Электрическая розетка или грибы? Альтернативные методы протравливания семян существуют! Не исключено, что скоро о них заговорят повсеместно.
Подготовка семенного материала
Идея использования электронов в качестве протравителя не столь нова, а о положительном эффекте симбиоза микоризных грибов и корневых систем растений известно уже более ста лет. Однако человечество, увлекшись плодами зеленой революции, долгое время игнорировало альтернативы химическим протравителям. Теперь, когда рынок химических средств защиты растений переживает «чистку рядов», а открытие новых действующих веществ случается все реже, профессионалы посматривают в сторону нетрадиционных методов.
«Турбо-корни»
В 1885 году прусский король поручил берлинскому ботанику профессору Альберту Бернхарду Франку вырастить грибы трюфели. Во время работы над поставленной задачей специалист обнаружил определенный вид корней, которые всегда казались более сильными и лучше развитыми по сравнению с другими. Тщательные исследования показали, что эти корни образовали симбиоз с определенным грибом, гифы которого обвивали корни растения. Благодаря этому симбиозу, как выяснил профессор Франк, растение получало лучший доступ к воде и минеральным веществам. Гриб, в свою очередь, развивался за счет продуктов растительного фотосинтеза. Профессор Франк назвал симбиоз микоризой. В последующие десятилетия учеными было установлено, что примерно 90 % всех видов растений могут образовывать микоризы.
Через сто лет другой ботаник, доктор Артур Шюсслер, исследовал подвид арбускулярной микоризы, гифы которой проникали в клетки корней. Взаимодействие этих грибов и полезных бактерий может дать существенные преимущества при возделывании культурных растений:
- улучшение обеспечения питательными веществами и водой;
- улучшение устойчивости к заболеваниям;
- улучшение проникновения и ветвления корней и в результате – стабилизация почвенной структуры, способствующая повышению водоудерживающей способности почвы и обеспечивающая защиту от эрозии.
Проблема масштаба
С некоторых пор возник повышенный интерес к использованию микоризы в промышленных масштабах, например для инокуляции семян культурных растений спорами грибов с целью улучшения развития растений и повышения их урожайности. До настоящего времени это не удавалось. Прежде всего, потому, что не было возможности размножить гриб до необходимого количества или экстрагировать его из гранулята, использовавшегося для размножения. Артур Шюсслер разработал метод выращивания грибов на жидкой среде в пластиковых боксах, откуда их можно извлечь довольно легко.
На основе этих исследований, которые были запатентованы, Артур Шюсслер, Бернхард Ауман и два их единомышленника создали в 2014 году компанию Wilhelms GmbH. Фолькхард Майнерс, сотрудник отдела сбыта компании, объясняет, как молодое предприятие, базирующееся в Клоппенбурге (ФРГ), проводит размножение спор: «В жидкой питательной среде грибы развиваются на корнях, которые служат носителями. Так мы получаем высокую концентрацию спор.
Одна партия созревает в боксе примерно 5 – 6 месяцев, затем происходит «сбор урожая ». Часть его используется для повторного размножения, другая перерабатывается в готовый продукт. Весь процесс протекает in vitro, то есть в стерильных системах». Микоризные грибы перемешиваются с полезными почвенными бактериями и подготавливаются для использования. Лучше всего для распределения продукта подходит протравливание посевного материала.
Существуют два способа нанесения продукта.
Ручное протравливание. Фермеры могут протравить свой посевной материал при дозировке от 200 до 500 г / га. На кукурузе, например, используются 200 г порошка на 1 гектар. В результате каждое зернышко кукурузы получает 10 – 12 спор гриба.
Профессиональное протравливание. Проводится при дозировках 20 – 70 г / га в протравливателях. Данный метод был протестирован совместно с ведущими производителями оборудования для протравливания и может применяться во многих промышленных установках. Была протестирована также совместимость с распространенными протравителями семян.
Наряду с простым и доступным по финансам размножением грибов, новый продукт клоппенбургских производителей отличается от прежних предложений еще по нескольким пунктам: до сих пор аналогичные продукты содержали микоризные грибы в очень маленьких концентрациях или не комбинировались со специально подобранными полезными бактериями.
«Турбо-корни» вызвали большой интерес у аграриев. Были проведены многочисленные опыты, большая часть из них не на опытных полях, а в практических условиях, далеко не соответствующих требованиям науки. Однако такие опыты по-своему хороши. Благодаря им компания-производитель располагает результатами, полученными в разных местах и в разных климатических условиях. Это дает возможность лучше оценить готовый продукт. Применение метода field first («сначала в поле») позволяет быстрее оценить эффективность продукта на практике и тем самым ускорить его совершенствование.
