CC BY
12
УДК 633.11 «321»:631.811.98(571.150)
М.И. Мальцев, А.А. Кароннов, Е.В. Калюта, А.М. Неверова, А.Э. Панина M.I. Maltsev, A.A. Karonnov, Ye.V. Kalyuta, A.M. Neverova, A.E. Panina
ИССЛЕДОВАНИЕ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В КАЧЕСТВЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
INVESTIGATION OF CARBOXYMETHYLATED PLANT RAW MATERIALS AS GROWTH REGULATORS FOR SPRING WHEAT
Ключевые слова: регуляторы роста, растительное сырье, карбоксиметилирование, древесные опилки, лузга подсолнечника, лузга гречихи, цветковые плёнки овса, стержни кукурузных початков, яровая пшеница, ауксины.
С целью изучения росторегулирующей способности карбоксиметилированного растительного сырья получены водорастворимые (46,6-75,2%) карбоксиметилпроиз-водные композиции с содержанием карбоксиметильных групп 13,3-29,3%. Результаты исследования карбоксиме-тилированного растительного сырья (древесных опилок, лузги подсолнечника и гречихи, цветковых плёнок овса, стержней початков кукурузы, листвы тополя) на рост и развитие яровой пшеницы при внесении сухих препаратов (67 кг/га) и в виде предпосевной обработки семян (концентрация 15%) показали, что изучаемые препараты в условиях вегетационного периода 2017 г. оказали влияние на ростовые процессы яровой пшеницы. Отмечалась активность развития культуры как при внесении сухих препаратов, так и при предпосевной обработке семян. Препараты способствовали увеличению продуктивной кустистости и урожайности пшеницы. Увеличение продуктивности пшеницы от применения препаратов варьировало от 22 до 43%. Наибольший эффект получен от обработки семян препаратами, полученными на основе листвы тополя и лузги гречихи. В условиях АО «Ки-принское» рентабельность производства яровой пшеницы при применении препарата, полученного из лузги подсолнечника (№КМП), возрастала на 5,9%, при снижении себестоимости - на 39 руб/т.
Keywords: growth regulators, vegetable raw materials, carboxymethylation, wood sawdust, sunflower husks, buckwheat husks, oat flower films, corncobs, spring wheat, auxins.
To study growth regulating ability of carboxymethylated vegetable raw materials, water-soluble (46.6-75.2%) carbox-ymethyl derivatives with a content of carboxymethyl groups of 13.3-29.3% were obtained. As a result of the study of car-boxymethylated plant material effect (sawdust, sunflower husks and buckwheat hulls, oat flower blossoms, corn cobs, poplar foliage) on the growth and development of spring wheat, with the introduction of dry preparations (67 kg ha) and in the form of pre-sowing seed treatment concentration 15%) I was found that the studied preparations under the conditions of the growing season of 2017 had influence on the growth processes of spring wheat. The activity in the crop development was revealed, both with the introduction of dry preparations and with pre-sowing seed treatment. The preparations contributed to increased productive tilling capacity and wheat yield. The increased wheat productivity through the use of preparations ranged from 22 to 43%. The greatest effect was obtained from seed treatment with preparations obtained from poplar foliage and buckwheat hulls. In the AO "Kiprinskoye", the profitability of spring wheat cultivation with the use of the preparation obtained from sunflower husk (NaKMP) increased by 5.9% with decreased cost price by 39 rubles per ton.
Мальцев Михаил Ильич, к.с.-х.н., доцент, зав. каф. общего земледелия, растениеводства и защиты растений, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: uoshs@mail.ru.
Кароннов Александр Александрович, аспирант, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: uoshs@mail.ru.
Калюта Елена Владимировна, к.х.н., доцент каф. химии, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: uoshs@mail.ru.
Maltsev Mikhail Ilyich, Cand. Agr. Sci., Assoc. Prof., Head, Chair of General Agriculture, Crop Production and Plant Protection, Altai State Agricultural University. E-mail: uoshs@mail.ru.
Karonnov Aleksandr Aleksandrovich, post-graduate student, Altai State Agricultural University. E-mail: uoshs@mail.ru.
