CC BY
128
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10311
УДК 631.4
ГЕЛЕВЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПРОТИВОПАТОГЕННОЙ ЗАЩИТЫ И ОПТИМИЗАЦИИ ЭДАФИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
РИЗОСФЕРЫ КАРТОФЕЛЯ*
A. В. СМАГИН12, доктор биологических наук, профессор (e-mail: smagin@list.ru)
B. И. БУДНИКОВ1, кандидат технических наук, научный сотрудник
В. И. ВАСЕНЕВ1, кандидат биологических наук, доцент
М. В. СМАГИНА1, кандидат биологических наук, зам. директора
Н. Б. САДОВНИКОВА12, кандидат биологических наук, научный сотрудник
А. Я. ГУЛЬБЕ1, кандидат биологических наук, ученый секретарь
А. С. БАШИНА1, аспирант
Г. Б. КОЛГАНИХИНА1 кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
1Институт лесоведения РАН, ул. Советская, 21, с. Успенское, Московская обл., 143030, Российская Федерация
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Ленинские горы, 1, Москва, 119991, Российская Федерация
Резюме. Использование гелевых композиций с современными средствами защиты растений (СЗР) позволяет предохранить ризосферу от патогенной микрофлоры, а также оптимизировать водоудерживающую и поглотительную способность почвы и ее структурное состояние. В лабораторных и полевых экспериментах тестировали свойства двух типов гидрогелей, синтезированных на основе патентованной авторской технологии, выступающих в качестве носителей наночастиц и ионов серебра, а также органических фунгицидов для защиты корнеобитаемого слоя почвы в семенном картофелеводстве. Предварительные лабораторные исследования на штаммах возбудителей наиболее опасных болезней картофеля - фи-тофтороза и черной ножки картофеля из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ГосНИИгенети-ка и Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии выявили широкий диапазон эффективных концентраций СЗР в гидрогелях - ЕС50 от 0,9±0,1 до 118,1±51,5 ppm. Полевые эксперименты, проведенные на 5 сортах картофеля на почвах разного генезиса и дисперсности в гумидных условиях (Москва, Пермь), показали высокую эффективность защитных композиций для почв легкого гранулометрического состава, где на фоне 100 %-ной защиты клубней от фитоф-тороза была получена 1,3-2,0 кратная прибавка урожая в зависимости от качества посадочного материала. Для почв среднего и тяжелого гранулометрического состава технология нуждается в доработке, поскольку при сплошном внесении (без перемешивания с почвой) в условиях экстремально влажного года дополнительное водоудерживание со стороны гидрогелей привело к развитию локального анаэробиозиса и угнетению клубней посадочного материала. Ключевые слова: картофель, гидрогели, почва, ризосфера, противопатогенная защита, урожайность. Для цитирования: Гелевые композиции для противопатоген-ной защиты и оптимизации эдафических свойств ризосферы картофеля/А. В. Смагин, В. И. Будников, В. И. Васенев и др. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 3. С. 54-63. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10311.
Традиционные средства защиты ориентированы преимущественно на поверхностное внесение и уничтожение патогенной микрофлоры на надземных частях растений. Подземная фитомасса остается практически не защищенной и часто поражается болезнетворными микроорганизмами, населяющими ризосферу, что наносит большой ущерб урожаю, особенно на полях, где из года в год возделывают пропашные корне- и клубнеплодные культуры. Почва при этом фактически постоянно содержит патогенную микрофлору, которая поражает семенной материал, а впоследствии и сам урожай. В картофелеводстве РФ и сопредельных государств (Белоруссия, Украина, Казахстан) ежегодные потери урожая от подобных патогенов в зависимости от сорта составляют 20-30 %, а в некоторые годы превышают 50 %; в период хранения гнилью поражается до 30-40 % клубней [1-5]. Среднемировые потери оцениваются в 8-10 %, а в ряде европейских стран - крупных производителях картофеля - 20-25 %, как, например, в Польше [6]. Особую опасность подобная ситуация представляет для семеноводческих хозяйств, в которых необходимо соблюдать наиболее жесткие требования к фитосанитарной обстановке земель, но обеспечить их на практике весьма сложно, в первую очередь из-за отсутствия экологически безопасных технологий противо-патогенной защиты почвенного слоя. Не менее серьезна проблема распространения патогенных организмов с исходно зараженным посадочным материалом, приводящего к значительному ущербу в картофелеводстве, особенно в условиях частных хозяйств с фактически бесконтрольным, наиболее дешевым семенным материалом, а такие хозяйства пока доминируют в России [7, 8]. Отдельный аспект проблемы - усиливающаяся из года в год угроза биотерроризма с импортом или нелегальным завозом посадочного материала [9].
В этой связи защита ризосферы от патогенных организмов как населяющих почву в производственных и экспериментальных (семеноводческих) хозяйствах, так и привнесенных с некачественным посадочным материалом, - крайне актуальная научно-практическая задача. Для ее решения применительно к семенному картофелеводству предлагается использование гелевых композиций с современными средствами защиты растений (СЗР) в виде ионов и наночастиц серебра, а также органических пестицидов [10, 11]. Фиксация СЗР в составе гидрогелевой композиции, в отличие от использования подвижных водных растворов и суспензий (эмульсий), гарантирует минимальный экологический риск загрязнения почвы и выноса СЗР в грунтовые воды [12, 13]. Помимо противопатогенной защиты, гидрогелевые композиции способны оказывать положительное воздействие на почвенные физические и физико-химические факторы роста и развития сельскохозяйственных культур, такие
* работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 16-16-04014). Авторы сердечно благодарят ведущих сотрудников ВНИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха и УОПЭЦ МГУ «Чашниково» в лице О.А. Старовойтовой и Н.Ф. Черкашиной за проведение независимых полевых экспериментов по тестированию гелевых композиций, а также зав. отделом болезней картофеля и овощных культур ВНИИ фитопатологии М.А. Кузнецову с сотрудниками за фитопатологическую экспертизу посадочного материала и урожая.
как водоудерживающая способность, гидравлическая проводимость, дисперсность (эффективная удельная поверхность) и ионно-обменная способность, структурное состояние [11, 13, 14, 15].
Цель исследования заключалась в комплексном тестировании научно-технологической разработки «Защитные гелевые композиции для борьбы с негативными биологическими и эдафическими факторами картофелеводства» в лабораторных и полевых условиях. Для ее реализации были поставлены следующие задачи:
количественная оценка эффективности гелевых композиций с современными СЗР на коллекционных штаммах возбудителей распространенных болезней картофеля (фитофтороз и черная ножка картофеля);
полевые испытания эффективности гелевых композиций в оптимизации эдафических факторов роста и противопатогенной защите ризосферы картофеля разных сортов на почвах различного гранулометрического состава и степени окультуренности.
