Бактериа́льные удобре́ния (биоудобрения, биоинокулянты), удобрительные препараты, содержащие полезные для питания и развития растений и повышения плодородия почвы инокулянты. При внесении бактериальных удобрений в почве активизируются биохимические процессы жизнедеятельности микроорганизмов и усиливается корневое питание растений. Бактериальные удобрения можно вносить непосредственно в почву, но более рационально их использовать при предпосевной обработке семян.

Исторический очерк

История промышленного выпуска и применения бактериальных препаратов насчитывает более 100 лет. Первое бактериальное удобрение с товарной маркой «Нитрагин» было создано Ф. Ноббе в 1896 г. в Германии и представляло собой измельчённые клубеньки бобовых культур в смеси с почвой. Применяли нитрагин двумя способами – обрабатывали семена перед их высевом либо вносили препарат в почву, создавая условия для формирования симбиотического взаимодействия бактерий и бобовых растений в фиксации атмосферного азота. Было установлено, что азот, фиксированный микроорганизмами, усваивается растениями на 100 %, в то время как азот минеральных удобрений – на 50 %, другие 50 % либо вымываются в грунтовые воды, либо являются источником парниковых газов – оксидов азота, образующихся в результате процессов денитрификации.

В СССР с 1935 г. были организованы специальные лаборатории для производства и использования нитрагина; азотобактерина – препарата со свободноживущими видами бактерий, фиксирующими азот; фосфобактерина – препарата, участвующего в обогащении почвы доступным фосфором; препарата, впервые предложенного В. Г. Александровым, способного к извлечению аморфного кремния из минеральной части почвы [содержит силикатные бактерии (Bacillus mucilaginosus)]; препарата ризоторфина, который находится в симбиотическом взаимоотношении с бобовыми (клубеньковыми) растениями и участвует в фиксации молекулярного азота.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии с началом экономических преобразований в России в 1990-х гг. перед коллективом лаборатории технологии микробных препаратов были поставлены задачи по разработке технологий применения микробных препаратов для растениеводства, усовершенствования их технологических форм, сертификации и государственной регистрации.

С 1996 г. в лаборатории технологии микробных препаратов была проведена работа по усовершенствованию и обновлению нормативно-технической документации (регламентов, технических условий, гигиенических сертификатов) для производства препаратов ризосферных бактерий (Bacillus subtilis штамм Ч-13) под торговой маркой «Экстрасол» («БисолбиФит», «БисолбиСан», «Бисолби»). Эти препараты прошли государственную регистрацию и выпускаются в жидкой, торфяной и сухой формах.

В конце 2006 г. в РФ было создано научно-производственное объединение «Биотехсоюз» группы компаний «ЭМ-Кооперация». Непосредственными задачами объединения стали разработка и внедрение новых микробиологических препаратов для российского рынка, основанных на многокомпонентном составе. В 1980-х гг., после открытия антагонистических свойств бактерий из родов Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia, Streptomyces, Trichothecium (антибиотик трихотецин) и т. д., началась разработка препаратов против болезней растений.

Классификация

Классификация бактериальных удобрений основана на том, какой вид микроскопического организма является их действующим веществом:

1. Бактериальные препараты на основе бактерий.

2. Препараты на основе гидролизатов микроскопических грибов или сами грибы (например, микоризные рода Glomus).

3. Смешанные препараты, содержащие бактерии и микроскопические грибы.

Внутри этих групп имеется более детальное разделение, включающее ту задачу, которую ставит производитель: улучшить потребление растением питательных веществ («НитроЗлак», «Биогор», «Бисолби-Плант», «Глисс»), защитить от фитопатогенов (например, «Микобак» – гриб Penicillium вместе с бактерией Micrococcus), рекультивировать почву (бактериальные препараты на основе актиномицет рода Rhodococcus) или повлиять на какой-нибудь качественный показатель продукции – увеличить содержание калия и кремния (препарат «Келик»), фосфора («Фосфобактерин»).

