Сравнительная эффективность и воспроизводимость действия Альбита

Создание и внедрение пестицидов, действующими веществами которых являются живые организмы либо продукты их метаболизма, в настоящее время представляют собой бурно развивающуюся область сельскохозяйственной биотехнологии. Ежегодный рост производства биопрепаратов в мире составляет 10-15%, в то время как для традиционных химических пестицидов эта цифра равна 1-2%¹. Биопрепараты обладают целым рядом преимуществ перед традиционными химическими средствами защиты растений, среди которых могут быть упомянуты прежде всего экологичность, низкая токсичность, дешевизна, универсальнеость и широкий спектр действия. В последние годы, по данным «Списка пестицидов и агрохимикатов, разрешённых к применению на территории Российской Федерации», число зарегистрированных препаратов биологического происхождения достигло около 10% от общего числа пестицидов. По данным Лаборатории экономики ВНИИЗР, расход биологических препаратов по сравнению с 1999 г. вырос в 2,7 раза, всего использовано 26 наименований. Биологическая нагрузка составила 0,008 кг/га пашни, в то время как в 1995-1999 гг. нагрузка биопрепаратов составляла 0,003 кг/га².

В месте с тем, в настоящий момент нельзя ещё с полной уверенностью утверждать, что биопрепараты «на равных» способны конкурировать с пестицидами, получаемыми в условиях химического синтеза. Среди недостатков биопрепаратов упоминаются короткий срок хранения, повышенные требования, предъявляемые к хранению и процедурам применения, а также несовместимость со стандартными химическими средствами защиты растений. С точки зрения результативности применения, на конкурентоспособность биопрепаратов, по мнению многих исследователей, критически влияют 2 основных фактора:

1. Эффективность биопрепаратов в целом пока ещё уступает эффективности химических препаратов. Хотя в целом ряде опытов биопрепараты не уступают или даже превосходят химэталоны, общая картина складывается не в пользу биопрепаратов, что сдерживает их широкое внедрение в практику.
2. Даже при условии высокой эффективности, биопрепараты характеризуются вторым главным недостатком – низкой воспроизводимостью действия. Поведение живых микробов в природной среде при внесении на растения подвержено действию целого ряда факторов (температура, влажность, состояние естественного микробного сообщества, фаза развития растения и т. д.), поэтому эффект от их применения часто бывает низок или непредсказуем. Даже если микроорганизмы проявляют высокую эффективность борьбы с патогенами в лабораторных условиях, это не гарантирует их высокой эффективности при перенесении в прикорневую зону или на поверхность растений, где они попадают в стрессовые условия внешней среды и конкуренции с аборигенной микрофлорой.

В процессе разработки Альбита преодолению вышеназванных «врождённых недостатков» биопрепаратов уделялось самое пристальное внимание. Во-первых, удалось отказаться от использовании в препарате живых бактерий – в основу препарата легло индивидуальное действующее вещество микробного происхождения (поли-бета-гидроксимасляная кислота, ПГБ). Как известно по опыту разработки других пестицидов, этот приём способствует увеличению их эффективности. Например, химически чистые пиретроиды обладают более высокой инсектицидной активностью, чем отвар листьев ромашки (Pyrethrum corymbosum), из которых они были впервые выделены. На основе действующих веществ, выделенных из микроорганизмов, предложены два новых класса химических фунгицидов: цианопирролы и стробилурины, первоначально открытые соответственно в бактериях Pseudomonas и грибе Strobilurus (Marasmius)³. На их основе фирмой Сингента разработан эффективный препарат Максим, а фирмой БАСФ – препараты Строби и Квадрис.

Во-вторых, в процессе наработки Альбита в отличие от предшественников (Агат-25, Агат-25к) для наработки поли-гидроксимасляной кислоты стала использоваться не чистая культура бактерий, а ассоциация двух бактериальных штаммов (Pseudomonas aureofaciens и Bacillus megaterium). На многочисленных примерах ранее было показано, что применение ассоциаций обеспечивает более высокую эффективность биопрепаратов, чем чистые культуры⁴. Также установлено, что ассоциации обеспечивают более высокую воспроизводимость эффекта по сравнению с чистыми бактериями⁵. Однако несмотря на эти очевидные преимущества ассоциаций, последние до последнего времени практически не использовались при разработке биопрепаратов-фунгицидов и регуляторов роста растений. При создании Альбита был использован высокий потенциал микробных ассоциаций, что позволило, в частности, увеличить содержание действующего вещества (ПГБ) примерно в полтора раза.

