Никаких чудес, только химия. Взгляд изнутри на лабораторию «Агротест»


Алла Силивончик, Latifundist.com
14.07.2021
«Агротест» проводит исследование почвы и растений уже 17 лет. О качестве работы лаборатории можно судить не только по многолетнему опыту и солидному парку техники. Компания стала первой в Украине лабораторией, которая принимает участие в международной программе Agricultural Laboratory Proficiency (ALP). Благодаря программе компания контролирует точность проводимых исследований и может гарантировать их качество аграриям. Команда Latifundist.com посетила «Агротест», чтобы узнать: какие бывают анализы почвы и растений, когда их необходимо делать, как проходят исследования и как «кормить» почву.

Спрос рождает предложение

Аналитическая лаборатория «Агротест» была создана в 2004 г. в ответ на запрос аграриев. Как рассказала основатель лаборатории, к.х.н. Екатерина Губина, история создания лаборатории началась с поиска созданных в то время агрокомпаний комплексной информативной диагностики. Попробовав традиционные «постсоветские» методы исследований и внесения удобрений, они пришли к необходимости создания так называемой «лаборатории рационального типа».

Екатерина Губина
к.х.н., основатель лаборатории Агротест
«Мировой опыт взаимодействия лабораторий и агрохозяйств направил наше внимание на примеры лабораторий в Соединенных Штатах Америки. Так, по примеру Лаборатории Ward в Небраске, под патронатом доктора Рэя Варда была создана аналитическая лаборатория «Агротест».
За основу методологии работы «Агротест» ее создатели взяли принципы департамента сельского хозяйства США (USDA), нацеленные на формирование рациональной системы питания для зерновых. То есть компания первой привезла в Украину методологию исследования образцов по параметрам, внедрила ее и адаптировала под украинские почвы. Методика включает и расчет доз по внесению удобрений под заданные культуры, и запланированную урожайность, также обеспечивает систему контроля точности и достоверности исследований. Как сказала, Екатерина Губина, именно бэкграунд в химии, позволил сотрудникам грамотно провести внедрение и воспроизведение международных методик в «Агротест».
К слову, специалистов для лаборатории подбирали из среды химиков, биологов, агрономов. Главными требованиями для соискателей были: основательная база в аналитической химии, знании английского и готовность учиться. Первыми сотрудниками лаборатории стали выпускники химфаков КНУ, КПИ, которые со временем, прошли стажировку в Лаборатории Ward. Специалисты лаборатории регулярно повышают свою квалификацию, участвуя с докладами и презентациями в международных симпозиумах, таких как ISSPA (International Source Suppliers and Producers Association) в Китае и Голландии.

За 17 лет украинский рынок лабораторной диагностики, конечно, продвинулся. Но и «Агротест» не остается на месте. За время работы компания нарастила свой производственный потенциал, расширила спектр проводимых исследований и количество клиентов. Важное преимущество лаборатории в том, что она находится в Украине, и в отличие от зарубежных конкурентов может сделать исследование и предоставить результаты за три дня, а не за 2 недели.

Жарким июньским днем команда Latifundist.com посетила лабораторию, которая расположена в Киеве на Столичном шоссе. Познакомили нас с «Агротестом» и спецификой процессов директор лаборатории Олег Маслов и его сотрудники.

За день компактная лаборатория, которая занимает не больше 100 м2, делает 2-2,5 тыс. исследований. Несмотря на то, что в день через лабораторию проходит такое количество образцов, работает в ней 5-7 человек. Участие работников, по большому счету, требуется только на этапе подготовки проб, а дальше все делают умные машины.

Что и когда

«Агротест» проводит исследования по трем основным направлениям:
  • анализ почв для стандартного земледелия;
  • анализ растений и растительных материалов;
  • анализ почв для точного земледелия

