ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ БИОСТИМУЛЯТОРОВ РАСТЕНИЙ

Глобальное изменение способа производства в сельском хозяйстве, произошедшее во второй половине прошлого века и известное как "Зеленая революция", достигло больших результатов, удовлетворив потребность в продуктах питания многих людей во всем мире в том числе благодаря массовому использованию химических удобрений.

Несмотря на то, что продуктивность сельского хозяйства выросла, такой подход с высоким использованием химикатов нанес многочисленный ущерб окружающей среде и способствовал изменению климата. У сельскохозяйственного сектора нет другого выбора, кроме как начать "зеленую революцию", что означает повышение урожайности и качества сельскохозяйственных культур, применяя устойчивые методы и снижая воздействие на окружающую среду.

Во всем мире мы испытываем нехватку сырья и трудности в логистике, что приведет к задержкам и росту цен на товары.

В этом сценарии устойчивое управление удобрениями имеет важное значение для повышения общей эффективности систем земледелия путем обеспечения экономически оптимального питания урожая при минимизации потерь питательных веществ с поля и поддержки устойчивости сельскохозяйственной системы путем повышения эффективности использования питательных веществ (NUE).

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

NUE кажется простым термином. Однако значимое и оперативное определение имеет значительную сложность из-за количества потенциальных источников питательных веществ (почва, удобрения, навоз, атмосфера (воздушное осаждение) и т.д.), а также множества факторов, влияющих на потребность культур в питательных веществах (управление посевами, генетика, погода).

Шесть общих показателей NUE (после Dobermann, 2007):

1. Частичная факторная продуктивность (ЧФП) - это простое выражение эффективности производства, рассчитанное в единицах урожая на единицу внесенных питательных веществ.

PFP= Y/F

Y= урожайность собранной части урожая с внесенными питательными веществами
F= количество внесенных питательных веществ

2. Агрономическая эффективность (АЭ) рассчитывается в единицах прироста урожая на единицу внесенного питательного вещества. Она более точно отражает прямое производственное воздействие внесенного удобрения и напрямую связана с экономической отдачей. Для расчета АЭ необходимо знать урожайность без внесения питательных веществ, поэтому она известна только в том случае, если на ферме были реализованы исследовательские участки с нулевым внесением питательных веществ.

AE= (_Y-Y0) / F

Y= урожайность собранной части культуры с внесенными питательными веществами
_Y0= урожайность без внесения питательных веществ
F= количество внесенных питательных веществ

3. Частичный баланс питательных веществ (ЧБП) - это простейшая форма эффективности восстановления питательных веществ, обычно выражаемая как выход питательных веществ на единицу вводимых питательных веществ (отношение "удаление к использованию"). Реже его представляют как "выход минус вход".

PNB= _UH/F

UH= содержание питательных веществ в собранной части урожая
F= количество внесенных питательных веществ

4. Кажущаяся эффективность восстановления (RE) является одной из более сложных форм выражения NUE и чаще всего определяется как разница в поглощении питательных веществ надземными частями растения между удобренной и неудобренной культурой относительно количества внесенных питательных веществ. Это часто является предпочтительным выражением NUE для ученых, изучающих реакцию культуры на питательные вещества. Как и AE, он может быть измерен только в том случае, если на участке не было внесено питательных веществ, но дополнительно требует измерения концентрации питательных веществ в культуре.

RE= (_U-U0) / F

U= общее поглощение питательных веществ в надземной биомассе культуры с внесенными питательными веществами
_U0 = поглощение питательных веществ в надземной биомассе культуры без внесения питательных веществ
F= количество внесенных питательных веществ

5. Эффективность внутреннего использования (IE) определяется как урожайность по отношению к общему поглощению питательных веществ. Она варьируется в зависимости от генотипа, окружающей среды и управления. Очень высокий ИЭ свидетельствует о дефиците данного питательного вещества. Низкий ИЭ свидетельствует о плохой внутренней конверсии питательных веществ из-за других стрессов (недостаток других питательных веществ, засуха, тепловой стресс, минеральные токсины, вредители и т.д.).

IE= Y/U

Y= урожайность собранной части культуры с внесенными питательными веществами
U= общее поглощение питательных веществ в надземной биомассе культуры с внесенными питательными веществами.

6. Физиологическая эффективность (PE) определяется как увеличение урожая в зависимости от увеличения поглощения питательного вещества надземными частями растения. Как и AE и RE, она требует наличия участка без внесения интересующего питательного вещества на участке. Он также требует измерения концентрации питательных веществ в урожае.

PE= (_Y-Y0) / (_U-U0)

Y= урожайность собранной части культуры с внесенными питательными веществами
_Y0= урожайность без внесения питательных веществ
U= общее поглощение питательных веществ в надземной биомассе культуры с внесенными питательными веществами.
_U0 = поглощение питательных веществ в надземной биомассе культуры без внесения питательных веществ.

ШЕСТЬ ОБЩИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТОИМОСТИ

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФЕРМЕРОВ

С точки зрения фермеров, не пренебрегая важностью экологических последствий низкого NUE, особенно интересно связать этот показатель с урожайностью сельскохозяйственных культур. В этом случае NUE обычно определяется как урожайность убираемой продукции на единицу питательных веществ, доступных из почвы и удобрений. Он является продуктом двух физиологических факторов:

I. Эффективность поглощения питательных веществ, определяемая как количество питательных веществ, поглощенных культурой на единицу питательных веществ, доступных для культуры.