Практикам сельского хозяйства хорошо известно, что результат применения даже высокоэффективных препаратов зачастую заметно варьирует в зависимости от года, конкретного поля, агрофона, фитосанитарных условий, сроков применения. Одной из целей при разработке Альбита было преодоление низкой воспроизводимости – явления, характерного для многих биопрепаратов. Воспроизводимость можно количественно измерить с помощью коэффициента вариации CV – отношения стандартного отклонения данных конкретных опытов к среднему арифметическому значению. По усреднённым результатам всех полевых опытов, CV Альбита составляет 52%, биопрепаратов и регуляторов роста (без Альбита) – 130%, синтетических химических фунгицидов – 59%. Соответственно, способность Альбита в различных условиях обеспечивать стабильную прибавку урожая (величина, обратная CV) была примерно в 2 раза выше, чем у аналогов, и на 26% выше, чем у химэталонов. Поэтому одним из основных достоинств Альбита является высокая надёжность и воспроизводимость эффекта (Рис. 1).

Рис. 1. Воспроизводимость действия Альбита и других препаратов (в среднем по всем проведённым 250 полевым опытам, оценка по прибавке урожая, воспроизводимость действия Альбита принята за 100%). Справа – изменение средней прибавки урожая под действием Альбита и других биопрепаратов в полевых опытах: у Альбита амплитуда колебаний меньше, воспроизводимость выше

Эффективность и воспроизводимость Альбита в сравнении с другими препаратами количественно оценивались в серии сравнительных полевых опытов. Полевые (деляночные и производственные) опыты по сравнению Альбита и эталонов проводились на протяжении 1997–2004 гг. в следующих почвенно-климатических зонах Российской Федерации: Северо-Западной, Центральной, Центрально-Чернозёмной, Северо-Кавказской, Волго-Вятской, Поволжской, Уральской, Восточно-Сибирской и Западно-Сибирской. В основном в сравнении Альбита и эталонов использовались данные регистрационных опытов (где в обязательном порядке используются эталоны), а также аналогичный опыты, проведенные согласно общепринятым рекомендациям по испытанию пестицидов⁶. Площадью опытных участков деляночных опытов составляла от 5 до 100 м², производственных 1,0-2,5 га, повторность 3-5 кратная.

Поскольку Альбит зарегистрирован как регулятор роста растений и фунгицид (в т.ч. фунгицидный протравитель семян), препарат сравнивали с пестицидами аналогичного действия: наиболее широко распространёнными, используемыми на практике регуляторами роста, биофунгицидами, химическими фунгицидами и протравителями семян. В 125 полевых опытах была предпринята оценка защитного действия Альбита и эталонов, в 162 опытах – ростстимулирующего (прибавка урожая).

Сравнительная эффективность Альбита

В качестве критериев сравнительной эффективности препаратов использовали следующие показатели:

1. для характеристики хозяйственной эффективности (ростстимулирующего действия) – отношение прибавки урожая к контролю, обеспеченной Альбитом, к прибавке в варианте с эталоном⁷;
2. для характеристики биологической эффективности против болезней (фунгицидного действия) использовали отношение биологической эффективности (БЭ) Альбита к БЭ эталона;
3. для характеристики экономической эффективности брали аналогичное отношение чистого дохода с гектара (руб./га) в вариантах с Альбитом и эталоном⁸.

Полученные показатели усредняли отдельно по каждому препарату. Результаты всех проведённых полевых опытов по сравнению Альбита с эталонами обобщены в таблице 1. Из соображений научной этики вместо коммерческих названий препаратов в таблице приведены их действующие вещества, препаратам присвоены условные номера.

