24 мая 2022

Компании наводняют фермеров многочисленными биостимуляторами

Компании наводняют фермеров многочисленными биостимуляторами

Есть старая история об ученом, который отстаивал недоказанную теорию без поддержки коллег. «Каково это — идти напролом?» — написал коллега по электронной почте.
После того как исследования коллег в конце концов доказали правильность теории, ученый наконец ответил на письмо.
«Толпа», — написал он.

Главные микробы

Эта история похожа на то, что произошло в сфере сельскохозяйственных биостимуляторов. Исторически сложилось так, что подобные продукты вызывали недовольство ученых, скептически относящихся к непроверенным «жучкам в кувшине», которые только увеличивали прибыль компаний, продающих их.
«Реальность такова, что огромный процент этих [продуктов] переобещал и недодал в глазах сельхозпроизводителя», — говорит Майк Мийль, генеральный директор Joyn Bio, совместного предприятия Ginkgo Bioworks и Leaps by Bayer, которое тестирует биологические источники азота (N). «Это оставляет неприятный привкус во рту у людей, и эти воспоминания быстро не проходят».
Ситуация изменилась в 2012 году, когда на рынок вышли крупные игроки. Компания Bayer купила компанию AgraQuest. BASF приобрела компанию Becker Underwood. Syngenta приобрела Pasteuria Bioscience. В последующие годы за ними последовали другие компании.
«Как только на рынок вышли компании, на которые сельхозпроизводители полагались при производстве других продуктов, фермеры заинтересовались этой технологией», — говорит Мийль.
Венчурный капитал также стимулирует приход новых участников в эту сферу. Например, компания Pivot Bio, которая продает микробы, призванные заменить часть синтетического азота, применяемого в растениеводстве, этим летом привлекла 430 миллионов долларов в рамках серии D финансирования, в результате чего общий объем привлеченного капитала превысил 600 миллионов долларов.

Биостимуляторы

Независимо от того, как их называют — биологическими препаратами, микроорганизмами или активаторами микробиома, все продукты попадают под определение биостимуляторов. По словам Маркуса Медоуза-Смита, генерального директора компании BioConsortia, специализирующейся на микробиологических препаратах, рыночная стоимость этого направления составляет 1,5 миллиарда долларов, а ежегодные темпы роста — 15%.
Исторически эта категория включает в себя множество продуктов, в том числе хорошо известные ризобиальные бактерии, которые дополняют соевые бобы для фиксации азота.
Эта область расширяется, и фирмы продают такие продукты, как бактерии корневой зоны, которые улавливают атмосферный азот, соединения, которые, как утверждается, делают фосфор более доступным, и продукты с заявлением о снижении стресса растений. Эти биостимуляторы добавляются в качестве обработки семян, в борозду вместе со стартовыми удобрениями или при внекорневом внесении.
«Абиотические стрессоры, такие как жара, холод и засуха, сегодня успешно преодолеваются с помощью биостимуляторов», — говорит Кори Хак, руководитель глобального отдела биологических препаратов компании Syngenta. Это похоже на здравоохранение, где вместо того, чтобы заниматься исключительно производством лекарств и вакцин, компании также концентрируются на том, чтобы в первую очередь сделать человека здоровее, будь то с помощью витаминов, пробиотиков или здорового образа жизни». То же самое относится и к растениям».
Наука, лежащая в основе биостимуляторов, сейчас более совершенна, говорит Карл Розен, почвовед из Университета Миннесоты (U of M).
«Все это стимулируется новыми технологиями анализа ДНК и более глубоким пониманием структуры микробного сообщества и окружающей среды», — говорит он.

Вернемся к биологии

Когда в 2011 году Лэнс Добсон окончил колледж и занялся фермерством вместе со своим отцом, Марком, недалеко от Лексингтона, штат Миссури, он активизировал работу по картированию полей фермы и отбору проб почвы. Дуэт обнаружил, что поля с высоким содержанием фосфора (P) и калия (K), вызванным коммерческими удобрениями, часто не были самыми урожайными на их ферме. Наоборот, высокие урожаи были на полях с историей выпаса скота или на участках с высоким содержанием органического вещества, которые не подвергались эрозии.
Это подтолкнуло Добсонов к использованию продукта Pivot Bio’s Proven, биологического продукта, который, по словам представителей компании, забирает атмосферный азот для использования растениями кукурузы. По словам Добсонов, это позволило им сэкономить 25 фунтов на акр фактического азота при внесении безводного аммиака осенью.
«Знание того, что у нас есть эти дополнительные 25 фунтов на акр [благодаря микробному продукту], придало нам смелости сократить количество азота, вносимого осенью», — говорит Лэнс Добсон. «Мы еще не дошли до этого [до дальнейшего сокращения коммерческого внесения азота], но в будущем мы также планируем включить покровные культуры и завести скот на нашей ферме. Мы смотрим, как привнести больше биологии в нашу ферму.»

