Обработка кормовых смесей фунгицидами на основе органических пероксидов как прорывная технология борьбы с грибковыми инфекциями и основа технологической модернизации молочного скотоводства

Введение. Основанное на использовании интенсивных технологий, значительного количества химикатов (удобрений, гербицидов, фунгицидов, инсектицидов, пестицидов, регуляторов роста растений) на конец XX в. в развитых странах сельское хозяйство гарантированно обеспечило повышение производительности, надлежащее и устойчивое снабжение пищевыми продуктами населения.

В настоящее время крайне остро встает вопрос перевода сельскохозяйственного производства в целом и животноводства в частности на инновационный тип развития. Ситуация диктуется едиными требованиями рынка, особенно актуальным является переход на инновационный тип развития в молочном скотоводстве, что обусловлено необходимостью повышения молочной продуктивности, улучшения качества продукции, снижения ее себестоимости. Это позволит улучшить уровень обеспечения населения качественными молочными продуктами внутреннего производства. Но имеется и существенная проблема – в российском сельском хозяйстве не развито луговое и полевое кормопроизводство, в том числе и по причине отсутствия базы для селекции и семеноводства кормовых культур. Кроме этого, процессы заготовки, переработки, хранения и использования кормовых культур в молочном животноводстве остаются слабо модернизированными с технико-технологической точки зрения. Все это негативно влияет на качество кормовой базы [1].

В последние годы на территории СНГ и других стран мира наблюдается тенденция по повышению пораженности зерновых культур фузариозом колоса [4] (Maksimova, Berezkina, Okoneshnikov, 2018), что связано, по мнению некоторых авторов [6] (Nikiforova, 2020), с насыщением севооборотов злаковыми культурами, широким использованием азотных удобрений, большим количеством осадков во время цветения и созревания зерна. Современные методы борьбы с фузариозом несовершенны [2] (Budnikov, Lopateva, Pavelev, Krylov, 2019) в связи с наличием сложного комплекса возбудителей заболевания, разнообразием источников инфекции и отсутствием устойчивых сортов и эффективных фунгицидных препаратов.

Актуальность исследования обусловлена и тем, что в настоящее время абсолютное большинство средств, используемых для обработки урожая в России, являются препаратами иностранного производства, что увеличивает импортную зависимость сельскохозяйственных предприятий и в нестабильных социально-экономических условиях является одной из угроз продовольственной безопасности России.

Получение качественной молочной продукции зависит от трех ключевых факторов:

1) от генетических характеристик молочных пород, используемых в животноводстве, вклад этого фактора составляет примерно 25–35% относительно конечного результата;

2) от условий содержания молочных пород животных на фермах, вклад этого фактора составляет примерно 10–20%;

3) от качества кормовой базы и режима питания молочных пород животных, вклад этого фактора наиболее весомый и составляет около 50%.

Отметим, что в 2019 году учеными ИОХ РАН имени Н.Д. Зелинского был разработан принципиально новый класс фунгицидов на основе органических пероксидов. Российским химикам удалось получить стабильные вещества с длительным сроком хранения. Эффективность препарата подтверждена полевыми испытаниями на разных видах зерновых (семена пшеницы, гороха) [8].

Обзор литературы

Интегрированная защита зерновых культур нацелена на борьбу с такими основными болезнями, как снежная плесень, стеблевая ржавчина, септориоз, мучнистая роса, фузариозная корневая гниль, фузариоз колоса, гельминтоспориоз и т.п. Для борьбы с этими болезнями обычно используют фунгициды – класс химических веществ, позволяющих полностью или частично освободить от болезнетворных грибковых спор зерновые культуры, которые впоследствии будут использоваться в качестве кормовой базы в молочном животноводстве. Даже на высоком агротехническом фоне без осуществления мероприятий по защите зерновых культур от грибковых заболеваний можно получить урожай зерна пшеницы озимой низкого качества только в пределах 2–4 т/га [7] (Novozhilov, 1990). Поэтому использование фунгицидов в таких условиях становится более чем оправданным.

Фунгицидными свойствами обладают различные вещества, в том числе используются и методы электрохимической активации воды, которые показали относительную эффективность в борьбе с некоторыми видами плесневых грибов, обладающих токсигенными эффектами [3] (Kotik, 1999). С другой стороны, интенсивные технологии выращивания пропашных культур, которые внедрялись в 80-х годах, были построены на интенсивной химизации, повышенных дозах удобрений, интенсивном применении инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Это способствовало увеличению урожая, но вместе с тем усилилось загрязнение почвы, появились остатки пестицидов в продукции растениеводства.

Применение фунгицидов продолжается и в настоящее время. С.А. Никифорова в своей статье приводит результаты исследований Ульяновского НИИСХ в 2016–2018 гг. по применению фунгицидов Колосаль Про и Фитотонуса. В статье отмечается, что применение фунгицидов совместно с гербицидами позволило увеличить рост урожайности на 9–19% [5] (Ivanov, Fisinin, Tremasov, Papunidi, 2010).