Например, из таблицы следует, что с фунгицидом № 1 Альбит сравнивали в опытах ВНИИЗР, проведённых в 2003 и 2004 гг. Опыты проводились на картофеле. Прибавка урожая в вариантах с обработкой Альбитом в среднем превосходила эталон в 1,13 раза, чистый доход с гектара (экономическая эффективность) – в 3,41 раза. Фунгицидное действие Альбита, наоборот, оказалось ниже, чем у эталона, т. е. биологическая эффективность Альбита против болезней составила в среднем только 0,89 (89%) от эталона.

Из представленных в таблице данных следует, что по действию на урожайность растений Альбит был эффективнее 29 изученных препаратов (74%), а 10 эталонов (26%) превосходили Альбит. Экономическая эффективность Альбита превосходила эталоны в подавляющем большинстве случаев (96%).

При обобщении данных по двум группам препаратов, представленным в таблице, получается, что Альбит в среднем по действию на урожай в 2,24 раза превосходил биопрепараты-аналоги и в 1,06 раза уступал химическим фунгицидам. Биологическая эффективность Альбита составляла 76% от активности химических фунгицидов и 160% от других биопрепаратов и регуляторов роста. Наконец, экономическая эффективность Альбита превосходила как химические (в 1,89 раза), так и биологические аналоги (в 2,24 раза). Несмотря на достаточную приблизительность такого усреднения, оно тем не менее даёт общее представление о положении Альбита в системе средств защиты растений.

Сравнительная воспроизводимость действия Альбита

При характеристике практически каждого пестицида можно привести конкретные удачные опыты, в которых данный препарат продемонстрировал высокую эффективность по сравнению с контролем и эталонами. Такие опыты особенно часто приводятся в рекламных проспектах фирм-производителей. Более репрезентативным является обобщающий подход, когда используются результаты серии опытов, проведённых в различных условиях, и на их основании складывается впечатление о средней эффективности препарата. Такая попытка оценить среднюю сравнительную эффективность Альбита была предпринята в предыдущем разделе.

Однако помимо средних значений эффективности, при характеристике препаратов большое значение имеет также воспроизводимость их действия. Стабильность, воспроизводимость эффекта в различных почвенно-агрохимических, агроклиматических и фитосанитарных условиях является важной проблемой прежде всего для препаратов биологического происхождения. Многие из них, в особенности созданные на основе живых микроорганизмов, обладая достаточно высокой средней эффективностью, способны при реальном применении демонстрировать широкий разброс результатов в зависимости от конкретных агрохимических и агроклиматических условий. По литературным данным известно, что эффект от использования биопрепаратов может колебаться в широких пределах от увеличения урожая на 40% до его снижения на 20% в зависимости от условий применения⁹. Основной причиной низкой воспроизводимости действия живых микроорганизмов является большое влияние на их физиологические процессы факторов внешней среды, а также высокая вероятность элиминации интродуцированных популяций, не выдерживающих конкуренции с естественным микробным сообществом филлосферы и ризосферы¹⁰.

Накопленный обширный материал сравнения Альбита и эталонов в полевых опытах позволил сравнить воспроизводимость их действия (Таблица 2). При этом использовали те же показатели, что и для характеристики средней активности: прибавку урожая к контролю (в %) и биологическую эффективность против болезней (в %).

Для количественной характеристики вариабельности выборки опытных данных в естественнонаучных исследованиях чаще всего используется дисперсия¹¹, вычисляемая по формуле:

, где

s² – дисперсия,
n – число опытов (размер выборки),
x_i – значение i-ого опыта,
x_ср – среднее арифметическое выборки.

Широко используется также показатель среднеквадратического (стандартного) отклонения s, представляющий собой положительный квадратный корень от дисперсии:

Стандартное отклонение является основным мерилом вариабильности признаков. Этот показатель не зависит от числа наблюдений, и потому может использоваться для сравнительной оценки варьирования однородных признаков. Вместе с тем, широкому использованию среднего квадратического отклонения в качестве меры сравнения вариабельности признаков мешает то, что этот показатель является величиной именованной. Поэтому для наиболее адекватной характеристики вариабельности признаков независимо от того, какими единицами измерения они выражены, его принято выражать в процентах от средней арифметической¹². Полученный таким образом показатель называется коэффициентом вариации (V) и вычисляется по формуле:

, где

V – коэффициент вариации, %
s – стандартное отклонение,
x_ср – среднее арифметическое выборки.

