CC BY
12
УДК 581.192.7;633.1;631.45
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НА ЗАГРЯЗНЕННОЙ КАДМИЕМ ПОЧВЕ
1 1 1 2 Н.Н. Лой, к.б.н., Н.И. Санжарова, д.б.н., М.П. Миронова, С.Г. Фаттахов, к.х.н.
1ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, e-mail: loy.nad@yandex.ru
2Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова
Казанского научного центра РАН, e-mail: mshulaeva@iops.ru
Приведены результаты исследований по применению регулятора роста Мелафен. В условиях вегетационного опыта установлено, что предпосевная обработка семян Мелафеном и дальнейшее выращивание ячменя на дерново-подзолистой супесчаной почве, загрязненной кадмием в интервале доз от 2 до 20 мг/кг, способствует снижению токсического действия поллютанта на развитие растений и накопление его в биомассе и зерне ячменя сорта Нур.
Ключевые слова: регулятор роста, ячмень, дерново-подзолистая супесчаная почва, техногенное загрязнение, накопление.
APPLICATION OF PLANT GROWTH REGULATORS FOR CULTIVATION OF GRAIN CROPS
AT CADMIUM POLLUTED SOIL
1PhD. N.N. Loi, lDr. Sci. N.I. Sanzharova, 1M.P. Mironova, 2PhD. S.G. Fattakhov
1ARSRI for agricultural radiology andagroecology, e-mail: loy.nad@yandex.ru 2Organic and physical chemistry institute named after A.E. Arbuzov of Kazan scientific center of Russian Academy of Science, e-mail: mshulaeva@iops.ru
Results are presented on the application of growth regulator Melafen. It has been found in a greenhouse experiment that presowing seed treatment with Melafen and then cultivation of barley on sod-podzolic sandy loam soil polluted by cadmium in the 2-20 mg/kg dose range reduces toxic effect of the metal on the development of plants and accumulation of the pollutant in the biomass and barley grain of Nur variety.
Keywords: growth regulator, barley, sod-podzolic sandy loam soil, technogenicpollution, accumulation.
В растениеводстве все большее внимание уделяют использованию современных средств химизации, позволяющих сохранить стабильность агробиоцено-зов. Их применение связано не только с увеличением урожайности культур, но и с повышением резистентности растений к действию абиотических и биотических факторов [1]. В тоже время средства защиты и регуляторы роста растений в большинстве своем являются физиологически активными веществами, что может приводить к изменению поглощения растениями тяжелых металлов (ТМ) [2].
Цель исследования - изучение влияния предпосевной обработки семян ярового ячменя сорта Нур (Hordeum vulgare L.) регулятором роста Мелафен на ростовые процессы растений и урожай при возделывании на дерново-подзолистой супесчаной почве, загрязненной Cd.
Растения ярового ячменя выращивали в вегетационном опыте (теплица), в сосудах емкостью 5 л по общепринятой методике [3]. Дерново-подзолистая супесчаная почва имела следующую характеристику: гумус 1,0%, pHKCl 5,2, емкость ка-тионного обмена 5,3 мг-экв/100 г; подвижный фосфор 126,9 мг/кг почвы; калий 77,7 мг/кг. Повтор-ность опыта трехкратная.
Минеральные удобрения вносили при набивке сосудов в виде водных растворов солей NH4NO3, K2SO4 и KH2PO4 в дозах: N 0,15; P2O5 0,1 и ^ 0,1 г/кг почвы. Кадмий добавляли в виде водного раствора соли Сd(NО3)2 х 4Н2О в концентрации 2, 5, 10 и 20 (Cd2, Cd5, Cdl0 и Cd20) мг/кг воздушно-сухой массы почвы. Использованный в опыте уровень загрязнения почвы соответствовал превышению ПДК по Cd в 4-40 раз [4].
Обработку семян перед посевом проводили на лабораторной роторной установке RVO-64 препаратом Мелафен в концентрации 1 х 10-7% из расчета 10 л рабочего раствора на 1 т семян [5]. Для предпосевной обработки семян против корневых гилей применяли фунгицид Раксил в полной норме расхода (Ф]00) и сниженной на 25% (Ф75) [6].