Анализ почв для стандартного земледелия включает множество параметров, это и полный список стандартных измерений, таких как водно-солевая кислотность и засоленность почв, насыщенность почвы основаниями, емкость катионного обмена и т.д. Определение содержания микро и макро элементов в почве, таких как: нитратный азот, подвижные формы фосфора, калия, кальция, магния, натрия, цинка, марганаца, меди, железа, так и специфические анализы — бор и молибден. В лаборатории определяют количество органического вещества в грунте, соотношение гуминовых и фульво составляющих, а также — механический состав почвы. «Агротест» делает анализ почвы на наличие тяжелых металлов, остаточных форм пестицидов и т.д.
Екатерина Губина, к.х.н., основатель лаборатории Агротест
Екатерина Губина, к.х.н., основатель лаборатории Агротест
Лаборатория руководствуется в работе тем же принципом, что и американская компания-наставник: «Давайте накормим нашу почву сегодня, чтобы она накормила нас завтра». Проведя исследования, специалисты «Агротест» дают заключения-рекомендации заказчикам-аграриям о том, какие питательные элементы необходимо вносить в почву и в каком количестве.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Существует 5 градаций содержания питательных элементов в почве: очень низкое, низкое, среднее, высокое и очень высокое. Принцип простой: чем «голоднее» почва, тем существеннее будет отклик растений на внесенные удобрения. На средних и богатых почвах, отклик будет менее заметным. Грамотно построенная система питания даст стабильную урожайность и минимизирует затраты на дорогие удобрения. «Агротест» как раз помогает определить содержание питательных элементов в почве и расписать программу ее питания так, чтобы вам не пришлось бросать деньги на ветер».
Как ни странно, не все аграрии знают о том, что анализы почвы правильно делать после сбора урожая. Этот период самый показательный. Когда сельхозпроизводитель знает, каких элементов не хватает в почве, а какие присутствуют в избытке, ему проще планировать дальнейшую работу: рассчитать, что лучше выращивать на конкретном поле, чем удобрять и какую урожайность закладывать. Аграрий может оптимизировать свои затраты за счет того, что не будет вносить те элементы, в которых нет потребности.

Сбор, усушка, утруска…

Собственно пробы проходят в лаборатории три основных этапа: перемол, подготовка проб и непосредственно анализы. Но сначала образцы почвы нужно собрать. Олег Маслов рассказал, что для стандартного исследования почвы пробы может брать как сам заказчик, так и специалисты лаборатории. А вот для точного земледелия — специалисты «Агротест», либо специалисты по точному отбору проб самих компаний. Главное условие — внесение точных координат отбора, например, в программе SMS AgLeader, которую использует «Агротест».

Специалисты знают, что пробу земли берут почти как кровь из пальца. Только если для медицинского анализа достаточно одного пальца, то для почвенного необходима территория всего поля. Специальные механические пробоотборники-«шприцы» захватывают грунт с глубины в 20-25 см и высыпают в емкость. Все очень просто. Как сказал Олег Маслов, главное правило забора проб — делать это скрупулезно и честно, то есть собрать грунт со всех намеченных участков поля и не халтурить.
Для анализа почвы для точного земледелия необходимо сделать 30-35 «уколов» по выбранной траектории на одном гектаре, либо по выбранной сетке. Землю с одного участка смешивают, высыпают в коробку и передают в лабораторию. Для стандартного исследования достаточно 50-100 «уколов» с 20-50 га. Пробы грунта с проблемных участков (где слабые, пожелтевшие растения) специалисты лаборатории рекомендуют собирать отдельно, чтобы выяснить причину аномалий.
Для проведения анализов при точном земледелии поле делится на клетки по 1 га, 5 га или 10 га. К слову, «сетка» поля используется как при заборе проб, так при их анализе и оформлении рекомендаций. В компьютерную программу SMS AgLeader, которую использует «Агротест», вносится вся информация: о времени сбора образцов, составе почвы в каждой клетке поля и карта технических заданий по внесению удобрений для каждого участка. К слову, клиенты лаборатории, могут в любой момент посмотреть необходимую информацию в личном кабинете, используя, в том числе, мобильную версию программы, специально созданную для удобного анализа результатов и сравнения полей.
На экране лабораторного компьютера мы увидели разноцветную карту поля с погектарной сеткой, где отражалось количество органического вещества в каждой клетке. Как объяснил специалист по анализу почвы и растений «Агротест» Василий Бошков, красный цвет на карте соответствует низкому значению того или иного параметра, желтый — среднему, зеленый — высокому. То есть, изучая карту поля, не нужно вчитываться в цифры, достаточно увидеть красный участок, чтобы понять, что в нем очень низкое содержание органических веществ. Соответственно, зеленый квадрат показывает, что органика в избытке. И так по каждому показателю.
Василий Бошков, специалист по анализу почвы и растений Агротест
Василий Бошков, специалист по анализу почвы и растений Агротест
Привезенные с полей образцы почв, в лаборатории регистрируют и, чтобы не возникло путаницы, каждой пробе-коробочке присваивается свой системный номер-код (штрих или QR). К слову, образцы подвозят в лабораторию постоянно, и команда Latifundist.com в начале экскурсии стала свидетелем того, как курьер доставил коробку с почвой от клиентов.

