CC BY
40ДРАЖИРОВАНИЕ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
В.А. Будков, к.т.н., Н.В. Пухальская, д.б.н., ВНИИА
Разработана технология дражирования семян сельскохозяйственных культур, обеспечивающая повышение продуктивности за счет улучшения условий прорастания и развития на начальной стадии роста.
Ключевые слова: капсулирование семян, проростки, минеральные удобрения.
Капсулирование или дражирование семян решает проблему их заболеваемости и гибели, при неблагоприятных поч-венно-климатических условиях и в экстремальных условиях возделывания. Разработка технологий капсулирования на современном уровне затрагивает мембранные механизмы, нанотехнологии и основана на физических, химических и физиологических механизмах. Для капсулирования используются чрезвычайно дорогие технологические приемы, позволяющие создавать мембраны с заданными свойствами, вызывать процессы внутри капсулы по транспортировке продуктов наружу. Такие приемы используются в биотехнологии, пищевой промышленности, медицине, биологии и сельском хозяйстве многих стран [9-11]. Особую актуальность имеют задачи инсектицидной активности капсулирования [8]. Теоретически обосновано и показывает хорошие практические результаты дражирование семян хлопчатника и овощных культур [2, 4, 7]. Оптимальным материалом для дражирования семян являются композиции, включающие полимерные удобрения - мочевино-формальдегидные соединения (МФС) и / или полифосфаты [3,1,5,6]. Такие покрытия семян не только являются источником питательных элементов пролонгированного действия, но и оказывают мелиорирующее действие, снижая угнетение проростков почвенным засолением.
Методика. Для разработки технологии дражирования семян проведено исследование влияния температуры на растворимость азотсодержащего покрытия, используемого для дра-жирования семян. Для этого определяли содержание азота, растворимого в воде на холоде (быстродействующего), а также водорастворимого при 500С и кипячении (медленнодействующего азота). Для получения данных по содержанию азота проводили определение азота по Кьельдалю при комнатной температуре, при 500С и при кипячении. Полученные данные позволяют характеризовать азотсодержащее покрытие с точки зрения питательной и защитных функций.
Для анализа свойств комплексного покрытия использовали стандартные методики определения макроэлементов (NPK) в комплексных удобрениях. Эффективность комплексных и МФС покрытий проверяли в стационарных полевых экспериментах, проводимых с 1983 по 2008 гг. в разнообразных поч-венно-климатических условиях на разных культурах. Полевые опыты проводили в Голодной степи совхоза №3 Акалтынского р-на Узбекистана, (высокие среднесуточные температуры, серозем, подверженный засолению), в Нечерноземной зоне (ЦОС ВИУА на дерново-подзолистой слабоокультуренной почве, достаточное обеспечение влагой). Эксперименты включают в себя несколько различных по потребностям в минеральных удобрениях культур: хлопчатник, укроп, огурцы.
В экспериментах оценивали эффект стартового дражирования на конечный урожай растений и модификацию состава дражирующих материалов. Опыты закладывали в 4-х кратной повторности. Статистическая обработка проведена с использованием статистического пакета Excel, расчетом интервальной оценки, НСР между вариантами рассчитана на уровне 95% значимости.
Результаты. В наших экспериментах проведены исследования влияния дражирования семян хлопчатника полимерными композициями для оценки влияния дражирования на характеристики прорастания семян. Нами разработан способ предпосевной обработки семян растений, включающий смачивание их раствором на основе пленкообразующего вещества, в качестве которого используются низкомолекулярные
мочевино-формальдегидные соединения (МФС) в количестве 0,5-5% от веса семян. Для создания комплексного дражи-рующего покрытия используется добавление к МФС фосфор-и калийсодержащих компонентов.