Ячмень выращивали до полной спелости (100 сут.) при температуре 20-22°С в условиях постоянной влажности почвы 60% от полной влагоемкости.
В течение вегетационного периода вели наблюдения за развитием растений, отмечали время наступления фенофаз, измеряли высоту растений, рассчитывали площадь листовой поверхности. Определяли сырую и абсолютно сухую (после высушивания растительных проб при температуре
105°С в течение 6 ч.) массу растений. Для снятия морфометрических параметров развития растений проводили отбор проб растений на 30, 60 и 100 сутки после посева ячменя.
Определение пигментов на 30-е сутки в растениях проводили спектрофотометрическим способом по общепринятой методике [7].
Содержание Cd в растениях (после мокрого озо-ления измельченного растительного материала смесью кислот HNO3 и HClO4 в соотношении 3:1) определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре Varían Spectr AA 250+ [8].
Результаты экспериментов обработаны с применением пакета прикладных программ в составе Microsoft Office Excel 2003.
Содержание в почве Cd в количестве, значительно превышающем естественный фон, служит опасным загрязнителем, действие которого сказывается на таких важнейших составляющих агроэко-системы, как почва и растение.
—*—Вр ------- ПЛП --й--Мсух
2 300 -|
ц
о
^ 0 т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
Варианты
а)
Изучение влияния предпосевной обработки семян Мелафеном на морфометрические показатели через 30 суток развития растений (фаза кущения) показало, что загрязнение почвы Cd не оказало токсического действия, напротив, в вариантах с внесением Cd отмечено достоверное увеличение высоты растений, площади листовой поверхности (ПЛП) и сухой массы растений по сравнению с контролем, а обработка Мелафеном лишь усиливала положительный эффект, который максимально проявился при загрязнении почвы Cd в дозе 2 мг/кг (рис. 1а).
На момент второго отбора растений через 60 суток (фаза начала колошения) значения морфомет-рических показателей - высота растений и ПЛП не отличались от контроля, за исключением варианта Cd2 + Ф75 + М, где отмечено снижение ПЛП на 26,8% (рис. 1б). По показателю сухая масса растений произошло достоверное снижение (на 1048,7%, в зависимости от дозы Cd в почве) по сравнению с контролем. Применение Мелафена позволило снизить токсическое действие Cd на сухую массу растений ячменя через 60 суток на 9,7 и 7,8% при дозе Cd соответственно 5 и 10 мг/кг почвы (рис. 1б).
Определение содержания пигментов в растениях ячменя через 30 суток показало, что по мере увеличения концентрации Cd происходит достоверное снижение количества хлорофилла «а» и, напротив, увеличение хлорофилла «Ь» (рис. 2). Влияние Ме-лафена на содержание пигментов в растениях ячменя зависит от уровня загрязнения почвы Cd - при дозе 2 мг/кг почвы отмечено снижение хлорофилла «а» на 27% и повышение хлорофилла «Ь» на 45%, тогда как при дозе Cd 5 мг/кг, напротив, увеличение содержания хлорофилла «а» на 17% и снижение хлорофилла «Ь» на 61,5%.