Сейчас интерес к «турбо-корням» компании Wilhelms GmbH начинают проявлять и крупные предприятия. Уже доступны для приобретения предварительно протравленные семена кукурузы трех сортов от двух производителей. До сего момента были проведены опыты с посевным материалом и семенами кукурузы на силос и зерно, картофеля, зерновых, сои, промежуточных культур и кормовых трав, опыты на лугах, на посадках овощей и винограда. С осени 2016 года в усиленном режиме проводятся дальнейшие эксперименты по протравливанию семян озимых зерновых.
Буфер от стресса
Как именно действует бактериально-грибная смесь? Согласно данным сайта производителя www.wilhelmsbest.de, смесь может работать вопреки нескольким лимитирующим факторам (недостаток фосфора, кислорода, воды). Микориза способна предотвращать стресс для растений при засухе или недостатке питательных веществ. Соли фосфорной кислоты попадают в растение существенно быстрее, благодаря чему можно снизить дозы внесения минеральных удобрений, а применение произведенных в хозяйстве собственных удобрений (органика) станет эффективнее. «Перекормленные» удобрениями почвы при использовании микоризы со временем будут очищаться, что приведет к снижению содержания нитратов в грунтовых водах.
Фолькхард Майнерс добавляет: «Протравитель функционирует также как буфер против стресса в тяжелых почвенных и погодных условиях. Он обеспечивает стабильную урожайность. Следует отметить, что по результатам одних опытов был констатирован незначительный рост урожайности, по результатам других – существенный. Наряду с этим типичным был рост содержания сухого вещества, энергии и крахмала».
Майнерс подчеркивает, что реакция на практические опыты в большинстве случаев положительная. В 2016 году фирма собиралась применить свой коммерческий продукт на посеве кукурузы на площади свыше 1000 га. До настоящего момента маленькая фирма с восемью сотрудниками и небольшими производственными мощностями могла концентрировать свои усилия только на северо-западе ФРГ. Наряду с оценкой данных практического применения в отдельных хозяйствах, сейчас ведется закладка новых опытов и проводится анализ результатов уже проведенных опытов совместно с различными официальными учреждениями, такими как сельскохозяйственные палаты и объединения сельхозтоваропроизводителей, с картофелеперерабатывающими предприятиями. Тем не менее Wilhelms GmbH продолжает поиск партнеров во всех частях страны для проведения добровольных практических опытов на различных культурах.
Концепт «турбо-корней» впечатлил даже Федеральное министерство образования и научных исследований, которое с конца 2014 года взяло на себя субсидирование компании. В начале 2016 года Wilhelms GmbH получило теперь уже от Министерства экологии премию за инновативность в сфере сохранения климата и защиты окружающей среды.
Попробуем током
Другой вариант альтернативного протравливания – электроны. Реализовать идею протравливания семян током пытались в дрезденском Институте Манфреда фон-Арденне еще в 80‑х годах. Десятью годами позже, в 1995 году, в дрезденском Институте Фраунгофера (FEP) решили идею реанимировать и предприняли попытку создать машину, которую можно было бы использовать на практике.
В начале нашего тысячелетия Институт FEP совместно с компанией Schmidt-Seeger GmbH разработал прототип, а с 2002 года с помощью машины e-ventus были протравлены, а затем высеяны аграриями по всей Европе тысячи тонн семян. Несколько лет спустя машина, ставшая мобильной благодаря размещению ее на седельном тягаче, была приобретена в совместное пользование компаниями BayWa AG и Getreide AG и ежегодно обрабатывает более 10 тысяч тонн семян зерновых.
На тот момент д-р Олаф Рёдер и Матиас Котте уже принимали участие в разработках. Первый представлял Институт Фраунгофера, второй – машиностроительную компанию- партнера Schmidt-Seeger GmbH. Оба работали совместно над прототипом машины е-ventus и задумались над вопросом, почему бы не попробовать «упаковать» технологию в маленькую, более удобную в обращении машину? В 2009 году была основана совместная компания Evonta-Service GmbH.
Чистой воды физика
В штаб-квартире стартаповского проекта в городе Радеберг (недалеко от Дрездена) д-р Олаф Рёдер объясняет принцип действия электронного протравливания: «Наш протравливатель действует чисто физически, используя биоцидные свойства низкоэнергетических электронов». «Для протравливания поток семян в машине преобразуется в тонкий «занавес», – поясняет специалист. Этот «занавес» сыплется между расположенными напротив друг друга электронными генераторами, совместно образующими «облако» электронов.
Электроны, имея строго определенную энергию, проникают в оболочку семени и разрушают там любой патоген, будь то микрогрибы, бактерии или даже вирусы. Глубина проникновения в оболочку определяется заранее в зависимости от толщины оболочки семенного материала того или иного вида, а также в зависимости от основных патогенов, после чего необходимый поток энергии задается на протравливателе нажатием кнопки.
При прохождении потока семян через облако электронов возбудители инфекций и болезней погибают. На всхожести семян это никак не сказывается, поскольку семенной материал не подвергается нагреву и не увлажняется, а значит и стресса от протравливания нет. Возникновение у патогенов резистентности, по словам г-на Рёдера, «весьма маловероятно, поскольку все возбудители разрушаются в результате нехарактерного воздействия на них».