Известно, что растворимость азота МФС зависит от температуры их образования. Для использования этой закономерности в технологии дражирования необходимо изучить характер зависимости в конкретных мочевинно-формальдегидных растворах (МФР). Аналитические характеристики базовых азотсодержащих покрытий, полученных путем затвердевания МФР с соотношением мочевины к формальдегиду 1,6:1 на поверхности семян, приведены в таблице 1.
1. Аналитические характеристики азотсодержащих покрытий семян
№ Температура затвердевания МФР (0С) Содержание азота (%)
общее водорастворимого на холоде (быстродействующего) медленнодействующего
водорастворимого при 500С водорастворимого при кипячении и водо-нерастворимого
1 30 37,0 17,9 4,2 14,9
2 35 36,8 17,0 3,3 16,5
3 40 36,4 9,8 2,8 23,8
4 55 36,3 7,0 2,8 26,5
5 65 36,2 5,0 2,8 28,4
МФР с мольным соотношением «мочевина-формальдегид» (М:Ф) 1,6:1 затвердевали при температурах от 30 до 650С. Из полученных данных следует, что чем выше температура затвердевания МФР, тем более труднорастворимым получается покрытие из МФС. Азотсодержащие покрытия могут использоваться двояко: для питания растений в начальный период роста и для защиты растений с прологнированным использованием питательных веществ. Чем выше температура затвердевания, тем выше содержание медленнодействующих форм азота. Такие покрытия характеризуются более защитными свойствами и более длительным периодом усвоения азота из искусственного покрытия. Чем ниже температура затвердевания МФР, тем более интенсивно происходит усвоение азота из драже, покрывающего семя. Таким образом, при разработке технологии дражирования и использование того или иного МФР определяется задачами конкретного покрытия и может варьировать в зависимости от требуемых свойств покрытия.
В связи с тем, что растениям в начальный период роста и развития требуется, прежде всего, оптимальная обеспеченность фосфором, а в начальный период развития необходимо сбалансированное питание всеми макроэлементами, независимо от почвенных условий, на основании данных таблицы 1, к МФС были подобраны дополнительные фосфор- и калийсо-держащие компоненты покрытия. Из разнообразных рецептур комплексных покрытий наиболее эффективными показали себя рецептуры, приведенные в таблице 2.
Создание вокруг семян очагов благоприятных условий для прорастания и начального развития растений сельскохозяйственных культур способствует активизации опережающего роста растений в сравнении с сорняками, которые оказываются в худших условиях. Тогда как при обычном внесении удобрений и сорняки, и культурные растения получают одинаковые стартовые условия для развития.
Эффективность использования комплексных материалов покрытий семян иллюстрируют данные по продуктивности таких культур как огурец и укроп (рис. 1, 2).
Дополнительное стимулирующее действие на начальный рост растений и существенное усиление от эффекта дражиро-вания можно получить, введя в состав МФС добавку водорастворимого гумата калия или натрия в количестве 1-1,5%. Добавление водорастворимых гуматов калия и натрия повышает
Плодородие №2*2009
17
This document was created using
Solid Converter PDF
эффективность МФС, оказывая благотворное влияние на интенсификацию их биодеградации.
5000 4500 4000 J 3500 "и 3000 b 2500 'g 2000 ¡» 1500 1000 500 0
□ Контроль
■ Органо-минеральное удобрение
□ Органо-минеральное удобрение + к
□ Органо-минеральное удобрение +к<
■ удобрение удобрение с г
Рис 1. Урожай огурца сорта Парус при дражировании семян в зависимости от использования в комплексном удобрении гумата (г/м2)
□ Контроль
■ Органо-минеральное удобрение
□ Органо-минеральное удобрение +
□ Органо-минеральное удобрение +
>е удобрение н е удобрение на
е ортофосфата i полифисфата
Рис. 2. Урожай укропа сорта Грибовский в зависимости от использования в комплексном покрытии форм фосфатов (г/м2)
Эффективность комплексных покрытий семян хлопчатника иллюстрируют результаты полевого опыта на подверженных засолению сероземах. Эксперименты были проведены в полевых условиях, площадь делянки - 0,432 га, норма высева семян хлопчатника - 40 кг/га.