Условия, материалы и методы. Лабораторные исследования эффективности гелевых композиций проводили на штаммах возбудителей наиболее опасных болезней картофеля - фитофтороза (оомицет Phytophthora infestans ((Mont.) de Bary)) и черной ножки картофеля (энтеробактерия Pectobacterium atrosepticum (van Hall, 1902)) из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИгенетика и ВНИИ фитопатологии. При этом была усовершенствована методика расчета эффективных доз подавления роста патогенной микрофлоры (ЕС50 - 50 % подавление и ECt - 100 % подавление) с использованием более простой двухпа-раметрической экспоненциальной модели [16] вместо общепринятой в токсикологии 4-хпараметрической логит-модели [17]. Оценку защитных свойств гелевых композиций проводили на картофельном агаре с добавлением ингибиторов роста патогенной микрофлоры в концентрациях 10, 50, 100 и 500 ppm по действующему веществу. Использовали три вида ингибиторов роста -наночастицы серебра (опытная продукция ГК Агро-ХимПром с амфифильными ПАВ-стабилизаторами по технологической разработке МГУ [18]), ионное серебро (AgNO3 х/ч) и синтетический фунгицид Квадрис в композициях с тремя видами гидрогелей - гидрофильный препарат Аквасорб (Франция) на основе полиакриламида, акриловый гель ВУМ-0 с гидрофильным наполнителем и акриловый гель ПМ-1 с амфифильным наполнителем в виде диспергированного торфа (Россия, опытная продукция ОАО «Уральский химзавод» по патентованным технологиям [19, 20]. Препарат Квадрис на основе азоксистробина - один из немногих фунгицидов из Государственного каталога пестицидов и агрохимикатов, разрешенных для применения на территории РФ, для которого допустимо почвенное внесение на картофеле.
При подготовке среды для роста микроорганизмов гидрогели и картофельный агар смешивали в соотношении 1:1 из расчета по 10 г каждой субстанции на 1 л среды. Посев осуществляли в центр чашки Петри диаметром 100 мм в форме высечки мицелия 5x5 мм (оомицет) и аналогичных по размеру площадок, создаваемых микробиологической петлей (энтеробактерия). Чашки инкубировали при комнатной температуре 22-24 оС и естественном освещении. Визуальную оценку прироста по диаметру колонии проводили в трехкратной повторности по каждому варианту опыта и в контроле (картофельный агар). Сравнительный замер диаметров осуществляли в период приближения размеров колоний в контроле к диаметру чашки Петри.
Полевые эксперименты с испытанием технологии защиты и оптимизации ризосферы картофеля посредством гелевых композиций проводили в открытом грунте в гумидных климатических условиях на объектах городской и пригородной зоны столичного мегаполиса (55 N; 37 E) и г. Пермь (58 N; 56 E). Базовый объект №1 включал опытные делянки на территории Серебряно-борского опытного лесничества ИЛАН РАН в Западном административном округе г. Москвы на слабоокуль-туренных дерново-подзолистых супесчаных почвах, подстилаемых песчаным аллювием. Здесь испытывали слабо устойчивый к фитофторозу вегетативных органов сорт Ред Скарлетт в двух вариантах семян - сильно зараженные (40-50 %) по результатам анализа, выполненного во ВНИИ фитопатологии, комплексом патогенов клубни репродукции «элита» из розничной торговой сети ОБИ (серебристая парша Helminthosporum solani, антрактоз Colletotrichum coccoides, фузариоз Fusarium sp., резиновая гниль Geototrichum candidum, бактериальная гниль Pectobacterium sp.) и условно чистые клубни (супер-элита, МСХА им. К.А. Тимирязева) с небольшим (4-5 %) заражением серебристой паршой. На делянках, размещенных рендомизировано, испытывали два типа гидрогелевых носителей - гидрофильный (ВУМ-0) и амфифильный (ПМ-1) в дозах 0,5 л и 1 л/куст с концентрациями СЗР: фунгицид Квадрис - 20, 100, 500 ppm, ионное серебро (нитрат) - 20, 100, 500 ppm, наночастицы серебра - 20, 50, 200 ppm. Испытания в г. Перми проводили на территории подсобного хозяйства в пригородной зоне на сильноокультуренной агросерой супесчаной почве, подстилаемой легким суглинком (объект №2). В этом опыте исследовали сорта картофеля Ред Скарлетт и Родриго (клубни элита без признаков поражения), гидрогели ВУМ-0 и ПМ-1 в дозах 0,5, 0,8 и 1 л/куст и концентрации ионного серебра (нитрат) 10, 100, 500 ppm. Независимые испытания осуществляли специалисты ВНИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха (объект №3) на постоянном картофельном поле хозяйства Красково с сильноокультуренными супесчаными (легкосуглинистыми) дерново-подзолистыми почвами и УОПЭЦ МГУ «Чашниково» (объект №4) на сред-несуглинистых окультуренных дерново-подзолистых почвах. Здесь использовали сорта Метеор и Удача и оба вида гидрогелей ВУМ-0 и ПМ-1 в дозах 0,5 и 1 л/куст. По инициативе местных специалистов на объекте №3 новый гель ПМ-1 был также испытан в сухом виде (10 г/ куст). СЗР на объекте №3 были представлены ионным серебром (нитрат) в концентрациях 100 и 400 ppm, на-ночастицами в дозе 100 ppm и фунгицидом Квадрис в дозе 100 ppm; на объекте №4 исследовали только ионное серебро в концентрации 200 рр1Г1. Последний экспериментальный объект (№5) был заложен в Клинском р-не (д. Поджигородово) на глинистой неокультуренной дерново-подзолистой почве расчищенной многолетней залежи. Схема эксперимента с сортом Красавчик на этом объекте включала оба вида гидрогелей с ионным серебром в концентрации 100 ppm при дозе 1 л/куст.