Коэффициент вариации V как бы характеризует «точность попадания в мишень», способность препарата из опыта в опыт демонстрировать стабильную среднюю эффективность, не отклоняться от неё слишком далеко под влиянием различных факторов (Рис. 2). Чем выше коэффициент V, тем больший разброс значений демонстрирует препарат, тем ниже воспроизводимость его действия. Коэффициент вариации – показатель, обратный воспроизводимости: чем он выше, тем дальше результаты опытов уклоняются от среднего и воспроизводимость, соответственно, ниже.

Рис. 2. Препараты с высокой (а) и низкой (б) воспроизводимостью действия. Большой кружок — средняя эффективность, маленькие кружки — результаты отдельных опытов.

С использованием коэффициента вариации V была проведена оценка воспроизводимости ростстимулирующего и защитного действия Альбита и препаратов-эталонов в полевых опытах (Таблица 2). Для сравнения вариабельности вычисляли отношение V каждого конкретного эталона к V Альбита (V_Э / V_А). Препараты, у которых показатель V_Э / V_А выше единицы, имеют более высокую вариабельность (более низкую воспроизводимость действия), чем Альбит. При оценке вариабельности, с целью получения статистически репрезентативных данных, учитывались только препараты, сравнение которых с Альбитом производилось не менее чем в 3 опытах (не менее 3 экспериментальных данных). Воспроизводимость экономического эффекта не оценивалась из-за малого числа данных по этому показателю, что препятствовало их объективной статистической обработке.

Большинство изученных препаратов демонстрировало более высокий разброс значений и, следовательно, более низкую воспроизводимость, чем Альбит (V_Э / V_А > 1). По воспроизводимости ростстимулирующего действия Альбит превосходил 14 эталонов (74% от общего количества изученных) и уступал 5 эталонам (26%). Лишь некоторые химические препараты, а также биопрепараты № 10 и № 12 продемонстрировали меньшую вариабильность прибавки урожая, чем Альбит. Воспроизводимость действия препаратов, созданных на основе индивидуальных химических веществ (№ 10, № 27, Альбит, химические фунгициды) была в целом выше, чем у препаратов, действующими веществами которых являются живые микроорганизмы (№№ 13, 14, 22).

Аналогичная картина отмечена также и по воспроизводимости фунгицидного действия препаратов. Даже биопрепараты, обладающие высокой средней эффективностью и имеющие официальный статус фунгицидов (препараты на основе Pseudomonas aureofaciens, Ps. fluorescens, Bacillus subtilis), демонстрировали в 1,2-6,5 раз более низкую воспроизводимость фунгицидного эффекта, чем регуляторы роста на основе метаболитов.

Для итоговой оценки воспроизводимости действия пестицидов можно усреднить значения их коэффициентов вариации V ( Таблица 3). Обобщённые значения коэффициента вариации наглядно иллюстрируют отмеченные ранее закономерности и дают их количественную характеристику для различных групп препаратов. Наиболее высокий показатель V отмечен у биопрепаратов и регуляторов роста (в среднем 130% по урожаю), причём для биопрепаратов в узком смысле (препараты, действующими веществами которых являются живые микроорганизмы) он был ещё выше – 225%. По фунгицидному эффекту в целом для всех групп препаратов отмечена более низкая вариабельность, чем по прибавке урожая. Вариабельность Альбита уступает вариабельности биопрепаратов и практически соответствует препаратам химического синтеза.

Полученные средние значения V можно наглядно истолковать следующим образом: прибавка урожая под действием Альбита в среднем год от года может изменяться примерно в 0,5 раза, других биопрепаратов – в 1,3 раза, химических фунгицидов – в среднем в 0,6 раза. Например, если в среднем под действием обработки Альбитом хозяйство получало прибавку урожая пшеницы 5 ц/га, то на следующий год скорее всего будет получена прибавка между 2,5 и 7,5 ц/га. Аналогично, если в результате применения «среднестатистического» пестицида из группы биопрепаратов и регуляторов роста прибавка урожая в среднем составляет те же 5 ц/га, то можно надеяться на получение эффекта скорее всего между прибавкой 11,5 ц/га и снижением урожая на 1,5 ц/га к контролю.