Основные бактериальные препараты

«Ризоторфин»

Удобрение для предпосевной обработки семян бобовых. Первый биопрепарат на основе стерильного торфа, благодаря чему клубеньковые бактерии в нём могут сохраняться длительное время. Ныне производится как на основе стерильного торфа, так и в жидком виде. Основу «Ризоторфина» составляют клубеньковые бактерии рода Rhizobium, которые способны вступать в симбиоз с бобовым растением. В результате на корнях образуются клубеньки, обладающие способностью к фиксации молекулярного азота из воздуха и переводу его в доступную для растений форму. Благодаря этому процессу растение получает из воздуха необходимое количество азота для своего роста и развития на протяжении всего периода вегетации.

«Нитрагин»

Удобрение для бобовых растений. Готовят из активной, специфической для каждого вида растений этого семейства, расы клубеньковых бактерий, которую размножают на стерилизованном и богатом органическим веществом субстрате. По действующему стандарту в 1 г «Нитрагина» должно содержаться не менее от 7 × 10⁷ до 3 × 10⁸ клеток клубеньковых бактерий для бобовых растений. Механизм взаимодействия как у «Ризоторфина». «Нитрагин» наиболее эффективен при сочетании препарата с органическими и минеральными удобрениями.

«Азотобактерин»

Удобрение для фиксации молекулярного азота. Готовят из активных культур свободноживущей бактерии – азотобактера (Azotobacter chroococcum, Azotobacter vinelandii). Различают почвенный (торфяной) «Азотобактерин» (т. е. препарат представляет собой нейтрализованный торф, обогащённый суспензией бактерий) и агаровый (выращенная на твёрдой питательной среде культура, из которой готовят суспензию бактерий с концентрацией клеток в растворе не менее 5 × 10⁷ клеток азотобактера). Азотобактер – требовательная к условиям роста бактерия: значения pH почвы должны быть близкими к нейтральным для Azotobacter chroococcum и к слабокислым – для Azotobacter vinelandii; необходимы также высокое содержание органического вещества в почве и физиологически оптимальная влажность. Поэтому представители этого рода активно развиваются в плодородных, содержащих много органических веществ почвах. Это создаёт ограничения для использования штамма азотобактера в приготовлении бактериального препарата. Благодаря удобрению можно получить увеличение содержания азота в почве на 7–10 кг/га в год.

«Фосфоробактерин»

Удобрение для мобилизации минерального фосфора при извлечении его из труднодоступного для растений соединения. Выпускается в виде порошка, в котором содержатся в большом количестве (8,5–16 × 10⁷ г) споры бацилл (Bacillus), обладающих повышенной способностью переводить фосфор из его минеральных нерастворимых соединений (за счёт выделения кислот при росте) и фосфорорганических соединений (за счёт выделения ферментов и хелатов специфических микроорганизмов) в доступную для растений форму. Наиболее эффективен на фоне органических и минеральных удобрений, особенно на высокогумусных почвах. Вносят «Фосфоробактерин» с посевным материалом. Семена овощных культур можно обрабатывать заблаговременно. Для этого препарат смешивают с наполнителем (древесная зола) в соотношении 1:40 и после тщательного перемешивания обрабатывают семена смесью. Благодаря «Фосфоробактерину» можно повысить содержание доступного для растений минерального фосфора, что позволяет увеличить урожаи некоторых культур на 30 %.

«Биоспектр»

Многокомпонентный препарат, эффективная разработка научно-производственного объединения «Биотехсоюз» группы компаний «ЭМ-Кооперация». Стимулятор урожайности, антистресcант, индуктор устойчивости к неблагоприятным факторам среды, корнеобразователь для широкого спектра сельскохозяйственных культур. Безопасен для людей и теплокровных животных, не накапливается в почве, не загрязняет грунтовые и поверхностные воды. Использование препарата позволяет значительно улучшить рост и развитие растений в период вегетации, повысить урожайность сельскохозяйственных культур, снизить экологическую нагрузку, связанную с использованием удобрений и средств защиты растений, значительно повысить эффективность применяемых минеральных удобрений при снижении объёма их потребления, что открывает перспективы использования препарата при производстве экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Производится на основе автолизата биомассы клеток продуцента амилолитических дрожжей – Saccharomycopsis fibuligera. После автолиза действующими веществами препарата являются: органические кислоты, аминокислоты, регуляторы роста стероидной и нестероидной природы, хитозан, глюкоманнаны и другие биологически активные вещества (БАВ) – продукты микробного биосинтеза клеток продуцента. К насыщенным БАВ относится препарат «Трихоплант» – суспензия полезных почвенных микроскопических грибов рода Trichoderma.