б)
Рис. 1. Влияние Мелафена на развитие растений ячменя сорта Нур на 30-е (а) и 60-е (б) сутки
Вр - высота растений, ПЛП - площадь листовой поверхности, Мсух - сухая биомасса растений
--■о--- Хп."а"
-Хп. "b"
160
щ g
ЗЕ 2
и i É
£ S 1 *
i а к ч о и
140 -120 -100 -80 60 -40 -20 0
■«-■■■■о
"Т"
"Т"
"Т"
"Т"
"Т"
"Т"
"Т"
"Т"
& * > > ^ «X* ^ ,
£ У & & У & у /
Варианты
Рис. 2. Влияние мелафена на содержание пигментов в растениях ячменя сорта Нур
Влияние Мелафена (М) и Раксила^ (Ф) на содержание элементов в соломе _ и зерне ячменя, %
Варианты Zn Ca K Mg
солома зерно солома зерно солома зерно солома зерно
Контроль 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Мелафен 151,3 95,0*** 118,3 63,8*** 133,1*** 69 7*** 134,2 61,6***
Cd2* + Ф100** 132,7 121,2*** 85,4 103,2 101,9 111,3 141 4*** 107,6
Cd2 + Ф75 + М 115,8 95,5*** 112,1 102,0 116,0 93,7 104,7 95,0
Cd5 + Ф100 67,3 81,2*** 76,2*** 82,6 58,6*** 87,2 70,9 89,3
Cd5 + Ф75 + М 63,4 86,3*** 84,0 72 1*** 65,9*** 76,2*** 67,4 84,6
Cd10 + Ф100 135,3 85,2*** 146 1*** 70 9*** 118,4 86,4 125,1 86,5
Cd10 + Ф75 + М 145,2 86,3*** 170,5*** 78,7 116,6 86,5 123,7 85,4
Cd20 + Ф100 169 9*** 100,8 165,3*** 85,0 115,3 109,0 123,3 99,2
Cd20 + Ф75 + М 148,0 94 3*** 108,4 65,4*** 95,2 92,6 107,0 71 2***
* Cd2 - Cd, 2 мг/кг; Cd5 - Cd, 5 мг/кг; Cd10 - Cd, 10 мг/кг; Cd20 - Cd, 20 мг/кг.
** Ф100 - 1,5 кг/т; Ф75 - 1,125 кг/т.
*** различие с контролем достоверно при р < 0,05.
При дозах Cd в почве 5 и 10 мг/кг влияние обработки Мелафеном на содержание пигментов было менее значимым, за исключением увеличения хлорофилла «Ь» на 25,8% при уровне загрязнения Cd 10мг/кг почвы (рис. 2).
Определение содержание Cd в биомассе растений через 30 и 60 суток, а также в соломе и зерне позволило установить, что накопление Cd увеличивалось с ростом концентрации его в почве (рис. 3). Накопление Cd растениями через 30 суток было наиболее высоким, у растений через 60 суток оно снижалось за счет увеличения биомассы (эффект «разбавления»), в соломе уровень накопления Cd был несколько ниже, чем в биомассе и наименьшее накопление поллютанта было отмечено в зерне.
30 сут ---□--■ 60сут --*--солома —»—зерно
Варианты
Рис. 3. Динамика накопления Cd в ячмене сорта Нур
Эффективность применения Мелафена совместно со сниженной нормой расхода фунгицида по степени снижения накопления Cd в биомассе ячменя через 30 суток составила 21% при уровне загрязнения почвы 2 мг/кг, в соломе - 54,5% при уровне загрязнения 5 мг/кг и 41,2% - при дозе 10 мг/кг, в зерне - 19% при дозе Cd 2 мг/кг и 27% при дозе 20 мг/кг почвы (рис. 3).
Определение содержания макроэлементов в соломе и зерне ярового ячменя сорта Нур свидетельствует о влиянии загрязнения почвы Cd на их накопление (таблица).
Присутствие Cd в почве (дозы 10 и 20 мг/кг) способствовало увеличению макроэлементов в соломе и, напротив, снижению 2п, Са, К и Mg в зерне ячменя. Такая же зависимость отмечена при применении Мелафена для предпосевной обработки семян и выращивании ячменя на чистой почве.
Применение Мелафена совместно со сниженной дозой фунгицида Раксил на загрязненных Cd почвах неоднозначно влияло на содержание макроэлементов - снижало их количество при 2 и 20 мг/кг и повышало при 10 мг/кг (таблица).
Таким образом, применение регулятора роста Мелафен совместно со сниженной нормой расхода фунгицида для предпосевной обработки семян ячменя и последующее выращивание растений на дерново-подзолистой супесчаной почве, загрязненной Сй в интервале доз от 2 до 20 мг/кг, способствует снижению токсического действия Сй на развитие растений и накопление поллютанта в биомассе и зерне ячменя сорта Нур и может быть рекомендовано в качестве эффективного приема при возделывании зерновых культур на техногенно загрязненных территориях.
Литература
1. Ульяненко Л.Н., Круглов С.В., Филипас А.С., Пименов Е.П., Лой Н.Н., Арышева С.П. Особенности накопления токсичных веществ (тяжелые металлы, радионуклиды) сельскохозяйственными культурами при использовании хи-
мических средств защиты растений / Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук.