Из результатов проведенных экспериментов следует, что повышение урожая обусловлено в первую очередь повышением густоты стояния растений, за счет раннего более благоприятного режима питания проростков.
2. Аналитические характеристики комплексных покрытий семян
Содержание питательных элементов (%)
азота Р2О5
Состав покрытия общее быстр°- действу юще-го медленно-действую-щего общее быстро- действующе-го медлен-но-действу юще-го К2О общее
МФС + аммофос 24,0 10,0 14,0 24,0 20,0 4 -
МФС + полифосфат аммония (ЖКУ) 27,5 17,5 10,0 27,5 22,0 5,0 -
МФС + полифосфат аммония + метафосфат калия 24,5 10,0 14,5 24,0 6,0 18,0 12,0
МФС + органо-минеральное удобрение (ОМУ) 10,2 6,0 4,2 10,3 8,3 2,0 10,0
МФС + органо-минеральное удобрение (ОМУ) + сульфат калия 8,5 4,5 4,0 8,2 6,8 1,4 12,4
Характеристики покрытий, образующихся при смешивании составляющих частей являются результатом взаимодействия компонентов и позволяют варьированием количественных составляющих получать покрытия с заданными свойствами. В процессе получения комплексных покрытий происходит взаимодействие компонентов с образованием комплексных соединений (МФС с орто- и полифосфатами). Это приводит к образованию более однородного по составу покрытия и улучшает его физико-механические свойства.
18
This document was created using
троль □ МФС □ Ког
D
НСРо5= 3,9
Рис. 3. Влияние материала дражирования на всхожесть семян хлопка-сырца (тыс. шт/га)
I□ контроль □ МФ С □ Комплексные |
НСРоз = 1,77
Рис 4. Влияние материала дражирования на урожай хлопка сырца (ц/га)
Разработка технологических приемов создания покрытий показала, что основное влияние на качество МФС в покрытии оказывает мольное соотношение М:Ф в исходном МФР. По мере снижения М:Ф в покрытии семян от 2:1 до 1:1 индекс усвояемости азота, характеризующий пролонгированное^ действия МФС, уменьшается от 80 до 10.
Изменение же влагоемкости покрытия - имеет обратную зависимость: она увеличивается от 35 до 100 весовых %. Такой характер зависимости обусловлен тем, что мольное соотношение М:Ф=1:1 является стехиометрически соответствующим образованию монометилолмочевины (МММ), которая при слабокислой реакции (рН) и нагреве конденсируется в труднорастворимые производные мочевины - диметилентри-мочевину (ДМТМ) и триметилентетрамочевину (ТМТМ).
По мере увеличения М:Ф и отклонения его от 1:1, снижается степень полимеризации МФС, увеличивается их растворимость в воде на холоде и при кипячении, что приводит к росту индекса усвояемости покрытия. Влагоемкость же МФС возрастает по мере снижения их растворимости. Наибольшую влагоемкость (до 120-130 весовых %) имеет водонераствори-мая фракция мочевино-формальдегидных покрытий, а наименьшую влагоемкость (25-30 весовых %) имеет водорастворимая на холоде фракция.