На всех экспериментальных объектах был организован комплексный экомониторинг метеоусловий, почвенных режимов и параметров продукционного процесса. Для контроля атмосферных осадков, влажности и электропроводности на базовом объекте была установлена автоматизированная система Decagon (США). Однако в виду ее высокой стоимости и необходимости постоянной калибровки, параллельно было найдено более эффективное решение для универсального на всех объектах мониторинга влажности почв и кислотности (рН)
приборами-тестерами AMTAST AMT-300 (КНР), которые после разовой калибровки по качеству работы нисколько не уступали американскому оборудованию при стоимости в 60-70 раз ниже. В этих датчиках использован тот же диэлькометрический принцип анализа влажности, при этом они не требуют специального электропитания и работают от солнечной батарейки. Эти приборы удачно подошли для мониторинга индекса водно-воздушного режима почвы или показателя степени насыщенности почвы влагой [21, 22]: W/Ws, где W - влажность,Шв - полная влагоемкость почвы. Очевидно, что стремление величины этого безразмерного показателя к нулю указывает на недостаток влаги, к единице - на недостаток воздуха. Периодически (не реже 1 раза в неделю) одновременно с контролем водно-воздушного режима проводили оценку рН (показатель кислотно-щелочного режима) и электропроводности (показатель солевого режима), а также биологической активности почвы по дыханию (эмиссии СО2), согласно разработкам [21, 22]. Поскольку из всех СЗР потенциально наиболее мобильны ионы серебра, на объекте №1 был организован мониторинг динамики их выноса из ризосферы с использованием техники реперных монолитов [21] и ионометрического контроля (прибор АНИОН с ион-селективным электродом ХС-Ад-001), а также неразрушающего XRF-контроля (анализатор OLYMPUS Vanta).
Контроль (^АА)
10 ppm
50 ppm
100 ppm
500 ppm
Рис. 1. Рост колоний фитофторы под действием защитной гелевой композиции с на-ночастицами серебра. По вертикали - дозы СЗР в композиции.
Для оценки эффективности технологии осуществляли визуальный, морфометрический и весовой анализ биомассы и качества картофеля в различных вариантах полевых опытов, а также определяли потенциальную зараженность клубней патогенной микрофлоры. Визуальный и морфометрический контроль включал оценку общего состояния посадок по мере их развития (по фенофазам), периодические замеры высоты и числа стеблей проективного диаметра кустов, определение длины корней, числа и размеров клубней, их товарного вида. Весовой анализ использовали для оценки урожая (массы клубней), надземной и корневой фитомассы, определения влажности клубней и фитомассы для последующего пересчета на сухую массу. На основном объекте №1 исследовали порядка 950 индивидуальных растений по каждой из позиций - высота, диаметр кустов, число клубней, их масса по отдельным вариантам эксперимента, что позволило создать представительную БД для статистического анализа закономерностей формирования урожая картофеля Ред Скарлетт под воздействием гидрогелевых композиций. Потенциальную зараженность клубней патогенной микрофлорой определяли специалисты отдела болезней картофеля и овощных культур ВНИИ фитопатологии по принятой методике, предполагающей исходно 4-х недельную инкубацию предварительно увлажненных клубней в
герметично закрытых полиэтиленовых пакетах для создания оптимальныхусловий развития гнилостной микрофлоры, с последующим определением видового состава проявившихся патогенов.
Результаты и обсуждение. Испытанные в ходе лабораторных экспериментов гелевые композиции с СЗР продемонстрировали явно выраженные фунгицидные и бактерицидные свойства по отношению к возбудителям фитофтороза и черной ножки картофеля. Композиция с наночастицами серебра уже в небольших дозах действующего вещества (10-50 ppm) начинала подавлять рост и развитие фитофтороза (рис. 1). Эффективные концентрации двукратного подавления роста патогенов ЕС50 варьировали в пределах от 0,9±0,1 до 118,1±51,5 ppm (табл. 1) и соответствовали известным литературными данными для исследуемых СЗР при аналогичных испытаниях in vitro [23-32]. Этот факт косвенно свидетельствует о сохранении столь же высокой активности СЗР в составе гелевых композиций, как и при использовании их традиционных форм в виде водных растворов и суспензий (эмульсий). Наи-
Таблица 1. Концентрации 50 % подавления роста патогенной микрофлоры ЕС50, ppm
Гидрогель 1 По диаметру 1 По площади
Оомицет Phytophthora infestans
Ионное серебро
Аквасорб 99,3±20,3 42,1±4,4
ВУМ-0 108,8±18,8 63,0±9,6
ПМ-1 92,3±10,8 17,0±5,4
Коллоидное серебро
Аквасорб 28,9±7,6 1,4±0,2
ВУМ-0 16,0±5,9 0,9±0,1
ПМ-1 32,0±11,4 5,8±2,4
Квадрис
ВУМ-0 6,2±2,6 2,5±0,6
ПМ-1 8,4±2,2 3,3±1,5
Энтеробактерия Pectobacterium atrosepticum
Ионное серебро
Аквасорб 13,8±3,1 1,1±0,5
ВУМ-0 21,7±4,3 5,1±1,9
ПМ-1 118,1±51,5 40,3±14,0
Коллоидное серебро
Аквасорб 31,1±19,1 2,7±0,5
ВУМ-0 35,0±23,4 2,4±0,4
ПМ-1 86,4±39,0 21,0±9,3
больший эффект по величине этого показателя выявлен у композиций с наночастицами серебра и фунгицидом Квадрис, для которых величины ЕС50 по отношению к фитофторе не превышали 10-30 ppm при традиционной оценке прироста по линейному размеру (диаметру) колоний и 1-6 ppm в случае более правильной, с нашей точки зрения, оценки прироста по площади колонии, как было предложено в [16]. Фунгицидные свойства ионов серебра оказались несколько хуже (ЕС50=20-100 ppm). Антибактериальное воздействие наночастиц и ионов серебра по критерию ЕС50 было сходным (см. табл. 1), для гидрофильных композиций (гели Аквасорб, ВУМ-0) оно характеризовалось диапазоном величин 15-35 ppm при оценке по диаметру и 1-5 ppm по площади роста колоний, то есть практически аналогичными по величине дозами, по сравнению с приведенными ранее данными по фитофторе. Композиция ПМ-1 с амфифиль-ным наполнителем в виде диспергированного торфа характеризовалась более высокими эффективными концентрациями ЕС50, достигавшими 80-100 ppm, что, вероятно, может быть связано с иммобилизацией части СЗР благодаря адсорбции на поверхности выскоди-сперсных органогенных частиц наполнителя.