Грунт проходит первый этап подготовки в так называемой «грязной комнате». В этой части лаборатории грунт сушат в специальных шкафах и перемалывают. Как объяснил Олег Маслов, почва должна сохнуть в условиях, максимально приближенных к естественным. То есть, нельзя включить печку до 100 оС и за час высушить грунт, потому что он просто потеряет свои натуральные свойства (химические соединения трансформируются и элементы переходят в другие формы). В лаборатории «Агротест» сушильные шкафы работают днем и ночью.

Затем сухая земля перемалывается на специальной мельнице. Размер отверстий сита — 1-2 мм, то есть сухая почва буквально растирается в пыль. Мельница работает очень быстро, на помол одного образца уходит всего 10-15 секунд. И дальше пробы на металлических тележках перемещаются к следующему этапу подготовки.

Из твердого
состояния в жидкое:
подготовка проб

Как объяснил Олег Маслов, работа лаборатории построена на принципах «мокрой химии». Когда из твердых и сухих природных материалов (почвы или растений) благодаря специальным растворам извлекаются необходимые элементы, и дальше жидкие субстанции анализируются на приборах.

Поэтому основной этап пробоподготовки, собственно, и заключается в переводе образцов из твердого состояния в жидкое. В пробирки, установленные на штативе из пенопласта (трее) лаборант насыпает маленькой лопаткой (скупом) почву. Так как для каждого анализа нужно определенное количество земли, в лаборатории используют 1-, 5-, и 10-граммовые скупы. Затем в каждую пробирку добавляется специальный химический раствор. Треи крепятся на двухъярусной платформе — это машина-мешалка, которая раскачивает паллеты с пробирками, где, как в шейкерах, готовятся земельные коктейли. Так происходит химическая экстракция (перемешивание почвы с раствором, который «вытягивает» питательные элементы из почвы). В зависимости от вида анализа перемешивание длится от 10 минут до 2 часов.

Затем почвенный экстракт фильтруют. Для этого в лаборатории используют передвижной столик с колбочками и трубочками, который сотрудники называют «медузой». Такое название устройству дали, разумеется, из-за внешнего сходства прозрачных пластиковых трубочек с щупальцами животного. Главное преимущество лабораторной «медузы» в том, что она позволяет сократить количество механических движений до минимума и может одновременно отфильтровать 60 образцов.
Важно упомянуть, что для проведения исследований используют не только химические реактивы, но и идеально очищенную воду. Такую воду в «Агротесте» получают благодаря системе водоочистки, включающий и дистилляцию и деионизацию. Если обыватели, которые забыли или не знали периодическую систему Менделеева, считают самой чистой воду дистиллированную, то химики — деионизированную. В отличие от дистиллированной, она очищена буквально до «водорода и кислорода». Почему это так важно? Чтобы анализ был точным. Ведь в воде, которая участвует в исследовании почвы, не должно быть элементов, которые анализируются (тех же солей и пр.). Точность важна особенно, когда речь идет о мизерном содержании тех или иных элементов в почве, например, тяжелых металлов.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Мы проводим измерения с точностью до миллиграммов вещества на килограмм почвы. То есть вычленяем одну миллионную часть из пробы. Поэтому, конечно, используемая в исследованиях вода должна быть очень чистой».

Аналитический этап

Отфильтрованные образцы, которые уже совсем не напоминают почву, а выглядят как вода, дальше перемещаются в приборную комнату. Именно здесь сконцентрирована вся мощь научной мысли и самые современные технологии. Эта комната является самой дорогой частью лаборатории, так как здесь работают современные аналитические приборы.

Как сказал Олег Маслов, за 17 лет работы лаборатории ее аналитическая база выросла в разы. Сегодня в аналитическом отделе «Агротеста» работают атомно-абсорбционные спектрофотометры, UV-Vis-спектрофотометры, Flu-Injection-cпектрофотометр, ICP-спектрометр и др.

Приборы атомной абсорбции или, как их ласково называют сотрудники, «атомники», позволяют определить содержание в почве кальция, магния, калия, натрия, цинка, марганца, меди, железа, молибдена. Спектрофотометры также дают возможность анализировать содержание упомянутых веществ и неорганических форм: орто-фосфатов, нитратов, нитритов, сульфатов и остальное «меню» почвенной лаборатории.
Всю эту технику обслуживает всего два лаборанта. Дело в том, что каждый прибор в аналитическом отделе оснащен автосамплером, который сводит к минимуму влияние человеческого фактора. Автосамплер — это такой маленький робот, который автоматически выбирает нужную пробирку из 60, установленных на штативе, запускает свою иглу в пробирку с раствором, набирает его и передает в распылительную камеру «атомника» или спектрофотометра. Дальше прибор анализирует образец и выдает результат. В зависимости от прибора одно исследование длится 15-20 сек., 30-40 сек., или 2 минуты. Все результаты поступают в центральную компьютерную программу лаборатории, которая обрабатывает полученные значения. Так клиент получает финальный отчет, протокол с данными о содержании питательных веществ в почве и рекомендациями.