Проблемы

Биостимуляторы не так просты в обращении, как синтетическая химия.
«Наш продукт — живой, дышащий», — говорит Эрни Сандерс, вице-президент Pivot Bio по разработке продукции. Прямой солнечный свет и высокие температуры могут негативно повлиять на жизнеспособность продукта, добавляет он.
Срок хранения большинства биостимуляторов также ограничен одним годом.
«Мы работаем над созданием продуктов с более длительным сроком хранения, — говорит Джейсон Уорд, руководитель коммерческих операций в Северной Америке компании Novozymes BioAg. Тем не менее, он добавляет, что трудно достичь трех-пятилетнего срока хранения, который имеют некоторые синтетические химикаты.
Также остаются вопросы, связанные с производительностью. Некоторые биостимуляторы, такие как ризобиальные инокулянты для сои, проверены временем и обоснованы независимыми беспристрастными испытаниями, говорит Кейли Гаш, почвовед Университета штата Северная Дакота. Они особенно хорошо работают, когда популяции ризобий были уничтожены, например, на гектарах, предназначенных для профилактических посевов, добавляет она.
Это не относится к другим продуктам, говорит она. «Когда речь идет о микоризных грибах, микроорганизмах и других видах биостимуляторов, у нас нет достаточных доказательств эффективности их применения», — говорит Гаш. «Они могут дать некоторый прирост урожая в один год на одном поле, но в целом трудно сказать, что эти средства эффективны. Одна из причин заключается в том, что в наших почвах естественным образом существует такое умопомрачительное разнообразие полезных микробов».
Внесенные биостимуляторы также сталкиваются с существующими микробами, которые могут сопротивляться их появлению.
«Я использую аналогию с высадкой отряда девочек-скаутов в Амазонке и говорю им: Выживите!» — говорит Джоди ДеДжонг-Хьюз, преподаватель по расширению штата Массачусетского технологического института.
Гаш отмечает, что местные микробы постоянно колонизируют и заселяют участки полей.
«Выживут и будут процветать те, которые лучше всего приспособлены к местным условиям», — говорит она. Если представить себе, что в почву, где много конкурентоспособных, хорошо адаптированных, очень приспособленных микробов, вносится суспензия чужеродных микробов, может возникнуть небольшая битва». Добавляя микробы, вы добавляете немного плодородия, но в конечном итоге местные жители победят».
Медоуз-Смит отмечает, что микробы действительно конкурируют за пространство и пищу.
«Мы стремимся к тому, чтобы микробы колонизировали растение и получили конкурентное преимущество, когда они там окажутся, — говорит он. Это вытеснит любые другие микробы, которые попытаются колонизировать растение, добавляет он.

Затраты и преимущества

Стоимость биостимуляторов варьируется в зависимости от типа и заявленных преимуществ.
Предлагаемая производителем розничная цена (MSRP) продукта Proven Bio в 2021 году составит $20 за акр, хотя стимулы позволили снизить ее до $13 за акр, говорят представители компании. MSRP компании NewLeaf Symbiotics на 2022 год составляет $4,35 за акр кукурузы и сои для продуктов Tarrasym на основе микроорганизмов. MSRP компании Sound Agriculture на 2022 год для микробного стимулятора Source составляет $14 за акр на кукурузе и $10 за акр на соевых бобах.
Сандерс говорит, что нужно учитывать не только стоимость продукта.
Представители компании Pivot Bio утверждают, что стремительно растущие цены на удобрения превышают эквивалент 52 центов за фунт, который фермеры получают, экономя 25 фунтов на акр (товарного азота) при использовании линейки продуктов Proven.
Эти продукты также помогают фермерам лучше управлять рисками, говорит Райан Риддер, менеджер по продукции Corteva Agriscience для фунгицидов и биологических препаратов.
В следующем году Corteva планирует вывести на рынок Utrisha N, биологический препарат для листовой подкормки, который фиксирует атмосферный азот и преобразует его в аммоний для использования на кукурузе и других культурах. По словам Риддера, это поможет снять опасения по поводу коммерческих потерь азота, которые могут произойти в результате выщелачивания или улетучивания.
«Это способ защитить ваши инвестиции [в урожай] и усилить азотом вашу кукурузу в середине сезона», — добавляет он.
Такие биологические продукты также могут помочь фермерам справиться с потенциальным регулированием, вызванным вымыванием питательных веществ в грунтовые воды или в водоемы, говорит Медоуз-Смит.
«Ни один сельхозпроизводитель не хочет, чтобы это произошло, потому что это еще и деньги, убегающие от них», — добавляет он.