Вместе с тем установленный в экспериментах общий диапазон величин ЕС50 1-100 ppm, с нашей точки зрения, нельзя интерпретировать как рабочие дозы СЗР и использовать при планировании производственных испытаний по причине нелинейности зависимости отклика патогенной микрофлоры на внесение ингибиторов ее роста и активности [16]. Это положение подтверждается анализом величин эффективных концентраций полного (тотального) подавления исследуемой патогенной микрофлоры ECt (табл. 2), рассчитанных по экспоненциальной модели [16], фактически тождественной линейному логарифмическому методу (linear log method) из работы [33]. Концентрации полного подавления патогенов оказались существенно больше указанного интервала для ЕС50 и при оценке по площади разрастания колоний микроорганизмов варьировали от 99±8 до 643±90 ppm, что указывает на серьезную недооценку жизнестойкости патогенной микрофлоры традиционно используемыми в работах по защите растений показателями ЕС50. В связи с этим для полевых испытаний технологий был выбран более широкий, по сравнению с размахом величин ЕС50, диапазон рабочих
доз СЗР в гидрогелевых композициях от 20 до 500 ррт по действующему веществу.
Полевые эксперименты по тестированию ризос-ферных композиций дали неоднозначные результаты, что связано с непредвиденными на стадии планирования опытов условиями экстремально влажного вегетационного сезона 2017 г. Анализ результатов автоматизированного мониторинга гидротермических показателей - температуры (Т), относительной влажности (ЯН%) атмосферного и почвенного воздуха для базового объекта №1 (рис. 2) выявил варьирование температуры от 2,6 до 35,1 оС при средней за весь период величине 16,7±6,0 оС, а для относительной влажности воздуха - размах от 16 до 100 % при средней величине ЯН 79,0±20,2%, что означало высокую вероятность развития влаголюбивой патогенной микрофлоры, включая фитофтороз. Результаты мониторинга относительной влажности почвенного воздуха, а также предложенного индекса водно-воздушного режима на всех объектах в слое гидрогелевых композиций дали величины ЯН % 85100 % и W/Ws 0,2-1,0 при доминировании значений W/ Ws 0,6-0,9 на фоне значительно более низких (в 1,5-2,0 раза и более) показателей влажности ЯН % 31-100 % и W/Ws 0,1-0,6 в контроле и верхнем слое почвы над ги-дрогелевой композицией (рис. 2, 3). Общая тенденция 1,5-3-кратного превышения индекса W/Ws для слоя с гидрогелевыми композициями, по сравнению с контролем, свидетельствовала об аналогичном увеличении содержания доступной влаги и, соответственно, потенциальной продуктивности. Однако нередко, особенно для гидрофильных композиций ВУМ-0, при этом величины W/Ws превышали отметку 0,9 единиц, что указывало, согласно градациям [21, 22], на нехватку аэрации и возможное развитие анаэробного процесса.
Состояние периодического переувлажения слоя с гидрогелевыми композициями было вызвано непредвиденным аномально влажным летним сезоном (июнь, июль) 2017 г. Исходный прогноз Гидрометцентра на 2017 г. по осадкам был умеренным и даже ниже средне-многолетней нормы, однако в действительности и в Москве и в Перми погода была аномально дождливой (до 180 % от нормы), что не могло не сказаться негативно на использовании средств, дополнительно аккумулирующих влагу в почве, а также на общем инфекционном фоне, который оказался повышенным и вызвал вспышку
Таблица 2. Концентрации полного подавления роста патогенной микрофлоры ЕС^ ppm
Гидрогель I По диаметру 1 По площади
Оомицет Phytophthora infestans
Ионное серебро
Аквасорб 1061±223 583±14
ВУМ-0 1215±107 583±36
ПМ-1 1039±26 578±62
Коллоидное серебро
Аквасорб 525±20 472±24
ВУМ-0 535±21 513±16
ПМ-1 548±20 364±14
Квадрис
ВУМ-0 129±26 88±27
ПМ-1 136±34 81±30
Энтеробактерия Pectobacterium atrosepticum
Ионное серебро
Аквасорб 100±10 99±8
ВУМ-0 103±13 102±5
ПМ-1 1701±554 663±81
Коллоидное серебро
Аквасорб 483±22 583±14
ВУМ-0 496±17 583±36
ПМ-1 1449±704 643±90
1*Н%,Т, С
100 90 80 70 60 50 40
зо н 20 10 0
Мониторинг гидротермических показателей атмосферы (объект №1,2070 измерений)
т-Ч
III
ь- ь- ь- ь-
о о о о о о о о о о о о о дата
см см см см см см см см см см см см см
ю ю со со со со со со со
о о о о о о о о о о о о о
со о со со о со ю со 1С
см со о см см о см о о
Мониторинг гидротермических показателей почвы Т,°С (объект №1 2070 измерений)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
<Н
гтг1'1ТГГ
ц.
1*-
о о о о о о о о о о о о о
см см см см см см см см см см см см см
ю ю со со со со ^ ^ со со со
о о о о о о о о о о о о о
со о со со о ■5Г со ю 00 ю
см со о см см о см о о
Рис. 2. Фрагмент автоматизированного мониторинга гидротермических показателей атмосферы и почвы на объекте №1 (техника DS1923 «гигрохрон» [21]).
фитофтороза и гнилостных заболеваний картофеля в конце июля - начале августа. В результате, спрогнозированные из расчета среднемноголетней нормы осадков, дозы СПГ и способ сплошного (без перемешивания с минеральной массой) внесения гидрогелевых композиций оказались в условиях реального аномально влажного года не оптимальными. В случае почв тяжелого гранулометрического состава (объект №5) практически постоянное состояние переувлажнения (Ш/Шб>0,9) корнеобитаемого слоя с гидрогелевыми композициями вызвало сильное угнетение всхожести и гибель (загнивание) посадочного материала. На других объектах с суглинистыми почвами и/или подпочвами (№3, №4) этот фактор также привел к задержке прорастания клубней, снижению всхожести (до 30-50 % и более) и общей суммарной потере урожайности при пересчете на площадь, несмотря на превышение массы клубней среднестатистического куста, по сравнению с контрольными вариантами. Только на легких почвах объектов №1, 2 удалось достичь запланированного эффекта в стимуляции урожайности.