II. Эффективность использования питательных веществ, определяемая как количество питательных веществ, поглощенных культурой на единицу питательных веществ, доступных для культуры.

NUE = Урожайность/питательные вещества, поставляемые или доступные

NUE = Эффективность поглощения азота x Эффективность использования азота

Эффективность поглощения азота = содержание азота в растении/поставка или доступность азота

Эффективность использования азота = Урожайность/содержание азота в растении

Это подразделение позволяет оценить, какое явление снижает NUE, и, следовательно, понять, существуют ли какие-либо ограничения в поглощении или утилизации питательных веществ.

КАК БИОСТИМУЛЯТОРЫ УЛУЧШАЮТ НЮ?

Биостимуляторы растений улучшают NUE за счет повышения эффективности поглощения и использования питательных веществ.

НАЛИЧИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Например, в почве, обработанной гидролизатами белка (PHs), биодоступность питательных веществ для поглощения растениями увеличивается на:

(1) образование металлоаминокислот/пептидов, которые предотвращают несолюбилизацию питательных веществ (Fe, Zn, Mn, Cu);
(2) восстановление микроэлементов в формы, более доступные для поглощения растениями (например, Cu2+ до Cu+ или Fe3+ до Fe2+), благодаря восстановительной активности некоторых аминокислот;
(3) стимулирование полезных микроорганизмов, таких как азотфиксирующие бактерии, бактерии/грибы, солюбилизирующие питательные вещества.

Кроме того, полезные микроорганизмы обладают способностью улучшать доступность питательных веществ для поглощения растениями различными способами:

(1) Увеличение объема почвы, доступного для корней растений
(2) Обеспечение растений азотом
(3) Солюбилизация питательных веществ для растений

ПОГЛОЩЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

PH могут улучшить усвоение питательных веществ:

(1) стимулирование роста тонких корней и, таким образом, способности корней поглощать питательные вещества;
(2) стимулирование корневых ферментов, участвующих в поглощении питательных веществ (например, активность феррохелатной редуктазы);
(3) стимулирование генов, кодирующих транспортеры питательных веществ (например, транспортеры нитратов). Более того, PHs могут увеличить транслокацию микроэлементов в растении в результате образования комплекса металл-аминокислоты/пептиды.

УСВОЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Многие исследования показали, что микробные и немикробные биостимуляторы повышают уровень генов, кодирующих ферменты, участвующие в усвоении растениями неорганических питательных веществ, таких как нитраты.

БИОСТИМУЛЯТОРЫ УВЕЛИЧИВАЮТ НЮ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Немикробные и микробные биостимуляторы растений могут положительно влиять на эффективность использования питательных веществ (NUE), в частности азота (N), который является одним из наиболее важных макроэлементов, ограничивающих рост растений, а также одной из основных статей расходов фермеров. Было проведено несколько экспериментов для измерения увеличения NUE после применения биостимуляторов растений.

Carrillo et al.3 продемонстрировали, что еженедельное внекорневое применение гидролизата протеина, полученного из бобовых культур, увеличило товарный урожай (+33% и +24%) тепличных растений шпината даже при субоптимальных уровнях азотного удобрения (0 и 15 кг/га азота в виде нитрата аммония) по сравнению с необработанными растениями. Это было связано с присутствием малых пептидов, которые действуют как сигнальные молекулы, вызывающие ауксин- и/или гиббереллиноподобную активность как на листьях, так и на корнях, вызывая тем самым "реакцию приобретения питательных веществ", которая улучшает приобретение и усвоение питательных веществ. В данном эксперименте внекорневая обработка гидролизатом белка увеличила NUE при всех нормах азотных удобрений, с наибольшим значением +25% при более низкой норме азота (15 кг/га), где NUE составляла 0,56 в контроле и 0,70 при обработке биостимулятором.

Rouphael et al^.4, синергетическое действие посредством применения микробного (Trichoderma virens) и немикробного биостимулятора (растительный биополимер, содержащий аминокислоты, пептиды и витамины) было продемонстрировано на тепличном салате, выращенном при трех условиях азотного питания: субоптимальном, оптимальном и супраоптимальном (0, 70 и 140 кг/га). Латук, выращенный в неудобренных условиях, показал увеличение товарного урожая при инокуляции только T. virens (45%) и большее увеличение при использовании как микробного, так и немикробного биостимулятора (67%). Благотворное влияние растительного биостимулятора было менее выражено при оптимальных условиях азотного питания и отсутствовало при роскошных условиях азотного питания. Авторы пришли к выводу, что, судя по улучшению свежего урожая и NUE у тепличных растений салата, обработка растительными биостимуляторами улучшила не только синтез хлорофилла и минеральный статус, но также синтез и накопление антиоксидантных метаболитов, которые отвечают за реактивацию фотосинтетической активности и, следовательно, агрономические показатели.

Настоятельная необходимость сокращения использования синтетических удобрений при одновременном увеличении NUE и максимизации продуктивности культур является большой проблемой для современного сельского хозяйства. Кроме того, рост цен на сырьевые товары, происходящий во всем мире, открывает необходимость внедрения агрономических стратегий для снижения дозы внесения удобрений с сохранением, в то же время, продуктивности культур и прибыльности фермеров. Биостимуляторы растений представляют собой перспективную стратегию для повышения устойчивого сельскохозяйственного производства благодаря их способности прямо или косвенно повышать эффективность использования питательных веществ культурами, особенно в условиях низкой доступности питательных веществ.