Что делать?

Разбираться во всех этих продуктах — все равно что ловить лосося, плывущего по быстрому течению.
«Оценка этих продуктов должна быть основана на многолетних и воспроизведенных исследованиях», — говорит Розен. «Только не полагайтесь на отзывы».
Биостимуляторы лучше всего работают при применении к культурам, находящимся в стрессовой ситуации, например, во время засухи или при низких температурах, говорит Уорд.
Микробные продукты лучше всего подходят для севооборотов, где не хватает бобовых, например, сои, говорит Уорд.
«Если вы давно не выращивали бобовые в севообороте, популяция диких [микроорганизмов] будет меньше», — добавляет он.
Фермеры должны рассмотреть шаги, которые сначала необходимо предпринять для исправления программы удобрений, говорит Джефф Диван, директор по агрономии компании Sound Agriculture.
«Если вы уже вносите большое количество удобрений, которые дают полтора фунта азота на бушель [кукурузы], есть другие возможности уменьшить это количество, прежде чем добавлять какие-либо микробы или биосумулянты», — говорит он.
Рассмотрите также оборудование: Продукты, которые можно добавлять в сажалки или баки для опрыскивания, снижают затраты на внесение удобрений.
«Если для этого нужно сделать дополнительный проход или добавить много оборудования к вашей технике, отдача начинает снижаться», — говорит Диван.

Будущий сдвиг

Сандерс считает, что в будущем произойдет сдвиг в использовании средств производства для сельскохозяйственных культур. «Они не будут на нефтяной основе, как многие предыдущие продукты», — говорит он. «Мы находимся на вершине новой волны биологических продуктов».
Биостимуляторы установили новый уровень доверия, говорит Мийль.
«Проблема, которую я вижу, заключается в том, что до сих пор нет блокбастеров», — говорит он. «У вас все еще нет крупных продуктов [биостимуляторов] в том же масштабе, что и стробилуриновый фунгицид или гербицид Roundup».
Одним из факторов в пользу биостимуляторов является то, что они соответствуют меняющимся вкусам потребителей, добавляет он.
«Правильно это или нет, но многие потребители спрашивают: «Есть ли остатки пестицидов на моей пище?». » — говорит Мийль. «Одна из главных причин, по которой потребители покупают органические продукты питания, заключается в том, что они задумываются об уровне пестицидов и их влиянии на здоровье. Те из нас, кто работает над продуктами и инновациями, не должны упускать из виду, что думает потребитель.»