Kalyuta Yelena Vladimirovna, Cand. Chem. Sci, Assoc. Prof., Chair of Chemistry, Altai State Agricultural University. E-mail: uoshs@mail.ru.
Неверова Алена Михайловна, аспирант, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: uoshs@mail.ru.
Панина Алина Эдуардовна, агроном, АО «Кипринское», Алтайский край. E-mail: uoshs@mail.ru.
Neverova Alena Mikhaylovna, post-graduate student, Altai State Agricultural University. E-mail: uoshs@mail.ru. Panina Alina Eduardovna, Agronomist, AO "Kiprinskoye", Altai Region. E-mail: uoshs@mail.ru.
Введение
Практически все предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию, сталкиваются с серьезной проблемой утилизации отходов производства. Многие существующие технологии по утилизации не решают вопросов по нормализации экологической обстановки в местах массовых сбросов и накопления отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Одним из возможных путей решения данной проблемы является карбоксиметилирование растительного сырья (например, древесных опилок, лузги подсолнечника и гречихи, цветковых плёнок овса), с получением водорастворимых полимерных продуктов, содержащих в своем составе кар-боксиметилированные основные структурные компоненты (целлюлоза, лигнин, гемицеллюло-зы), обладающие комплексом полезных свойств, в т.ч. и способностью регулировать рост растений [1-3].
В Алтайском государственном аграрном университете проведена определенная работа в области применения инновационных препаратов, изготовленных учеными Алтайского государственного университета. Разработаны новые препараты из отходов переработки растительного сырья, содержащих в своем составе карбоксиме-тилированные основные структурные компоненты (целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу), обладающие комплексом полезных свойств, которые, как показывают исследования, демонстрируют росто-стимулирующую активность [4-6].
Алтайский край является крупным сельскохозяйственным регионом Западной Сибири. Территория Алтайского края весьма разнообразна по природно-климатическим условиям, поэтому при разработке технологии применения регуляторов роста требуется дифференцированный подход. Подбор доз и способов внесения инновационных препаратов, которые бы в полной мере использо-
вали биоклиматический потенциал растений, -это комплексная задача. Ее решение связано с разработкой и внедрением технологий, учитывающих зональные почвенно-климатические особенности и материально-технические возможности.
Приводятся результаты полевых исследований, проведенных в условиях учебно-опытной сельскохозяйственной станции Алтайского ГАУ и АО «Кипринское» Шелаболихинского района.
Цель исследований заключалась в определении действия препаратов, полученных из карбок-симетилированного растительного сырья (древесных опилок, лузги подсолнечника и гречихи, цветковых плёнок овса, стержней початков кукурузы, листвы тополя), на рост и развитие яровой мягкой пшеницы в условиях лесостепи Алтайского Приобья.
Объекты и методы исследований
На кафедре органической химии АлтГУ разработан и запатентован способ карбоксиметилиро-вания лигноуглеводных материалов [7]. Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов заключается в том, что исходный материал обрабатывают раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150оС, затем монохлоруксусной кислотой в течение 0,5-4,0 ч при 20-60оС. В качестве исходных используют лигноуглеводные материалы, содержащие 35-60% целлюлозы, 20-40% лигнина, 1335% гемицеллюлозы [7].
При карбоксиметилировании лигнина в составе растительного сырья могут образовываться фрагменты, имеющие строение, сходное с природными фитогармонами. Отмечено, что для фрагментов карбоксиметилированного лигнина характерны основные особенности строения регуляторов ауксинового типа. Полисахариды при карбоксиметилировании также претерпевают де-
струкцию, что, возможно, повышает их биологическую активность в качестве экзогенных регуляторов [3].
Таким образом, на основании известных литературных данных и теоретических предпосылок можно ожидать определённую росторегулирую-щую активность со стороны карбоксиметилиро-ванных производных на основе растительного сырья [8-12].
Полученные препараты представляют собой порошки от светло-желтого до черного цвета (в зависимости от исходного растительного сырья), с растворимостью в воде 47-75%. Препараты, изготовленные из растительного сырья (древесных опилок, лузги подсолнечника и гречихи, цветковых плёнок овса, стержней початков кукурузы, листвы тополя, ТУ 928900-005-02067818-2015), проявляют следующие основные свойства:
- легко растворяются в воде, способствуют загустению водных растворов;
- сохраняют вязкость в течение длительного времени;
- образуют прозрачную и прочную плёнку при высыхании;
- обладают устойчивыми связывающими и стабилизирующими свойствами;
- не имеют запаха.