Перекись водорода и другие биопестицидные пероксидные соединения используются в качестве альгицидов и фунгицидов в теплицах и садоводческих условиях, наносятся на тепличные конструкции и поверхности, а также на семена теплиц, почвы и растения [15] (Schilder, 2011). Это вещество также используется в некоторых дерновых и фруктовых садах. Как фунгицид широкого спектра действия пестицидные продукты перекиси водорода применяются для профилактики и борьбы с патогенными заболеваниями растений. Продукты перекиси водорода могут быть использованы в качестве предварительной обработки растений при болезнях корней и стеблевых гнилей, вызванных Pythium, Phytophthora, Rhizoctonia, Fusarium или Thielaviopsis, на семенах, рассаде, луковицах или черенках; орошения почвы для борьбы с почвенными растениями во время посева или пересадки, а также профилактической обработки на протяжении всей жизни растения; и внекорневой обработки полевых культур, культур, выращенных в коммерческих теплицах, или культур, выращенных в других аналогичных местах [11].

Обработка перекисью водорода может быть эффективной в предотвращении или борьбе с поздними вспышками заболеваний винограда, таких как мучнистая роса, пушистая роса и гроздевая гниль [11, 14] (Phillips, 2005). Действительно, перекись водорода особенно эффективна против грибковых заболеваний на поверхности растений, в том числе мучнистой росы, потому что вещество контактирует только с поверхностью зараженных растений, а не глубже в зараженные ткани растений. Перекись водорода также использовалась в органическом производстве яблок для борьбы с грибком Venturia inaequalis, патогеном, ответственным за болезнь яблочной парши [13] (Kuepper, 2003). Аналогичным образом, перекись водорода была включена в списки альтернативных веществ для борьбы с мучнистой росой в бахчевых культурах [12].

Новые высокоэффективные средства защиты растений ведущих производителей имеют и другие ценные свойства. Так, фунгициды бренда AgCelence за счет физиологического действия усиливают функции роста культур, улучшают потребление азота, повышающие продуктивность фотосинтеза растений и их устойчивость к стрессам. Негативным явлением стало лишь чрезмерное количество низкокачественных продуктов, преимущественно китайского происхождения. В связи с этим целесообразно исследование отечественных фунгицидов нового поколения, применение которых будет способствовать повышению эффективности производства кормовых культур и в конечном итоге технологической модернизации молочного скотоводства.

Результаты исследования

Ориентация на инновационный тип развития животноводства осуществляется за счет увеличения производства высококачественной молочной продукции для обеспечения населения страны и увеличения ее экспорта за счет применения комплекса инновационных факторов (биотехнологических, технико-технологических, организационно-экономических (табл. 1).

Таблица 1

Направления инновационного развития молочного животноводства

Безусловно, комплексное использование всех указанных в таблице 1 инноваций будет способствовать росту конкурентоспособности российских сельскохозяйственных предприятий и организаций, специализирующихся на выращивании молочных пород животных и производстве молока / молочной продукции. Но важнейшими являются технико-технологические и биотехнологические инновации, которые являются основой революционных изменений в растениеводческих технологиях. Большинство листовых болезней ускоряют старение верхних трех листьев и таким образом снижает урожай. Фунгицидные обработки в период роста листовой поверхности предотвращают потерю зеленой площади листьев во время налива зерна. Развитие зерновых культур характеризуется такими стадиями (табл. 2).

Таблица 2

Стадии развития зерновых культур

Болезни зерновых культур начинаются с инфицирования. Инфекция обычно развивается вследствие попадания спор в растения культуры. Когда это случится, зависит от вида болезни. После инфицирования наступает так называемый латентный период, когда гриб растет внутри листа, но на нем не появляются симптомы болезни. Цикл появления листа, инфицирование, латентный период и появление симптомов является характерным для всех листовых болезней. Латентный период значительно варьирует в зависимости от вида патогена и зависит от температуры. При более высокой температуре он короче. Например, Septoria tritici имеет длинный латентный период (14–18 дней). Много современных фунгицидов могут контролировать болезнь важных трех верхних листьев и колоса для урожая пшеницы (вклад в образование урожая, %) после заражения листьев, но только около половины латентного периода. Летом Septoria tritici может иметь латентный период в 14 дней, но фунгициды обеспечивают искореняющий контроль только в течение 7 дней. Латентный период для мучнистой росы и ржавчины является довольно коротким – 4–5 дней. Чтобы контролировать эти болезни, необходимо защитить новые листья, как только они появились.

В этом случае экономически оправдано применение фунгицидов против мучнистой росы, ржавчины и прикорневых гнилей. Обработка может задержать развитие ранней инфекции ржавчины и уменьшить давление болезни. В этот период необходимо быстро остановить развитие болезни и защитить от заражения новый прирост растений (новые листы, которые развиваются). Соответственно, необходима значительная системность и лечебное свойство действующих веществ фунгицида.