Посещение «Агротеста» в некотором смысле перевернуло наше представление о лаборатории. Это не территория полной стерильности и тишины. Это мини-«завод», где все движется, шумит и работает. Действие каждой машины, передвижение каждой пробирки четко выверено и запрограммировано. Так же как и статистическая обработка результатов и проверка достоверности.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Мы выписываем «рецепт», а лекарства аграрий приобретает уже у поставщиков удобрений. Все 17 лет компания проверяет свои расчеты и рекомендации. И об успешности назначений можно судить по росту урожайности разных культур в компаниях, которые делали у нас анализы».

Анализ растений

С 2007 г. кроме анализа почв в «Агротест» проводят также листовую диагностику разных культур (сои, кукурузы, пшеницы, рапса, голубики и т.д.). Как объяснила сотрудник лаборатории, химик Мария Коновалова, анализ растений делают в двух случаях: когда все хорошо и когда есть причины для беспокойства. То есть одни аграрии просто хотят убедиться в том, что выращиваемые культуры получают все необходимые элементы в нужном количестве и система питания подобрана правильно. Другие, обращаются, когда растения отстают в росте и развитии, у них желтеют листья и т.д.

Мария Коновалова
химик, специалист по анализу почвы лаборатории Агротест
«Анализ растений показывает, каких макро- и микроэлементов им не хватает. Разумеется, сходу исправить ситуацию не всегда возможно. То есть никто не будет вносить азотные или фосфорные удобрения, например, по растущей кукурузе. Но эту информацию сельхозпроизводитель использует для будущих посевов. Если же не хватает таких микроэлементов, как марганец, цинк, медь, железо, их можно вносить по растущей культуре, например фолиарно (разбрызгивая)».
Образцы для анализов можно отбирать на разных стадиях развития растения. Но нет смысла проводить исследование на поздней стадии, например, после фазы «выброса метелки» для кукурузы, или после цветения для сои, после колошения для пшеницы. Тогда анализы будут некорректными.

Для усредненного образца необходимо, например, 30-35 листьев кукурузы, 50-60 — пшеницы. Сорванные листья в бумажных конвертах в течение трех дней отправляются в лабораторию. Как и почва, листья подсушиваются и перемалываются.

В отличие от почвы, растительную «пыль» взвешивают не скупами, а на аналитических весах. Потому что при анализе растительной массы важна максимальная точность — до четвертого знака после запятой. Как сказала Мария Коновалова, один из основных и самых важных анализов листовой диагностики — определение общего содержания азота по методу Кельдаля. Суть исследования — в кипячении измельченных листочков с серной кислотой. Пробирки со смесью листьев и кислот помещаются в дигестер — прибор с нагревательным элементом. На этой «печке» кипят растения с кислотами, «чудесным» образом превращаясь из черной, как смола, жижи в изумрудно-зеленый прозрачный раствор. Мы как раз наблюдали это волшебное преобразование.

Дальше растворенные растительные образцы, как и почвенные, направляются в приборный отдел на исследование.

Другие исследования

Как уже упоминалось, «Агротест» проводит разные виды исследований, проверяя кислотность, засоленность, механический состав почвы и т. .

Например, мы узнали, что такое кондуктометрия. Это электрохимический анализ для определения засоленности. Исследование проводится прибором, который называется иономер. Этот анализ позволяет судить о засоленности почвы и наличии обменных форм разных элементов. Для определения уровня pH почвы в стаканчики со смесью воды и почвы опускаются электроды, которые и показывают кислотность.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Бывают случаи, когда клиенты хотят измерить только кислотность почвы, не проводя комплексный анализ, и при этом получить рекомендации по внесению удобрений. Но нужно понимать, что невозможно дать правильные рекомендации, основываясь только на кислотности. pH — это важный показатель состояния почвы, но далеко не единственный. Это как засоленность почвы еще не говорит о том, какие именно соли в ней содержатся».
Анализ на содержание органических веществ в почве строится на принципе сжигания и потери массы. Керамические рюмочки (а по-научному — тигли) с почвой взвешивают и прокаливают 2 часа в специальной печке (муфеле). Из почвы уходит влага. Образцы еще взвешивают и снова отправляют в печку на два часа. Второй раз почва «прожаривается» уже при более высокой температуре. Во время второго «обжига» органическое вещество термически разлагается, просто исчезает (из школьного курса известно, что вся органика при сжигании переходит в CO2–газ и H2O- пар). Поэтому показателем общего органического вещества в почве будет как раз разница в массе земли между первым подогревом и второй прожаркой.