Для целей сравнительной характеристики вариабельности Альбита и других препаратов более оправданным представляется усреднение показателя V_Э / V_А (Таблица 2). Аналогично, для сравнительной характеристики средней эффективности необходимо усреднить отношения Альбит/Эталон (Таблица 1). Полученные итоговые интегральные данные представлены в таблице 4.

Таким образом, с высокой степенью вероятности (99%) можно заключить, что Альбит по своим фунгицидным свойствам превосходит аналогичные биопрепараты (их биологическая эффективность составляет в среднем 62% от эффективности Альбита) и уступает химическим фунгицидам (131% от эффективности Альбита). Альбит способен обеспечивать примерно одинаковую с химэталонами урожайность (различия по прибавке урожая недостоверны). При этом по ростстимулирующему действию препарат значительно превосходит аналоги (они демонстрировали в среднем 45% от прибавки Альбита).

По экономической эффективности в проведенных опытах Альбит превосходил как химические, так и биологические препараты (P = 99%).

Полученный обширный опытный материал также свидетельствует о том, что при создании Альбита за счёт использования новых подходов удалось примерно в 2 раза повысить воспроизводимость как ростстимулирующего, так и защитного действия в сравнении с аналогичными биопрепаратами и регуляторами роста (Таблица 4). Тем самым был преодолён один из существенных недостатков биологических препаратов – воспроизводимость действия Альбита достигла уровня химических фунгицидов.

1. Menn J.J. Biopesticides: has their time come? / J.J. Menn // Journal of Environmental Science and Health, Part B — pesticides, food contaminants, and agricultural wastes. — 1996. — vol. 31. — P. 383-389.
2. Слободянюк В.М. Применение пестицидов: немного статистики. / В.М. Слободянюк, Крыцына В. И. // Защита и карантин растений. — 2004. — № 7. — С. 13-14.
3. Тютерев С.Л. Протравливание семян зерновых колосовых культур. / С.Л. Тютерев // Приложение к журналу «Защита и карантин растений», – 2005. – № 3. – С. 89(1)-132(44).
4. Рыбальский Н.Г. Биотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов / Н.Г. Рыбальский, C.П. Лях. – М., ВНИИПИ. – Т. 2. – 1990. – 175 с.
5. Guetsky R. Combining biocontrol agents to reduce the variability of biological control. / R. Guetsky, D. Shtienberg, Y. Elad, A. Dinoor // Phytopathology. – 2001. – v. 91. – P. 621-627.
6. Методические указания по государственным испытаниям фунгицидов, антибиотиков и протравителей семян сельскохозяйственных культур. / – М., Агропромиздат. – 1985. – 281 с.
7. Прибавка урожая выражалась в процентах к контролю. Использование процентных показателей позволяет сравнить действие препаратов на различных культурах, характеризующихся различным базовым уровнем урожайности (в ц/га), а также сравнить эффект препаратов в разных регионах в разные годы, где базовый уровень урожайности может также заметно различаться.
8. При отсутствии в отчётах данных по чистому доходу для подсчёта экономической эффективности использовался показатель рентабельности (%).
9. Кожевин П.А. На пути к теории применения микробных удобрений. / П.А. Кожевин, С.С. Корчмару // Вестник МГУ. Сер. Почвоведение. - 1995 - № 5. - С. 52-62.
10. Polyanskaya L.M. Microbial Succession in Soil / L.M. Polyanskaya, D.G. Zvyagintsev // Physiology and General Biology Reviews. – 1995. – vol. 9. – 68 PP.
11. Atlas R.M. Microbial ecology: fundamentals and applications. 3rd ed. Benjamin / R.M. Atlas, R.Bartha–Cummings Publishing Co., Redwood City. – 1993. – 504 PP.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М , «Колос». – 1973. – 331 с.

© ООО Научно-производственная фирма «Альбит»

Условия использования сайта
Данная веб-страница последний раз обновлена 17 апреля 2020 г.

Разработка сайта: Креативное агентство «ОТЦЫ»