При обработке фунгицидами нельзя затягивать со сроками, надо работать до момента заражения, именно для противодействия фузариозу, при внесении фунгицидов в период или под конец цветения существуют существенные риски получить пораженное зерно, поэтому лучший период для обработки – самое начало цветения.

Реакции синтеза карбонильных соединений с пероксидом водорода в настоящее время изучаются учеными всего мира вследствие своей экономической и технологической эффективности, а также экологической безопасности. В настоящее время в качестве фунгицидов используются, как правило, старые системные азольные фунгициды, а именно производные 1,2,4-триазола и имидазола.

Нестабильность и взрывоопасность пероксидов выступали причиной отказа от применения органических пероксидов в качестве фунгицидов. В России в 2019 году были синтезированы 4-нитропиразолин-5-оны в качестве нового класса фунгицидных веществ. Их in vitro фунгицидная активность по отношению к фитопатогенным грибам (Venturia inaequalis, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, Fusarium moniliforme, Bipolaris sorokiniana, Sclerotinia sclerotiorum, Ascosphaera apis) сопоставима или превосходит фунгицидную активность коммерческих фунгицидов (флуконазол, клотримазол, триадимефон, крезоксим-метил) [1] (Anishchenko, 2016).

Производство российского препарата (фунгицидов на основе органических пероксидов) по сравнению с зарубежными аналогами имеет более конкурентоспособную стоимость за счет сокращения стадий синтеза с 5–10 (в зарубежной практике) до трех стадий. Кроме того, исходное сырье для получения фунгицидов на основе органических пероксидов является дешевым и доступным компонентом. Также к преимуществам данного препарата относится высокая экологичность его применения, так как конечными побочными продуктами являются кислород и вода. Основным риском применения данного препарата в долгосрочной перспективе является приобретение грибками устойчивости к данному фунгициду.

Безусловно, все технологические операции выращивания сельскохозяйственных культур по интенсивным технологиям требуют технического переоснащения отрасли растениеводства, внедрения современной высокопроизводительной техники, многофункциональных агрегатов, которые позволяют выполнять различные операции за один проход.

Состояние агрофитоценоза контролируется от всходов до созревания, соответственно, обеспечиваются оптимальные условия для роста и формирования качественного урожая. Запланированные мероприятия обработки посевов выполняются в обязательном порядке, в отличие от принципа интегрированной защиты, эффективного для ресурсосберегающих технологий. Пренебрежение хотя бы одним опрыскиванием может привести к значительным потерям урожая. В частности, Росстат отмечает, что потери урожая зерновых в результате грибковой инфекции составляют до 20%, в стоимостном выражении это около 200 млрд рублей ежегодно [9].

Следует отметить, что борьба с грибковыми инфекциями культур, формирующих кормовую базу молочного животноводства, является и трудоемкой, и капиталоемкой, и наукоемкой, в том числе и вследствие того, что патогенные грибы, как и патогенные бактерии, могут стать устойчивыми к воздействию различных химических веществ.

Это требует постоянных инвестиций в сферу научно-технологических разработок, связанных с созданием новых групп и классов химических веществ, с одной стороны, способных освобождать кормовые культуры от спор патогенных грибов, а с другой стороны – не ухудшать качества молочной продукции и не оказывать негативного влияния на здоровье потребителей этой продукции.

Заключение. Материалы, изложенные в данной статье, позволяют говорить о том, что российская наука сформировала достаточный биотехнологический задел, необходимый для повышения качества кормовой базы в молочном животноводстве посредством использования новых видов фунгицидных препаратов для обработки кормовых культур. Одними из таких новых фунгицидов являются органические пероксиды, которые были синтезированы в 2019 году учеными ИОХ РАН имени Н.Д. Зелинского.

Органические пероксиды показали высокую эффективность в отношении ряда фитопатогенных грибов, при этом такая эффективность в отдельных случаях превосходит эффективность уже известных коммерческих противогрибковых препаратов, используемых в сельском хозяйстве и ветеринарии. Но одновременно с этим следует отметить, что еще не до конца изучено влияние новых фунгицидов на качество молочной продукции, которая получена на основе кормовой базы, обработанной органическими пероксидами. Ввиду этого перспективные направления исследований должны включать испытания безопасности обработки кормовых смесей для молочного скотоводства и дальнейший мониторинг продукции данной отрасли.

Таким образом, как показали результаты исследования, на сегодняшний день фунгициды являются основным средством ограничения развития болезней кормовых культур. Фунгицидные препараты, которые базируются на органических пероксидах, могут повысить продовольственную безопасность как России, так и других стран, имеют более высокую экономическую эффективность по сравнению с импортными аналогами ввиду более простой технологии производства и использования дешевого источника сырья.

[1] Повышение эффективности производства молока на основе совершенствования региональной системы кормопроизводства / К.А. Задумкин, А.Н. Анищенко, В.В. Вахрушева, Н.Ю. Коновалова // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. – 2017. – Т. 10. – № 6. – С. 170–191. DOI: 10.15838/esc/2017.6.54.11