Действующее вещество:
- карбоксиметилированный лигнин, имеющий строение, сходное с известными регуляторами роста ауксинового типа.
Полевой мелкоделяночный опыт. Изучали действие препаратов в растворённом и сухом виде. Семена обрабатывали водным раствором препаратов с концентрацией 15,0%. Сухие препараты вносили непосредственно перед посевом в почву на глубину заделки семян. Норма внесения препаратов - 1 г на 0,15 м2 (67 кг/га).
Схема:
1. Контроль.
2. NaКМО (сухие цветковые плёнки овса).
3. NaКМП (сухая лузга подсолнечника).
4. NaКМД (сухие древесные опилки).
5. NaКМО (раствор цветковых плёнок овса).
6. №КМП (раствор лузги подсолнечника).
7. №КМД (раствор древесных опилок).
8. №КМГ (раствор лузги гречихи).
9. NaКМК (раствор стержней кукурузных початков).
10. NaКМЛ (раствор листвы тополя).
Производственные испытания проводили на
территории учебно-опытной сельскохозяйственной станции Алтайского ГАУ и АО «Кипринское» Шелаболихинского района. Изучали действие карбоксиметилированной лузги подсолнечника в виде предпосевной обработки семян водным раствором с концентрацией 15%. Данным препаратом обрабатывали семена пшеницы Омская 36 перед посевом (18 мая - учебно-опытная с.-х. станция, 20 мая - АО «Кипринское»). Площадь поля: 1,0 га на территории учебно-опытной сельскохозяйственной станции Алтайского ГАУ; 10 га в АО «Кипринское».
Приобская сельскохозяйственная зона характеризуется холмисто-увалистым рельефом, наличие склонов (преимущественно выпуклой и прямой формы) значительной длины (до 3 км) и крутизны (до 6°). Почвенный покров представлен в основном черноземами обыкновенными и выщелоченными разной степени эродированности. Материнскими породами являются пылеватые лессовидные суглинки, что предопределяет легкую размываемость почв талыми и ливневыми водами. Климат резко континентальный, сумма годовых осадков 470-520 мм. Гидротермический коэффициент вегетационного периода 0,6-1,2 [13].
Результаты исследований
Исследования по изучению действия карбок-симетилированного растительного сырья при внесении сухих препаратов и в виде предпосевной обработки семян на рост и развитие яровой пшеницы показали, что изучаемые препараты в условиях вегетационного периода 2017 г. оказывали влияние на ростовые процессы яровой пшеницы. Отмечалась активность развития культуры как при внесении сухих препаратов, так и при предпосевной обработке семян (табл. 1).
Таблица 1
Элементы структуры урожая пшеницы Омская 36 при использовании карбоксиметилированных препаратов (мелкоделяночный опыт, учебно-опытная с.-х. станция Алтайского ГАУ, 2017 г.)
Вариант Количество продуктивных стеблей, шт. Длина стеблей Масса 1000 семян Урожайность
см + г + г/1 м2 +
1. Контроль 1 84,6 0 29,3 0 117,2 0
2. ИаКМО сух. 1,4 87,7 +3,1 29,0 -0,3 143,2 +26,0
3. ИаКМ П сух. 1,4 84,2 -0,4 29,5 +0,2 150,0 +32,8
4. ИаКМД сух. 1,4 88.8 +4,2 30,5 +1,2 158,4 +41,2
5. ИаКМО р-р 1,2 87,0 +2,4 29,7 +0,4 152,8 +35,6
6. ИаКМП р-р 1,4 88,1 +3,5 30,0 +0,7 151,6 +34,4
7. ИаКМД р-р 1,4 85,7 +1,1 32,0 +2,7 158,8 +41,6
8. ИаКМГ р-р 1,3 86,6 +2 33,0 +3,7 165,2 +48,0
9. ИаКМК р-р 1,3 85.5 +0,9 31,0 +1,7 160,0 +42,8
10. ИаКМЛ р-р 1,4 88,3 3,7 31,5 +2,2 168,0 +50,8
НСР05 4,7 1,9 18,7
Из данных таблицы 1 следует, что препараты способствовали увеличению продуктивной кустистости и урожайности пшеницы. Увеличение урожайности пшеницы от применения препаратов варьировала от 22 до 43%. Наибольший эффект в условиях вегетационного периода 2017 г. получен от обработки семян препаратами, полученными на основе листвы тополя и лузги гречихи.