Д-р Рёдер описывает, какие возбудители становятся целью электронов: «На зерновых особенно эффективно поражаются возбудители таких болезней, как твердая головня пшеницы и стеблевая головня ржи. Зерно, инфицированное фузариозом и снежной плесенью, после обработки отличается лучшей всхожестью. Мы констатируем ускорение появления полевых всходов на два – пять дней. Этот факт связываем с отсутствием стресса от протравливания». В прошлом изучением технологии занимались многочисленные научные институты, государственные учреждения и селекционеры. Очевидно, с положительным результатом, потому что этот вид протравливания был рекомендован к использованию Федеральным исследовательским институтом культурных растений им. Юлиуса Кюна (JKI). Метод удовлетворяет требованиям европейского стандарта посевного и посадочного материала (EPPO), поскольку не предусматривает использования каких-либо химических действующих веществ и разрешен к применению в условиях экологического земледелия.
Положительными моментами считаются также отсутствие вредного воздействия на пчел и других полезных насекомых, а также тот факт, что в водоохранных зонах не происходит высвобождения химических действующих веществ. Не в последнюю очередь метод способствует сокращению оборота «скандальных » фунгицидов, имеющих гормональное действие.
Младшая сестра
Компания Evonta-Service GmbH, которой удалось все знания о протравливании электронами применить для создания «младшей сестры» установки e-ventus, располагает восемью сотрудниками и пятью студентами-практикантами (www.evonta.de). Небольшая фирма пытается завоевать себе имя в сфере протравливания семенного материала, которая, собственно говоря, хорошо изучена и поделена между отдельными участниками рынка. Д-р Рёдер комментирует сухо: «Быть успешным, значит – быть мужественным».
Машина Evonta e-3, после многолетней разработки представленная на выставке Agritechnica-2015 как мировая новинка, использует описанные выше физические принципы. Она помещена в удобный корпус с размерами 2,7 х 3,2 х 2,2 м. Ее пропускная способность – до 6 тонн зерна в час.
Прототип располагается в производственном цехе в Радеберге. На нем проходят обработку пробные партии семян, здесь проводятся демонстрации. А в сезон этот агрегат протравливает для клиентов семена специальных культур и зерновых.
Самоутверждающиеся
Продажа установок и протравливание как услуга – две ветви бизнеса компании Evonta. Машины стоимостью 650 тыс. евро собираются полностью вручную, поэтому потенциальным покупателям нужно настроиться на длительное ожидание. Весной 2016 года время поставки составляло 9 месяцев. После покупки, если объемы протравливания достаточные, машина довольно быстро окупается. Стоимость физического протравителя (облака электронов) составляет примерно 20 евроцентов на центнер семян любой из культур. Это затраты на электричество, которое потребляет машина. И никаких затрат на химические препараты, никакой просушки после их нанесения!
Результаты исследований в данной сфере, проводимых другими учеными, к которым можно было бы обратиться, практически отсутствуют. Поэтому поддерживаются контакты с научными институтами, такими как Федеральный исследовательский институт культурных растений им. Юлиуса Кюна (JKI), и многими вузами, в частности с отделением аграрной экономики Университета прикладных наук в Дрездене (HTW). К тому же проведение подготовительной научной работы очень затратно: каждой культуре свойственны свои вредители. Их необходимо определить, изучить их устойчивость к физическому обеззараживанию. Следует настроить упомянутую ранее глубину проникновения электронов в оболочку семян.
Сегодня доступны протравленные машиной e-ventus семена зерновых, кукурузы, различных овощей, а также лекарственных и пряных растений. Благодаря многолетней работе компаний BayWa AG и Ceravis AG, хорошо известны их достижения в области протравливания семян зерновых низкоэнергетическими электронами. Опыты с семенами кукурузы ведутся совместно с различными селекционными компаниями.
По словам д-ра Олафа Рёдера на сахарной свёкле вышеупомянутая технология работает также безукоризненно. Но тут рыночные структуры создают сложности: рынок уже поделен, размножение и протравливание семян находятся в руках селекционеров. Аналогичная ситуация и с рапсом: исследования показали, что электронное протравливание очень хорошо действует, прежде всего, против фомоза, альтернариоза и бактериальной инфекции ксантомонас (Xanthomonas). По протравливанию семян овощных культур и пряных трав ведется совместная работа с селекционной компанией Christensen, по подсолнечнику – с различными селекционерами. В отношении семян овощных культур, особенно томатов и видов капусты, большой интерес проявляют голландцы. Но для маленькой предпринимательской структуры организовывать контакты с селекционными фирмами – дело затратное как по временным, так и по человеческим ресурсам. Тем не менее в реализации не такой уж новой идеи «протравливания из розетки» намечается, видимо, большой прорыв.