- Калуга, 2004. Вып. 6. - С. 330-343.
2. Лой Н.Н., Санжарова Н.И. Применение регулятора роста Мелафен при возделывании зерновых культур на тех-ногенно загрязненной почве. В кн.: Мелафен: механизм действия и области применения. - Казань: «Печать-Сервис XXI век», 2014. - 408 с.
3. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. - М.: Наука, 1968. - 264 с.
4. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 240 с.
5. Фаттахов С.Г., Лосева Н.Л., Резник В.С. и др. Меламиновая соль бис (оксиметил) фосфиновой кислоты в качестве регулятора роста и развития растений и способ ее получения // Патент РФ № 2158735 от 10.11.2000.
6. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации.
- М.: Агрорус, 2010. - 799 с.
7. Larsson H.E., Bornman J.F., Asp H. Influence of UV-B radiation and Cd2+ on chlorophyll fluorescence, growth and nutrient content in Brassica napus // J. Experimental Botany, 1998, V. 49, № 323. - P. 1031-1039.
8. Методические указания по определению тяжелых металлов в кормах и растениях и их подвижных соединений в почвах. - М.: ЦИНАО, 1993. - С. 40.
References
1. Ul'yanenko L.N., Kruglov S.V., Philipas A.S., Pimenov E.P., Loy N.N., Arysheva S.P. Particularities of toxic compounds (heavy metals, radionuclides) accumulation by agricultural crops within application of chemical means of plant protection / Thesis of regional competition of scientific projects for natural sciences. - Kaluga, 2004. Vol. 6. - P. 330-343.
2. Loy N.N., Sanzharova N.I. Application of plant growth regulator Melafen for grain crops cultivation at technogenic polluted soil / In book: Melafen: mechanism of activity and application area. - Kazan: «Print-Service XXI», 2014. - 408 p.
3. Zhurbitsky Z.I. Theory and practice of vegetation method. - М.: Science, 1968. - 264 p.
4. Methodical manuals for complex soil fertility monitoring at agricultural lands. - М.: Federals State Scientific Organization «Rosinformagrotech», 2003. - 240 p.
5. Fattakhov S.G., Loseva N.L., Reznik V.S. et al. Melamine salt of bis (oxymethyl) phosphine acid as plant growth and development regulator and method of it producing // Patent of the RF № 2158735 from 10.11.2000.
6. List of pesticides and agrochemicals, permitted to application at the Russian Federation territory. - М.: Agrorus, 2010. - 799 p.
7. Larsson H.E., Bornman J.F., Asp H. Influence of UV-B radiation and Cd2+ on chlorophyll fluorescence, growth and nutrient content in Brassica napus // J. Experimental Botany, 1998, V. 49, № 323. - P. 1031-1039.
8. Methodic manuals for heavy metals determination in forage and plant and available forms of it in soil. - М.: CINAO, 1993. - P. 40.
НОВЫЙ учебник «агрохимия»
В издательстве «АКАДЕМИЯ» вышел в свет новый учебник «Агрохимия», подготовленный на кафедре агрономической, биологической химии и радиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Э.А. Муравиным, Л.В. Ромодиной и В.А. Литвинским
Издание учебника целесообразно и своевременно в связи с переходом в нашей стране системы высшего образования на двухуровневую подготовку (бакалавров и магистров по соответствующим направлениям).
Учебник состоит из 8 глав, в которых изложена необходимая информация для бакалавров-агрономов, теоретические и практические основы агрохимических знаний. В каждой главе выделены, объединенные единым смыслом разделы, завершающиеся набором хорошо продуманных контрольных вопросов.
В целом учебник обеспечивает необходимый агрономам-бакалаврам уровень знаний по агрохимии и умений по эффективному, экономически выгодному и экологически безопасному применению удобрений. Учебник может быть также полезен для слушателей курсов повышения квалификации, для работников сельскохозяйственного производства, агрономов и фермеров.
Высшее образование
Э. А. Муравин, Л. В. Ромодина, В. А. Литвинский
АГРОХИМИЯ
