення активує внутрішні метаболічні механізми насіння, покращуючи його енергетичний потенціал і схожість.
В Європі ця технологія відома під назвою E-VITA®-технологія (від назви компанії E-Vita GmbH, яка опрацювала, досконало вивчила (і продовжує фундаментальні та практичні дослідження) метод електронної обробки з метою його застосування саме в аграрній сфері, розробила відповідне обладнання і на сьогодні є єдиним постачальником технології та обладнання для електронної обробки насіння.
Компанія E-Vita GmbH на сьогодні є єдиним в Європі постачальником технології та обладнання для електронної обробки насіння
Річний обсяг виробництва насіння, обробленого електронами, в Німеччині зріс з 12 до майже 35 тис. т у 2024 р. Цього року (за попередніми оцінками) було оброблено понад 40 тис. т, що становить приблизно 10 % від усього сертифікованого насіння в Німеччині. Всього ж з початку застосування E-VITA® в Німеччині за цією технологією оброблено понад 200 тис. т. насіння, яким було засіяно понад 2,1 млн га! Це вже дало змогу заощадити понад півмільйона літрів хімічного протруювача насіння.
Річний обсяг виробництва насіння, обробленого електронами, в Німеччині зріс з 12 до майже 35 тис. т у 2024 р. Цього року (за попередніми оцінками) було оброблено понад 40 тис. т
Механізм синергії — чому вони працюють краще разом
Сьогодні результативність та безпека електронної обробки насіння доведена на практиці і технологія стає все більш затребуваною. Протягом останніх років проведено багато досліджень щодо особливостей застосування цієї технології на різних культурах. Одним із напрямів цих досліджень було вивчення сумісної обробки насіння електронами та біопрепаратами. Результати такого застосування довели, що синергія електронів і мікроорганізмів не лише ефективно захищає насіння від різного роду патогенів, а й забезпечує йому сприятливі умови для подальшого росту і формування здорових сходів.
Як же це працює? Технологія обробки електронами миттєво знищує всі без винятку наявні на насінні патогени (іншими словами, стерилізує поверхню насіння), створюючи у такий спосіб ідеальні умови для застосування біопродуктів, корисні мікроорганізми яких без конкуренції з боку небажаних організмів швидко заселяють насіння та формують тривалий захисний бар’єр проти вторинних патогенів із ґрунту.
Крім того, обробка електронами збільшує проникність оболонки насіння для води та інших поживних речовин, прискорює процеси гідратації між клітинною стінкою та протоплазмою, модифікує поверхню насінини на мікроскопічному рівні, створюючи ідеальні умови для адгезії. Біопродукти не змиваються і не відшаровуються, а утворюють стійку біоплівку на поверхні насіння. До того ж ці мікроскопічні структурні зміни, викликані електронами, полегшують проникнення та колонізацію корисних бактерій і грибів у первинні шари насінини та розвиваючу кореневу систему (ризосферу).
Завдяки електронній обробці в насінні ініціюються метаболічні процеси для накопичення білків, вуглеводів, фенолів, флавоноїдів, фітогормонів та інших. Ці речовини слугують поживним середовищем для застосованих біопродуктів, забезпечуючи їх швидке розмноження та надійне закріплення в перші, найкритичніші, дні розвитку рослини. Все це прискорює дружне проростання насіння та формування здорових сходів, також збільшується фотосинтез та продихова провідність листкового апарату молодих рослин, завдяки чому покращується продуктивність і врожайність.
Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння без обробки
Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння оброблене за технологією E-VITA
Розвиток кореневої системи пшениці. Насіння оброблене за технологією E-VITA PLUS
Науковці E-Vita GmbH провели чимало досліджень, які довели ефективність технології E-VITA® на різних сільськогосподарських культурах. Та фахівці E-Vita GmbH не зупинилися на цьому і щороку проводять різноманітні лабораторні та польові досліди на 2500 тестових ділянках на більш ніж 15 локаціях. Серед цих досліджень — і вивчення сумісної обробки насіння електронами з нанесенням на оброблене насіння біопрепаратів. Спеціалісти E-Vita GmbH обрали біопрепарати, що містять мікроорганізми, які найкраще розвиваються без конкуренції з іншими бактеріями — це Bacillus subtilis. Саме їх наносять безпосередньо на насіннєве зерно після обробки електронами. Ця технологія спільного застосування обробки насіння електронами та біопродуктами отримала назву E-VITA® Plus. Поєднання двох послідовних обробок значно покращує результат обробки — синергія обробки насіння електронами та біопродуктами суттєво підвищує ефективність дії біопрепаратів і забезпечує покращений розвиток кореневої системи, підвищений метаболізм нітратів та фосфатів і, врешті-решт, збільшення врожайності. Так, усереднені показники врожайності культур, оброблених за цією технологією, стабільно перевищують показники контрольних та традиційно оброблених ділянок, зокрема для пшениці урожайність зросла майже на 6 %, для ячменю на 7 %. Такі результати отримано не лише на дослідних ділянках, а на виробничих посівах в Європі протягом кількох років, тобто така динаміка урожайності не є випадковою, вона є результатом «роботи» технологій E-VITA® та E-VITA® Plus. Завдяки їм збільшення врожаю стає передбачуваним.
E-VITA PLUS Розвиток кореневої системи ячменю, три тижні після сівби: без обробки; E-Vita; E-Vita Plus
Отже, сходи з насіння, обробленого електронами і біопрепаратами, з’являються швидше, причому спостерігається вищий відсоток життєздатних рослин, що сприяє кращому розвитку і більшій врожайності рослин. Ба більше, використання насіння, обробленого електронами, набагато зручніше, адже воно може, на відміну від протруєного насіння, довше зберігатися без ризику втратити «захисну» оболонку, його можна висівати без «поправки» на вітер і, чи не найголовніше, повністю відсутній контакт (прямий і опосередкований) з небезпечними хімікатами — їх не потрібно замовляти й купувати, транспортувати, зберігати, готувати робочий розчин і обробляти насіння (і це суттєва економія на логістичних витратах). Ну й, звісно, хімічні реагенти не потрапляють на насіння, людину, в ґрунт. Ніхто і ніщо не страждають від хімічної небезпеки. До того ж, додатково нанесені симбіотичні мікроорганізми, як, наприклад, вітаміни для людини, відчутно покращують здоров’я ґрунту, стимулюють розвиток його корисної біоти.
Характеристики врожаю озимого ячменю, технологія E-Vita/ E-Vita Plus
З огляду на такі результати сьогодні можна стверджувати, що технологія E-VITA®/ E-VITA® Plus не є простою заміною хімічних протруйників; це фундаментальний крок, що дає змогу повністю розкрити потенціал біологічних рішень. E-VITA®/ E-VITA® це майбутнє обробки насіння, яке доводить свою ефективність вже сьогодні. Вона знищує всі небажані бактерії, спори та віруси на насінні без будь-якої шкоди для нього самого та створює практично ідеальні умови для розвитку корисної мікрофлори, тобто усуває ключові перешкоди, які робили біопрепарати нестабільними, забезпечуючи їх максимальну ефективність.
Характеристики врожаю озимої пшениці, технологія E-Vita/ E-Vita Plus
E-VITA® наразі є найуспішнішим рішенням. Однак цілком імовірно, що використання нових, вдосконалених штамів мікроорганізмів (не лише Bacillus subtilis) виявиться ефективнішим, відповідно, це стане новою версією E-VITA PLUS. Дослідження тривають та відкривають нові перспективи надійного та безпечного захисту насіння та рослин.
Ми запрошуємо агровиробників долучитися до майбутнього агрономії. Для організації пілотних проєктів, консультацій та впровадження цієї інноваційної стратегії подвійної обробки насіння, будь ласка, звертайтесь до офіційних представників E-Vita.
E-VITA GmbH
Sachsenwerkstraße 83
01257 Dresden
Phone: 0351 27183080
Fax: 0351 27183090
[email protected]
https://e-vita.de/
О. Єрмоленко, [email protected]