Содержание органических веществ измеряется в процентах относительно массы почвы. Для минеральных почв 1-2% органических веществ — это низкое значение, 2-4% — среднее, 4-6% — высокое. Специалисты «Агротест» подтверждают общеизвестный факт, что почвы в Украине истощаются. Исследуемые в лаборатории образцы чаще всего демонстрируют содержание 2-4% органического вещества в грунте.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Количество органического вещества в почве — это один из важных показателей здоровья и потенциала почвы. Это ее способность удерживать влагу и питательные вещества. Если в почве много песка, мало органического вещества, посевы в ней не должны быть густыми, потому что зерна не дадут хорошего роста. Если почва «жирная», с органическим веществом 5-6%, в ней посевы могут быть более густыми».
«Агротест» делает также анализ механического (или по-научному — гранулометрического) состава почвы. Исследование показывает, сколько в грунте песка, глины и ила. Как сказал Олег Маслов, механический состав почвы — немаловажный показатель, хотя аграрии часто пренебрегают им. Но ведь, например, при избыточном количестве песка дозы рекомендуемых удобрений будут существенно меняться. Содержание глины, в свою очередь, показывает, насколько грунт может удерживать питательные вещества и т.д.

Исследование основывается на таком природном явлении, как осаждение, и проводится с помощью ареометра — измерителя плотности. В большой колбе смешивают подготовленный грунт, воду и химраствор и оставляют ее на 2 часа. Песок, как самая крупная и тяжелая фракция оседает первым. Благодаря специальному раствору глина «зависает» в центре пробирки, а вверху остается ил.

Внутренний и внешний контроль

Несмотря на то, что лаборатория «Агротест» аккредитована «Укрметртестстандарт», который ежегодно проводит поверку оборудования и соответствие стандартам качества, в компании есть внутренняя система контроля. Помимо образцов от клиентов, ежедневно лаборатория анализирует дополнительные контрольные образцы, каждые 20 образцов. В лаборатории используют систему «слепых проб», когда в партию секретно вставляется уже проанализированная проба. Такая система статистической обработки результатов и проверка достоверности специально была разработана для почвенных лабораторий. Это дополнительная гарантия того, что исследования проводятся корректно и отклонений в показателях не возникает.

Кроме того, с 2016 г. «Агротест» первым в Украине вошел в систему Collaborative Testing Services по программе Agricultural Laboratory Proficiency (ALP). То есть лабораторию включили в международную систему контроля результатов лабораторий по анализу почв и растений. Благодаря этой программе компания дополнительно несколько раз в год проверяет качество и релевантность своих исследований. И может гарантировать клиентам максимальную точность анализов. К слову, в день нашего посещения лаборатории из Штатов приехали образцы для исследований 45 цикла.
Суть программы в том, что три раза в год (весной, летом и осенью) из США в лабораторию присылают для исследования 9 образцов (5 почвенных и 4 растительных). Сделав анализы, «Агротест» отправляет результаты обратно. Такие же образцы исследуют более 100 лабораторий по всему миру. Специальная система анализирует все результаты, отбрасывая явно ошибочные и оставляя данные, которым можно доверять. Каждая лаборатория, которая участвует в программе, сверяет свои результаты с показателями в так называемом «доверительном интервале» и видит, насколько велика погрешность.

Олег Маслов
специалист по анализу почвы, директор лаборатории Агротест
«Мы используем программу для проверки своей работы и приборов. Возможность сравнивать свои результаты с другими — дополнительная гарантия того, что анализы достоверны, их точность — максимальная. Для американских аграриев штамп ALP на анализах — это как знак качества. Для украинских — пока нет, потому что здесь мало об этом знают. Но, думаю, рынок будет развиваться, и у нас этот значок будут воспринимать как символ профессионализма лаборатории».
Итак, экскурсия по «Агротесту» показала, что не только современное оборудование и технологии, но и жесткая система контроля работы лаборатории делает ее по-настоящему профессиональной. Никаких чудес… только химия.
Алла Силивончик, Latifundist.com
Выполнено с помощью Disqus