Продуктов много

Биостимуляторы включают следующие категории:
Продукты для производства и эффективности азота. Компания Pivot Bio развивает свой продукт Proven nitrogen (N), запуская новую версию 2022 года, Proven 40.
«Бактерии, называемые гетеротрофами, могут брать азот из воздуха, производить аммиак и питать себя», — говорит Эрни Сандерс, вице-президент Pivot Bio по разработке продукции. Мы подумали: «А что если перепрограммировать их на колонизацию возле корней кукурузы, чтобы аммиак, который они выделяют вне клеток, поглощался [в виде аммония] растениями кукурузы? Мы так и сделали, и у вас есть все эти крошечные растения Хабера-Боша (промышленный процесс производства аммиака), производящие аммиак и поставляющие азот в кукурузные растения».
Редактирование генов позволит микробам контролировать количество азота, поступающего в растение, говорит Маркус Медоуз-Смит, генеральный директор компании BioConsortia, которая сотрудничает с Mosaic в разработке микробов для фиксации азота. «Это позволяет точно размещать азот, что могут делать многие микробы, но не делают в кукурузе и пшенице, потому что это энергозатратно», — говорит он.
Микробиологические стимуляторы. Компания Sound Agriculture продает Source — биохимический препарат для хранения на полке, который стимулирует существующие почвенные микробы для высвобождения недоступных питательных веществ, говорят представители компании.
«Он пробуждает микробы, которые уже существуют в почве», — говорит Джефф Диван, директор по агрономии компании Sound Agriculture. «Эта активность помогает солюбилизировать больше питательных веществ в почве и доставить их в растение».
М-трофы. Розово-пигментированные факультативные метилотрофы (М-трофы) помогают увеличить корневую массу и улучшить поглощение питательных веществ, говорит Мэтт Хелмс, главный коммерческий директор компании NewLeaf Symbiotics. По его словам, преимущества заключаются в увеличении корневой массы и улучшении усвоения питательных веществ.
«В этом году наши продукты [Terrasym] применялись для обработки семян или в борозде, но в 2022 году мы планируем использовать их в ящиках для сажалок», — говорит Хелмс. Это будет намного удобнее для фермеров, поскольку теперь они могут смешивать его с семенами и смазочными материалами, такими как тальк и графит».
Модификаторы метаболизма растений. Через свою дочернюю компанию Valagro, Syngenta продает YieldOn, биостимулятор для кукурузы и сои, полученный из растений и экстрактов морских водорослей. Представители компании «Сингента» утверждают, что этот внекорневой препарат, который можно применять отдельно или вместе с фунгицидом, модулирует клеточный метаболизм. Это улучшает транспортировку сахаров и питательных веществ, что в конечном итоге повышает урожайность, добавляют они.
Микоризные грибы. «Микориза — королева биологических препаратов, — говорит Йосси Кофман, соучредитель и генеральный директор компании Groundwork BioAg. Арбускулярные микоризные грибы расширяют зону действия корней, захватывая питательные вещества, к которым корни не могут получить доступ.
Усилить естественный процесс и добавить микоризу в больших объемах в почву всегда было непросто, говорит Кофман. Это изменилось в 2015 году, когда компания Groundwork BioAg разработала процесс коммерциализации микоризных инокулянтов под брендом Rootella.
По его словам, их можно использовать вместе с бактериальными азотными препаратами, поскольку микоризы — это грибковые микробы. Это оставляет потенциал для создания микробных стеков, аналогичных тем, которые используются в устойчивых к насекомым или гербицидам признаках, добавляет он.
Стимуляторы фосфата. «Они помогают сделать фосфат более растворимым и более доступным для растений», — говорит Джейсон Уорд, руководитель коммерческих операций Novozymes BioAg в Северной Америке. Команда разработчиков Tag Team использует, по словам представителей Novozymes, фосфат-солюбилизирующий микроб Penicillium bilaie с ризобиями, фиксирующими азот.

Биопестициды

Биологические продукты, как и синтетические химические вещества, нацелены на борьбу с вредителями, такими как насекомые и болезни.
Их использование быстро растет, поскольку рынок биопестицидов с оборотом в 3,5 миллиарда долларов ежегодно растет со скоростью от 10% до 15%, — говорит Маркус Медоус-Смит, генеральный директор микробной фирмы BioConsortia.
Удар по биопестицидам: борьба с вредителями бледнеет по сравнению с синтетическими химическими веществами, такими как инсектициды и фунгициды.
«Синтетические химические вещества устанавливают стандарт борьбы с [вредителями]», — говорит Джейсон Уорд, руководитель коммерческих операций компании Novozymes BioAg в Северной Америке. «Это стандарт, которого мы продолжаем придерживаться ежедневно».
И все же у синтетической химии есть недостатки. «Она борется с устойчивостью сорняков, насекомых и болезней во всем мире», — говорит Майк Мийлле, генеральный директор Joyn Bio.
«Фермеры могут чередовать биопестициды [с помощью химии] и уменьшить проблемы с сопротивляемостью», — говорит он.

Структура почвы в первую очередь

Фермеры, которым нужны полезные популяции почвенных микробов, могут получить их, построив структуру почвы, — говорит Джоди ДеДжонг-Хьюз, преподаватель по специальности «Экзамен» из Университета Миннесоты. Эти шаги включают:

  • Уменьшение обработки почвы за счет сохранения более 40% покрытия почвы.
  • Диверсификация севооборотов.
  • Посадка покровных культур.
  • Использование источников углерода, например, навоза или сидератов.
  • Если возможно, добавление домашнего скота.

«Всего в 1 стакане почвы содержится 9 миллиардов микробов», — говорит она. «Вам просто нужно построить для них дом. Создание структуры в вашей почве создает множество условий для процветания различных микробов ».