Также в ходе мониторинга была выявлена тенденция повышения актуальной кислотности, которая выразилась в уменьшении рН от 0,3 до 1,3 единиц для амфифильных
композиций ПМ-1 и от 0,3 до 3,0 единиц для гидрофильных композиций ВУМ-0, что, вероятнее всего, связано с дыханием корней, аборигенной микрофлоры и растворением выделяющегося при этом СО2 в гидрогеле. Статистически достоверное увеличение биологической активности (эмиссии СО2) установлено с использованием метода закрытых камер в авторской модификации [21] на базе высокочувствительного датчика СО2 АТП22 (КНР) для всех делянок с гелевыми композициями. Усредненные величины эмиссии в контроле составили 367,8±120,7 мгСО2/(м2час); в варианте композиции с препаратом Квадрис - 499,1±121,6; композиции с ионным серебром - 740,0±175,3; композиции с наночастица-ми серебра - 956,7±774,5 мгСО2/(м2час). Мониторинг солевого состояния по электропроводности не показал сколь-либо существенных изменений этой характеристики в процессе опыта. Ввиду того, что в почвах экспериментальных объектов в течение вегетационного сезона электропроводность не превышала 0,5-1 дСм/м, а уровень очень слабой степени засоления начинается с 2 дСм/м, в дальнейшем этот показатель исключили из рассмотрения, но он может быть очень информативным при исследованиях на засоленных почвах с поливным земледелием для диагностики вторичного засоления и аккумуляции солей в почве, от концентрации которых линейно снижается урожайность растений и резко подавляется способность большинства гидрогелей к набуханию (удержанию влаги) [14, 22].
В целом, несмотря на непредвиденные экстремальные погодные условия и повышенный инфекционный фон, в большинстве вариантов удалось получить положительные результаты, а для почв легкого гранулометрического состава объектов № 1, 2 достичь спрогнозированного на стадии технологического моделирования [21] 1,3-2,0 кратного повышения продуктивности (урожая) разных сортов картофеля (рис. 4, 5). Композиции на основе нового гидрогеля ПМ-1 с ам-фифильным наполнителем обеспечили формирование стабильно более высоких показателей урожайности. На базовом объекте №1 достигнут самый значимый для целей исследования результат, а именно, получен урожай нормативно-чистой продукции из исходно сильно-зараженных (40-50 %) комплексом патогенов клубней. При этом урожай (за исключением композиций с Квадрисом) превысил таковой в контроле из поражен_ Достижения науки и техники АПК. 2018. Т 32. № 3
Рис. 3. Фрагмент мониторинга индекса водно-воздушного режима почв на разных объектах под воздействием гелевых
композиций: а) —о--контроль; —■--ВУМ-0 + Квадрис 500 ppm, 1 л; —А— - ВУМ-0 + Ag ион 500 ppm, 1 л; —♦— ВУМ-0 + Ag
колл 50 ppm, 1 л; -□— ВУМ-0 + Квадрис 20 ppm, 0,5 л; - ВУМ-0 + Ag ион 20 ppm, 1 л; -о--ВУМ-0 + Ag колл 20 ppm, 1
л; б) —о--контроль; —■--ПМ-1 + Квадрис 100 ppm, 1 л; —А— - ПМ-1 + Ag ион 20 ppm, 0,5 л; —♦— ПМ-1 + Ag ион 200 ppm,
1 л; —□— ПМ-1 + Квадрис 20 ppm, 0,5 л; - ПМ-1 + Квадрис 500 ppm, 1 л; -о— ПМ-1 + Arg ион 500 ppm, 0,5 л; в) —о— -
контроль; -л- - ВУМ-0: 5 г; —А— - ВУМ-0: 5 г + 100 ppm Ag; —Ф--ВУМ-0: 8 г + 100 ppm Ag; -■--ПМ-1: 5 г; --ВУМ-0: 5
г + 10 ppm Ag; - ВУМ-0: 5 г + 500 ppm Ag; —♦--ВУМ-0: 10 г + 100 ppm Ag; г) -о— - контроль; —А— - ВУМ-0: 100 ppm, 1
л; -■- - ПМ-1: 100 ppm, 1 л; -Д--ВУМ-0: 100 ppm, 0,5 л; -о- - ПМ-1: 100 ppm, 0,5 л.
уу/уу Мониторинг водно-воздушного режима (объект №1)
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 а) о
w/w.
Мониторинг водно-воздушного режима (объект №1)
Ч-1
Ч-1
Ч-1
дата
W/W,
Мониторинг водно-воздушного режима (объект №2)
дата
15.05.2017 14.06.2017 14.07.2017 13.08.2017 12.09.2017
15.05.2017 14.06.2017 14.07.2017 13.08.2017 12.09.2017
слой 5-15 см (где есть гель)
15.05.2017 14.06.2017 14.07.2017 13.08.2017 12.09.2017
уу/уу Мониторинг водно-воздушного режима (объект №4) 1 *
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
слой 5-15 см (где есть гель)
слой 0-5 см (где нет геля)
дата
ч
15.05.2017 14.06.2017 14.07.2017 13.08.2017 12.09.2017
ных семян (17,1±8,6 т/га) на 100-200 %, в контроле из хороших семян (39,2±4,9 т/га) на 10-60 % (см. рис. 4). Композиции обеспечили 100 %-ную защиту клубней от фитофтороза, несмотря на массовую вспышку этого заболевания и поражение надземной фитомассы. Они образовали своеобразную биокапсулу в ризосфере, в которой сосредотачивалось основное количество сосущих корней, а впоследствии появлялись клубни. В вариантах с исходно сильно зараженным (40-50 %) посадочным материалом новый урожай под действием защитных композиций содержал не более 4-5 % эпифитных патогенов (серебристая парша и признаки фузариозно-бактериальной гнили), тогда как в контроле степень поражения достигала 80-100 %, причем гниль распространилась с поверхности на весь материал, что было выявлено по результатам независимой экспертизы во ВНИИ фитопатологии. Визуальная оценка поражения клубней при использовании защитных ризосферныхкомпозиций не превышала 1-2 % при 80100 %-ном поражении фитофторозом надземной фитомассы в случае композиций с наночастицами серебра, 30-50 % для ионного серебра и 10-30 % для препарата Квадрис, которые в отличие от наночастиц серебра про-
демонстрировали трансламинарный эффект и смогли защитить надземные части растений.
Урожайность на объекте №2 (Пермь) для оптимальных доз композиций (0,5 л/куст) и концентраций СЗР в них (100 ррт) превысила контрольные величины (26,7±5,8 т/га для сорта Ред Скарлетт и 13,9±3,4 т/га для сорта Родриго) на 20-40 % (см. рис. 5). На объекте №3 (ВНИИКХ им. А.Г. Лорха) на окультуренных почвах масса клубней среднестатистического куста для вариантов композиций в оптимальных дозах достоверно не отличалась от контроля (37,9±3,8 т/га, сорт Метеор), с превышением урожайности в среднем на 5-15 %, но с учетом фактической всхожести из-за сильного (до 30-50 % и более) угнетения прорастания посадочного материала вследствие локального анаэробиозиса в гидрогелях, она была ниже на 30-50 % (см. рис. 5) На среднесуглинистых почвах УОПЭЦ МГУ «Чашниково» (объект №4) и глинах (Клинский р-н, д. Поджигородо-во, объект №5) локальный анаэробиозис в ризосфере с гидрогелями достиг максимальной в опыте степени, в результате чего средняя урожайность не превысила 9,6±4,8 т/га при 14,0±3,8 т/га на контрольных делянках (сорт Удача).