Производство

Технология получения бактериальных удобрений включает выращивание биомассы бактерий и приготовление на их основе различных препаративных форм.

Эффект от применения бактериальных удобрений имеет нестабильный характер. Это послужило основанием для более детальных исследований в области их производства и применения. В результате установлено, что целый ряд факторов (обусловленных режимом культивирования штаммов микроорганизмов, препаративной формой удобрения, способами и сроками хранения, свойствами самой почвы) влияет на эффективность применения бактериального удобрения.

Влияние на почву

Многоцелевые штаммы повышают урожайность при низких затратах по сравнению с традиционными минеральными удобрениями. Бактериальные удобрения развивают свою метаболическую активность в почве, фиксируют азот атмосферы или извлекают питательные вещества из труднодоступных соединений, а также выделяют комплексные соединения и помогают в транспорте этих комплексов в растения (например, сидерофоры для транспорта железа). Особое место занимают бактериальные удобрения, которые используют для трансформации нефти и ксенобиотиков в почве. Восстановление почвенного плодородия происходит за 3–4 года постоянного использования соответствующих бактериальных удобрений.

Влияние на качество сельскохозяйственной продукции

Применение бактериальных удобрений оказывает положительное влияние на качество продуктов питания, например на повышение содержания физиологически активных соединений – витаминов, флавоноидов и антиоксидантов. Это преимущество важно в отношении пищи, потребляемой в сыром виде, поскольку эти биологически активные молекулы сохраняются до момента употребления пищи. В научных работах приводятся экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что микроорганизмы могут выступать в качестве растительных пробиотиков. Формируя специфические сообщества «микроорганизмы – растения», бактериальные удобрения помогают растениям в поглощении макро- и микроэлементов, в борьбе с фитопатогенами, стимулируют их рост и развитие за счёт выделения гормонов. Различные штаммы бактерий, стимулирующих рост растений [Plant Growth-promoting Bacteria, PGPBs (Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Azospirillum)], показали при их использовании для обработки растений увеличение содержания питательных веществ в продукции (N, P, K, Ca и Mg), что улучшило качество различных культур. Например, увеличение содержания Ca способствует формированию более жёсткой кожуры созревших фруктов, что повышает их устойчивость к фитопатогенам. Увеличение содержания К способствует транслокации углеводов из листьев в плоды и, следовательно, получению большего объёма плодов. Научно обоснованное применение бактериальных удобрений повышает урожайность сельскохозяйственных культур с улучшенными показателями их качества.

Статистика

В 21 в. не существует международного соглашения о контроле качества бактериальных удобрений. Международная компания SEIPASA осуществляет свою деятельность через бизнес-подразделения в Европе, Мексике, США, Латинской Америке и Африке, которые вместе с промышленным комплексом и головными офисами в Испании работают над разработкой эффективных, инновационных и устойчивых биостимуляторов для сельского хозяйства. Регламент ЕС по бактериальным удобрениям в 2019 г. включал только 4 рода микроорганизмов – биостимуляторов роста растений, в 2023 г. объединение European Biostimulants Industry Council (EBIC) разработало государственную исследовательскую программу по расширению использования бактериальных удобрений, однако спецификации для регулирования таких новых продуктов ещё не установлены, не разработаны соответствующие сертификаты.

В РФ на 2023 г. в Государственном каталоге пестицидов и агрохимикатов зарегистрировано 105 микробиологических удобрений, разрешённых на её территории.