Вісник НАН України. 2017. № 1. С.59-71
https://doi.org/10.15407/visn2018.01.062

МОРГУН Володимир Васильович —
академік НАН України, академік-секретар Відділення загальної біології НАН України, директор Інституту фізіології рослин і генетики НАН України

КОЦЬ Сергій Ярославович
член-кореспондент НАН України, заступник директора Інституту фізіології рослин і генетики НАН України

РОЛЬ БІОЛОГІЧНОГО АЗОТУ В АЗОТНОМУ ЖИВЛЕННІ РОСЛИН

У статті розглянуто значення біологічного азоту в підвищенні продуктивності сільськогосподарських рослин і родючості ґрунтів. Охарактеризовано стан та перспективи розвитку фундаментальних досліджень у галузі біологічної фіксації атмосферного азоту, показано переваги мікробних азотфіксувальних препаратів порівняно з азотними добривами.
Ключові слова: біологічна азотфіксація, симбіоз, транспозоновий мутагенез, штами, бульбочкові бактерії, вільноіснуючі азотфіксувальні бактерії, асоціативні мікроорганізми, мінеральні добрива, мікробні препарати, продуктивність рослин.

Яким би високим не було виробництво мінеральних
добрив, годі й думати, що азотне питання можна
вирішити лише за допомогою хімічної промисловості.
Значною мірою воно має бути вирішене за
допомогою азотозбирачів, тобто біологічним шляхом.

Д.М. Прянишников (1865–1948)

Оптимальне забезпечення населення планети продуктами харчування є однією з найдавніших і найактуальніших проблем. Із самого початку історія людства була історією боротьби за виживання, щоденної боротьби за шматок хліба. Незнання біологічних, хімічних, фізичних умов, необхідних для росту рослин, призводило у минулому до катастрофічних наслідків: загибелі врожаїв, голоду, поширення епідемій, смерті людей і тварин. У стародавні часи відставання темпів зростання виробництва їжі від збільшення чисельності населення часто ставало причиною зникнення цивілізацій. Навіть сьогодні зростання народонаселення подекуди значно випереджає виробництво продуктів харчування, проте всі бажають вживати якісні й різноманітні харчі.

Люди здавна намагалися виростити два колоси там, де раніше ріс один. З часом вони зрозуміли, що однією з важливих причин поганих врожаїв є недостатнє забезпечення ґрунтів поживними для рослин речовинами. На початку ХІХ ст., коли при вирощуванні сільськогосподарських культур застосовували переважно трипільну систему землеробства, врожаї зернових у країнах Європи не перевищували 10 ц/га. Введення у сівозміни просапних культур і насичення їх посівами конюшини збільшило врожайність до 15 ц/га, а після того, як наприкінці ХІХ ст. почали масово використовувати мінеральні добрива, врожаї зернових подвоїлися. У ХІХ ст. вчені довели, що за допомогою добрив можна не лише вдвічі збільшити врожай, а й підвищити стійкість рослин до несприятливих кліматичних чинників (холод, спека, посуха) та до хвороб.

У ХХ ст. завдяки селекції і використанню нових продуктивних сортів основних сільськогосподарських культур, зокрема напівкарликових, а також застосуванню цілого комплексу заходів, спрямованих на збільшення валового збору сільськогосподарської продукції, вдалося здійснити «зелену революцію» і врожайність вирощуваних культур загалом зросла вдвічі. Особливо значним був приріст виробництва продуктів харчування в деяких країнах Азії і Латинської Америки. У минулому столітті населення Землі зросло приблизно в 4 рази. За розрахунками експертів ООН, у зв’язку з подальшим збільшенням населення нашої планети потреби в продовольчих ресурсах до 2050 р. мають зрости як мінімум на 75%. Тому ключовою проблемою аграрного сектору економіки є виробництво продуктів харчування [1–3].

Підвищення врожайності сільськогосподарських культур неможливе без глибокого наукового розкриття всіх таємниць рослинного організму і розроблення на основі цих знань нових агротехнологій. Для реалізації всіх потенційних можливостей сучасних інтенсивних сортів сільськогосподарських культур необхідні значні дози органічних та мінеральних добрив. Однак на рубежі століть стало зрозумілим, що людство, надмірно застосовуючи хімічні сполуки у сільському господарстві, йде шляхом самознищення, — наявність у продуктах харчування нітратів, нітритів, пестицидів тощо негативно позначається на здоров’ї населення. Надлишкове використання мінеральних добрив призводить до нагромадження у ґрунті хімічних сполук, різкого погіршення його родючості, зниження урожаїв сільськогосподарських рослин, забруднення довкілля.

Разом з тим, науково обґрунтоване застосування мінеральних добрив — найефективніший засіб впливу на продуктивність рослин, здатний забезпечити до 50% приросту врожаю. Проте, за влучним висловом видатного агрохіміка і фізіолога рослин Д.М. Прянишникова, «надлишком добрив не можна замінити нестачу знань».

Правильне застосування традиційних технологій, які забезпечують отримання максимального врожаю, не завжди дає змогу виростити екологічно безпечну і чисту рослинну продукцію, тому посилене насичення технологій вирощування сільськогосподарських культур хімічними засобами є неперспективним і не сприятиме істотному збільшенню врожайності [4].

Отже, постає необхідність підвищення продуктивності вирощування культур без надмірного застосування синтетичних агрохімікатів. Сьогодні все більшого значення набувають науково-технічні розробки, спрямовані на пошук альтернативних засобів, завдяки яким без зниження досягнутого рівня сільськогосподарського виробництва можна зменшити його собівартість та шкідливий вплив на навколишнє середовище і водночас досягти екологічної чистоти продукції. Індустріально розвинені країни, незважаючи на значні можливості щодо застосування мінеральних добрив (30–40% прибавки сільськогосподарської продукції в країнах Західної Європи та США отримують завдяки використанню добрив [5]), особливого значення надають біологізації аграрного виробництва. Слід зауважити, що біологічне землеробство в жодному разі не означає повну відмову від мінеральних добрив, оскільки воно за своєю суттю є розумним та збалансованим застосуванням агротехнічних, агрохімічних і біологічних заходів у комплексі з системою інтегрованого захисту рослин.

У світовій практиці спостерігається тенденція до зниження доз застосовуваних добрив і підвищення ролі їх використання (з економічних та екологічних міркувань) у поєднанні з агротехнічними прийомами, метою яких є підтримання природної родючості ґрунтів. Це і науково обґрунтовані сівозміни, і заходи, спрямовані на підвищення біорізноманіття корисної ґрунтової мікрофлори, і використання агротехніки, яка не допускає масового ураження рослин патогенними мікроорганізмами і обмежує розвиток та масове поширення комах. Зокрема, до них належать: вибір високопродуктивних і стійких до хвороб сортів сільськогосподарських рослин, своєчасний посів якісним насінням, правильне чергування культур у сівозмінах, внесення необхідної кількості добрив, особливо органічних, вирощування сидеральних культур. Як відомо, створення сприятливих умов для росту і розвитку рослин підвищує їх продуктивність і стійкість до різноманітних несприятливих чинників довкілля, в тому числі фітопатогенів і комах-шкідників.

Повний текст