120 п 100 80 60 40 20 0
Y%
КВАДРИС
шм
20 ppm 100 ppm 500 ppm Y% КВАДРИС
120 -| 100 -80 -60 -40 -20 0
250 -i
20 ppm 100 ppm 500 ppm Y% КВАДРИС
200 -
150 -
100 -
50
250
200
150
100
50
500
400
300
200
100
200
150
100
50
Y%
ионное Ад
20 ppm 100 ppm 500 ppm Y% ионное Ag
20 ppm 100 ppm 500 ppm Y% ионноеАд
ПМ-1
500
400
300
200
100
20 ppm 100 ppm 500 ppm
140 -| 120 -100 -80 60 40 20 0
Y% коллоидное Ag
20 ppm 50 ppm 200 ppm Y% коллоидное Ag
20 ppm 100 ppm 500 ppm Y% ионное Ag
20 ррт 50 ррт 200 ррт
„_„ коллоидное Ад
350 п
300 -250 -200 150 100 50 0
140 -| 120 -100 80 -1 60 -I
40 -I
20 -I 0 -Р
20 ррт 50 ррт 200 ррт 300 -1 коллоидное Ад
250 -200 -150 100 50 0
20 ppm
50 ppm 200 ppm
супер элита
зараженные семена
39,2 т/га
17,1 т/га
У, т/га
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Рис. 4. Сравнительный анализ урожайности сорта Ред Скарлетт (объект №1) в зависимости от качества посадочного материала и действия защитных ризосферных композиций: ■ - 1 л; □ - AV; □ - 0,5 л.
Морфометрические измерения выявили статистически достоверное увеличение (до 1,5-2 раз) длины корней под воздействием гидрогелевых композиций, за исключением варианта с препаратом Квадрис, тесную корреляционную связь высоты (И) и проективного диаметра Р) кустов ф=0,913И, Я2=0,83, выборка 943 растения) и полное соответствие кинетики роста картофеля в
высоту (сорт Ред Скарлетт) модели Ферхюльста-Перла [21] (Я2=0,98-0,99) с мальтузианскими параметрами г=0,11-0,16 1/сут. Этот результат позволяет привлечь к описанию продукционного процесса в зависимости от эдафических факторов более совершенные триг-герные (нелинейные) модели, в которых мальтузианский параметр роста соотносится с интенсивностью
0
0
0
0
0
5
У,%
160 -г
140 --
120 --
100 --
80 --
60 --
40 --
20 --
□ Ред Скарлет Объект №2
□ Родриго
(Пермь)
.... Урожайность на контроле
II
НП-1, 0,5л, 100 ррт
ВУМ-0, 1л
ВУМ-0+10
ррт, 0,5л
ВУМ-0+100
ррт, 0,5л
Вум-0+500
ррт, 0,5л
ВУМ-0+100
ррт, 0,8л
ВУМ-0+100 ррт, 1л
140 Т
120 --
100 --
80 --
60 --
40 --
20 --
У, %
Объект №3 (ВНИИКХ им. А.Г. Лорха)
с
■ Урожайность без учета всхожести □ Урожайность с учетом всхожести
40 -, У, т/га
35 -30
- - - - Урожайность на контроле
Контроль
1
ВУМ-0 + Ад колп
100 ррт 0,5 л
ВУМ-0 + Ад колп
100 ррт 1 л
ВУМ-0 + Ад ион
400 ррт, 0,5 л
ВУМ-0 + Ад ион
400 ррт, 1 л
ПМ-1 + Ад ион
100 ррт, 0,5 л
ПМ-1 + Ад ион
100 ррт, 1 л
Рис. 5. Сравнительный анализ урожайности на объектах № 2 и№ 3 в зависимости от влияния защитных гидрогелевых композиций (сорта Ред Скарлетт, Родриго, Метеор).
водоснабжения растений и при критическом значении запасов влаги (осадков) наступает гибель культуры, в отличие от обычного линейного подхода, предполагающего плавное снижение продуктивности с уменьшением осадков (корневого потребления) [21].
Использованный диапазон концентрации СЗР на основе серебра в 10-500 ррт находился на нижней границе проявления токсичности этого элемента в почвах для растений (50-1000 мг/кг почвы, или 250-5000 ррт при 20 %-ной влажности почвы, согласно [34]) и для почвенных беспозвоночных (15-1000 мг/кг, или 75-5000 ррт почвенного раствора [35]). Балансовая оценка выноса СЗР из слоя с защитными ризосферны-
ми композициями запервый год наблюдений не дала значений, статистически достоверно отличных от нуля (аналитического предела обнаружения в 0,01 ррт). В отличие от подвижных и подверженных активному выщелачиванию ионов серебра в почвенных растворах [34], гелевые композиции надежно закрепляют этот элемент в корнеобитаемой зоне. Однако для ионного серебра, исследованного в качестве наиболее подвижного из всех испытываемых СЗР, был обнаружен эффект накопления в корнях, надземной фитомассе и плодах (ягодах) картофеля (фитоэкстракция из почвы), который необходимо учитывать при составлении баланса СЗР.
Общая выявленная тенденция по урожайности и устойчивости клубней к патогенной микрофлоре сводится к следующему: наиболее эффективными в условиях аномально влажного года оказались амфи-фильные композиции ПМ-1 при средних концентрациях СЗР на основе серебра(100 ррт) и малых дозах внесения (0,5 л/куст). Высокие дозы (400-500 ррт), а в случае Квадриса и относительно небольшие концентрации (20 ррм) могут подавлять рост самих растений и снижать урожайность клубней картофеля. Вместе с тем явное достоинство композиций на основе Квадриса -трансламинарный эффект, благодаря которому только в этих вариантах наземные вегетирующие органы растений устояли от поражения фитофторозом во второй половине лета. Ионное серебро также обладало трансламинарным эффектом, который был впервые доказан количественно точечным (локальным) анализом содержания серебра в ботве, клубнях и зеленых плодах (ягодах) с помощью Х1^-технологии (рис. 6). Этот эффект задержал на неделю развитие фитофтороза вегетирующих органов в варианте с ионным серебром, по сравнению с контролем и коллоидным серебром, по-видимому не способным к активному поглощению корнями и транспорту внутри растения. Сканирующий послойный Х1^-анализ (глубина проникновения не более 1 мм) показал аккумуляцию серебра лишь на поверхности в кожуре клубней (до 30 ррт), при отсутствии проникновения внутрь, тогда как
ПМ-1 + Квадрис
100 ррт, 0,5 л
ПМ-1 + Квадрис
100 ррт, 1 л
ПМ-1 сух 10 г/куст
0
0
Рис. 6. XRF-диагностика трансламинарного эффекта для ионов серебра (содержание в зеленых плодах (ягодах) сорта Ред Скарлетт 20±8 ppm).