Таким образом, при М:Ф=1:1 покрытие имеет минимальную растворимость и максимальную влагоемкость. Низкая растворимость и высокая влагоемкость покрытий на основе МФС, является качественной характеристикой данного типа покрытий, характеризующихся медленным переходом действующих веществ в раствор с незначительным изменением осмотического давления почвенного раствора. Данный тип покрытий поглощает и удерживает влагу, что создает благоприятные условия для прорастания семян. Кроме того, водорастворимые формы МФС, обладая комплексообразующими свойствами, вступают во взаимодействие с почвенными солями, связывая их в комплексные соединения, что также понижает осмотическое давление почвенного раствора, улучшая условия развития растений в стрессовых условиях, вызванных засолением. При комплексообразовании уменьшается число частиц в растворе, чем и обуславливается снижение осмотического давления последнего [6]. Водонерастворимая часть покрытия предотвращает губительное действие засоления на проростки и молодые растения в начальный период развития, вступая в реакции ионного обмена с токсичными анионами: хлорид-ионами и сульфат-ионами, массовая доля которых в
Плодородие №2*2009
Solid Converter PDF
3 5
3U
2 5
— 2U
5
1 0
почвенном растворе засоленных почв велика, лишая их подвижности. Увеличение энергии прорастания, всхожести семян, стабильность роста растений в начальный период, особенно на плохих почвах из-за оптимального состава питательных веществ, входящих в состав капсулы, последовательно прибывающих из многослойного полимерного покрытия, увеличивает сопротивление растений различным "напряженным" стрессовым ситуациям.
Литература
1. Борисов В.М., Будков В.А. Основные направления работ НИУИФ в области получения и применения удобрений, содержащих мочевино-формальдегидные соединения. // РЖ химия.-1983, 1151212 Деп.-63 с.
2. Давыдов Д.В. Приемы повышения выхода стандартной продукции столовой свеклы на аллювиальных пойменных почвах Нечерноземной зоны. Автореф. канд. дисс. Москва, 2007. 3. Каплунова Л.С., Будков В.А. Усманов С. Остроброд Б.Г. Изучение агрохимической эффективности полимерных удобрений на основе мочевино-формальдегидных соединений // Комплексные азотно-фосфорные удобрения.-М.:МГУ, 1982.-С.69-81 4. Кондаршина Т.Ф. Влияние
капсулирования семян хлопчатника полимерными композициями на их прорастание. Автореф. канд дисс. Душанбе.-2996 18 с. 5. Набиев М.Н. Усманов С Будков В.А. и др. Способ предпосевной обработки семян хлопчатника. Авт. Свидетельство СССР N° 988215. Бюлл Изобретений №°2, 1983 г. 6. Сургучева М.П., Будков В.А., Новые виды минеральных удобрений и их применение на засоленных почвах.-М.: ВНИИТЭСХ.-1986.-59 с 7. Путилин П.И. Влияние технологии дражи-рования семян на урожай и качество сахарной свеклы. Автореф. канд. дисс.- Воронеж: 2005 г.- 18 с 8. Beestman, G. W. (1996) Emerging Technology: The Bases For New Generations of Pesticide Formulation.// In: Pesticide Formulation and Adjuvant Technology, edited by C. L. Foy and D. W.Pritchard, 1996.- pp. 43-68, CRC Press, London. 9. Nanova M., Kertikov T. Effect of Seed Encapsulation on the Dry Matter Accumulation in Red Clover.// Почвознание, Агрохимия и Екология, 2007; Т.42, N 1, pp.63-70 10. Redenbaugh K., Paasch B., Nichol J.,Kossler M., Viss P. & Keith A. Walker. Somatic Seeds: Encapsulation of Asexual Plant Embryos// Bio/Technology .-1986.- V: 4, pp.797-801. 11. Sakamoto, Y., Mashiko, T., Suzuki, A., Kawata, H. and Iwasaki, A. Development of encapsulation technology fop synthetic seed//Acta Hort. (ISHS)-1992.-V. 319.-pp.71-76.
THE ENCAPSULATION OF THE AGRICULTURAL CROPS N.V. Poukhalskaya, V.A. Budkov
D.N.Pryanishnikov All-Russian Scientific-Research Institute of Agricultural Chemistry. info@belp.ru
Summary. The technology of seeds encapsulation of the agricultural crops was developed. It provides increase of plants productivity by improvement of germination conditions and growth optimization at first stage of plant development. Key words: encapsulation of seeds, seedlings, mineral nutrition.
Плодородие №2*2009
19
Solid Converter PDF
This document was created using