в ягодах оно распределялось практически равномерно. Наличие защитного покрытия на поверхности клубней, по-видимому, адсорбированного из гидрогелевых композиций серебра, должно быть основным фактором, сохраняющим клубни от гниения в течение их хранения, что надлежит проверить в отдельных экспериментах.
Выводы. Наиболее значимым результатом проведенных исследований можно считать экспериментальное подтверждение эффективности гелевых композиций в борьбе с патогенными организмами ризосферы картофеля в полевых испытаниях и, в частности, получение нормативно-чистого, превышающего по биомассе контрольные варианты, урожая сорта Ред Скарлетт из исходно сильно зараженного комплексом патогенов (фузариоз, антрактоз, серебристая парша, резиновая и бактериальная гнили) посадочного материала. Это означает, что защитные ризосферные композиции могут быть с успехом применены для блокирования распространения опасных болезней картофеля с посевным материалом на стадии адаптации новых сортов в экспериментальныххозяйствах и их размножения из супер-элиты для последующего массового использования. Также в опытах с ги-дрогелевыми композициями клубни получили 100 %-ную защиту от фитофтороза, несмотря на повышенный инфекционный фон 2017 г. и массовое поражение вегетирующей массы этим заболеванием. Вместе с тем непредвиденные аномально влажные условия года позволили выявить недостатки изучаемой разработки, в частности, неприменимость гидрогелевых композиций для почв тяжелого гранулометрического состава (глины) и не эффективность их сплошного внесения для суглинистых почв и/или подпочв, где во влажные годы может проявиться локальный анаэробиозис и угнетение всхожести.
Литература.
1. Картофель России /под ред. А. В. Коршунова. М.: Ред. ж. ООО «Достижения науки и техники АПК», 2003. 332 с.
2. Анисимов Б. В., Белов Г. Л., Варицев Ю. А. Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков. М.: Картофелевод, 2009. 272 с.
3. Агроэкологический атлас России и сопредельных государств: экономически значимые растения, их вредители, болезни и сорные растения (Интернет-версия 2.0) / А. Н. Афонин, С. Л. Грин, Н. И. Дзюбенко и др. [Электронный ресурс]. URL: http:// www.agroatlas.ru(дата обращения: 02.03.2018).
4. Иванюк В. Г., Банадысев С. А., Журомский Г. К. Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков. Минск: Бел-принт, 2005. 696 с.
5. Лазарев А. М., Борисова И. П. Бактериальные болезни картофеля: диагностика и меры борьбы // Сельскохозяйственные вести. 2010. № 4. С. 22-24.
6. Sawicka B., Pszczolkowski P. Qualität frühe Änderungen der Kartoffeln in der Agrikultur unter den Geschützen // 14th Dreijahrestagung der Europäischen Gesellschaft für Kartoffelforschung Zusammenfassungen, At Sorrento, Italy. 2016. Vol. 1. Pp. 112.
7. Анисимов Б.В. Фитопатогенные вирусы и их контроль в семеноводстве картофеля (практическое руководство). М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004. 80 с.
8. Распространение возбудителей опасных бактериозов картофеля в Российской Федерации/А. Н. Игнатов, Ф. С. Джа-лилов, А. Н. Карлов и др. // Защита картофеля. 2014. № 1. C. 49.
9. Письмо Министерства сельского хозяйства РФ от 13 ноября 2017 г. № ИЛ-13-12/14258. [Электронный ресурс]. URL: http://agroportal2.garant.ru:81/SESSION/PILOT/main.htm (дата обращения: 02.03.2018).
10. Смагин А.В. Картофелеводство в России: основные проблемы и поиск научно-технологических решений // Сб. Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. Краснодар: КубГАУ, 2017. С. 14-19.
11. Smagin A.V. Thermodynamic Evaluation of the Impact of Strongly Swelling Polymer Hydrogels with Ionic Silver on the Water Retention Capacity of Sandy Substrate // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 52. No. 012087. Pp. 1-7.
12. Lentz R.D., Andrawes F.F., Barvenik F.W., Koehn A.C. Acrylamide Monomer Leaching from Polyacrylamide-Treated Irrigation Furrows // J. Environ. Qual. 2008. V. 37. P. 2293-2298.
13. Hydraulic conductivity and hydrodynamic dispersion of hydrogel compositions for rhizosphere/A. V. Smagin, N. B. Sadovnikova, M. V. Smagina, etc. // The North Caucasus Ecological Herald. 2017. Vol. 13, № 2. Pp. 4-12.
14. Смагин А. В., Садовникова Н. Б. Влияние сильнонабухающих полимерных гидрогелей на физическое состояние почв легкого гранулометрического состава. М.: МАКС-Пресс, 2009. 208 c.
15. Башина А. С., Смагин А. В., Садовникова Н. Б. Новый инструментальный метод оценки дисперсности в объектах на-ноструктурной организации (на примере синтетических полимерных гидрогелей) // Сб. Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. Краснодар: КубГАУ, 2017. С. 257-260.
16. Laboratory testing of fungicidal and antibacterial properties of the gel-silver compositions /A. V. Smagin, G. B. Kolganihina, M. V. Smagina, etc. // The North Caucasus Ecological Herald. 2017. Vol. 13. № 3. Pp. 13-18.
17. Sebaugh J. L. Guidelines for accurate EC50/IC50 estimation // Pharmaceutical Statistics. 2011. Vol. 10. Pp. 128-134.
18. Tallow amphopolycarboxyglycinate-stabilized silver nanoparticles: new frontiers in development of plant protection products with a broad spectrum of action against phytopathogens / Y. Krutyakov, A. Kudrinskiy, P. Zherebin, etc.// Materials Research Express. 2016. Vol. 3. Pp. 1-8.
19. Композиционный влагоудерживающий материал и способ его получения/В. И. Будников, В. Н. Федченко, Д. В. Дро-бинин и др. // Патент на изобретение RU №2536509 от 27.12.2014.
20. Будников В.И., Смагин А.В. Композиционный влагоудерживающий материал и способ его получения // Патент RU №2639789, 2017.
21. Смагин А. В. Теория и практика конструирования почв М.: Изд-во Моск. ун-та, 2012. 544 c.
22. Urban Soil's Functions: Monitoring, Assessment, and Management / V. I. Vasenev, A. V. Smagin, N. D. Ananyeva, etc. // Adaptive Soil Management: From Theory to Practices/ Eds.: A. Rakshit, P.C. Abhilash, H.B. Singh, S. Ghosh. Singapore: Springer, 2017. Pp. 359-409.
23. Effect of colloidal silver nanoparticles on sclerotium-forming phytopathogenic fungi / J. S. Min, K. S. Kim, S. W. Kim, etc. // Plant Pathol. J. 2009. Vol. 25. Pp. 376-380.
24. Application of silver nanoparticles for the control of Colletotrichum species in vitro and pepper anthracnose disease in field / K. Lamsal, S. W. Kim, J. H. Jung, etc. // Mycobiology. 2011. Vol. 39 (3). Pp. 194-199.
25. Antifungal effect of silver nanoparticles (AgNPs) against various plant pathogenic fungi / S. W. Kim, J. H. Jung, K. Lamsal, etc. // Mycobiology. 2012. Vol. 40 (1). Pp. 53-58.
26. Silver nanoparticles: the powerful nanoweapon against multidrug-resistant bacteria / M. K. Rai, S. D. Deshmukh, A. P. Ingle, etc. // J. of Applied Microbiology. 2012. Vol. 112. Pp. 841-852.
27. Physiological analysis of silver nanoparticles and AgNO3 toxicity to Spirodela polyrhiza / H. S. Jiang, M. Li, F. Y. Chang, etc.// Environ. Toxicology and Chemistry. 2012. Vol. 31. Pp. 1880-1886.
28. Nanosilver against fungi. Silver nanoparticles as an effective / J. Pulit, M. Banach, R. Szczyg owska, etc. // Acta Biochimica Polonica. 2013. Vol. 60. Pp. 795-798.
29. Ouda S. M. Antifungal Activity of Silver and Copper Nanoparticles on Two Plant Pathogens, Alternaria alternata and Botrytis cinerea // Research Journal of Microbiology. 2014. Vol. 9. Pp. 34-42.
30. Побединская М. А., Еланский С. Н. Эффективность некоторых фунгицидов в отношении возбудителей болезней картофеля: оценка in vitro // Защита картофеля. 2014. № 1. С. 71-72.
31. Новый препаратЗерокс - оценка фунгицидного и бактерицидного эффекта in vitro/Е. Д. Мыца, С. Н. Еланский, Л. Ю. Ко-каева и др. //Достижения науки и техники АПК. 2014. Т. 28. № 12. С. 16-19.
32. Advances and Applications Through Fungal Nanobiotechnology / ed. R. Prasad. Switzerland: Springer Int. Publ. 2016. 340 p.
33. A Comparison of Different Estimation Methods for Fungicide EC50 and EC95 Values / J. L. Li, X. Y. Liu, J. T. Xie, etc. // J. of Phytopathology. 2015. Vol. 163 (4). Pp. 239-244.
34. Influence of soil properties and soil leaching on the toxicity of ionic silver to plants / K. A. Langdon, M. J. McLaughlin, J. K. Kirby, etc. // Environ. Toxicology and Chemistry. 2015. Vol. 34. Pp. 2503-2512.
35. Ratte H. T. Bioaccumulation and toxicity of silver compounds: A review// Environ. Toxicology and Chemistry. 1999. Vol. 18. Pp. 89-108.
GEL COMPOSITIONS FOR THE ANTIPATHOGENIC PROTECTION AND OPTIMIZATION OF EDAPHIC PROPERTIES IN POTATO RHIZOSPHERE
Smagin A.V.12, Budnikov V.I.1, Vasenev V.I.1, Smagina M.V.1, Sadovnikova N.B.12, Gul'be, A.J.1, Bashina A.S.1, Kolganihina G.B.1
'Institute of forest science RAS, ul. Sovetskaya, 21, s. Uspenskoe, Moskovskaya obl., 143030, Russian Federation 2Lomonosov Moscow State University, Leninskie gory, 1, Moskva, 119991, Russian Federation
Abstract. The use of gel compositions with modern plant protection products (PPP) makes it possible to protect the rhizosphere from pathogenic microflora, and also to optimize the water-retaining and absorbing capacity of the soil and its structural state. In laboratory and field experiments the properties of two types of hydrogels synthesized on the basis of patented author's technology, acting as carriers of nanoparticles and silver ions, as well as organic fungicides for protecting the root layer of soil in seed potato farming, were tested. Preliminary laboratory studies on the strains of the causative agents of the most dangerous diseases of potato: late blight and damping-off of potato from the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms and the All-Russian Institute of Phytopathology, revealed a wide range of effective concentrations (EC50) of PPP in hydrogels from (0.9 0.1) to (118.1 51.5) ppm. Field experiments, carried out on five varieties of potato on soils of different genesis and dispersion under humid conditions (Moscow, Perm), showed a high efficiency of protective compositions for light-textured soils, where against the background of 100% protection of tubers from late blight, a 1.3-2.0 fold increase in yield was obtained depending on the quality of the planting material. For soils of medium and heavy granulometric composition, the technology needs to be improved, since under continuous application (without mixing of gels with the soil) in an extremely wet year the additional water retention from the hydrogels led to the development of local anaerobiosis and the inhibition of tubers of planting material.
Keywords: potato; hydrogels; soil; rhizosphere; anti-pathogenic protection; yield.
Author Details: A. V. Smagin, D. Sc. (Biol.), prof. (e-mail: smagin@list.ru); V. I. Budnikov, Cand. Sc. (Tech.), research fellow; V. I. Vasenev, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.; M. V. Smagina, Cand. Sc. (Biol.), deputy director; N. B. Sadovnikova, Cand. Sc. (Biol.), research fellow; A. J. Gul'be, Cand. Sc. (Biol.), academic secretary; A. S. Bashina, post graduate student; G. B. Kolganihina, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow.
For citation: Smagin A. V., Budnikov V. I., Vasenev V. I., Smagina M. V., Sadovnikova N. B., Gul'be A. J., Bashina A. S., Kolganihina G. B. Gel Compositions for the Antipathogenic Protection and Optimization of Edaphic Properties in Potato Rhizosphere. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 3. Pp. 54-63 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10311.