Производственные испытания препарата, полученного на основе лузги подсолнечника, в условиях учебно-опытной сельскохозяйственной станции показали эффективность препарата, прибавка урожайности составила 0,18 т/га (табл. 2).
Препарат NaКМП, полученный на основе лузги подсолнечник, в условиях АО «Кипринское» также
проявил ростостимулирующую способность. На варианте с обработкой семян пшеницы препаратом получена прибавка урожайности 0,22 т/га (табл. 3).
При расчёте экономической эффективности было установлено, что издержки производства на контрольном варианте составили 7727,4 руб. При использовании инновационного препарата ИаКМП затраты увеличились на 330 руб. Увеличение издержек производства связано со стоимостью препарата и затратами на обработку семян. Рентабельность производства яровой пшеницы при применении препарата, полученного из лузги подсолнечника (ИаКМП), возрастает на 5,9%, при снижении себестоимости на 39 руб/т. (табл. 4).
Таблица 2
Элементы структуры урожая пшеницы Омская 36 (учебно-опытная с.-х. станция Алтайского ГАУ, 2017 г.)
Вариант Количество продуктивных стеблей, шт. Масса 1000 семян, г Урожайность, т/га
1. Контроль 1,8 30,0 1,29
2. ИаКМП 1,9 32,0 1,47
НСР05 0,16
Таблица 3
Урожайность яровой пшеницы Омская 36, (АО «Кипринское», 2017 г.)
Вариант Урожайность, т/га Прибавка, т/га
1. Контроль 3,56 -
2. ИаКМП 3,78 0,22
Таблица 4
Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы при использовании биопрепарата NaKMП в 2017г. АО «Кипринское»
1— X го го 1_ го 1_ го" h— Ù3 ^ р Стоимость зерна с 1 га, руб. Материально-денежные затраты на 1 га, руб. Чистый доход с 1 га, руб. s т о о н ь ^ е б а т го н Œ е з 1— ь . тб
s Œ ГО m т 1 р > го UD S р 1= го н Ф о г Ф с Ï ÜP о г Ф с о д. нр о г Ф с о д. нр iE е р ь н Ф 1 ^ и о т О
ш ш ш т. ш ш т. ш ш о р > е б е С
Контроль 3,56 - 7000 24920 - 7727,4 - 17192,6 - 222,5 2170,6
NaKMn 3,78 0,22 7000 26460 1540 8057,4 330,0 18402,6 1210,0 228,4 2131,6
Заключение
Исследования по изучению действия карбок-симетилированного растительного сырья при внесении сухих препаратов (67 кг/га) и в виде предпосевной обработки семян водным раствором (концентрация 15%) на рост и развитие яровой пшеницы показали, что изучаемые препараты в условиях вегетационного периода 2017 г. оказывали влияние на ростовые процессы яровой пшеницы. Отмечалась активность развития культуры как при внесении сухих препаратов, так и при предпосевной обработке семян. Препараты способствовали увеличению продуктивной кустистости и урожайности пшеницы. Увеличение продуктивности пшеницы от применения препаратов варьировало от 22 до 43%. Наибольший эффект в условиях вегетационного периода 2017 г. получен от обработки семян препаратами, полученными на основе листвы тополя и лузги гречихи.
Производственные испытания препарата, полученного на основе лузги подсолнечника, в условиях учебно-опытной сельскохозяйственной станции Алтайского ГАУ и АО «Кипринское» Ше-лаболихинского района показали, что при предпосевной обработке семян прибавка урожайности, соответственно, составила 0,18 и 0,22 т/га.
В условиях АО «Кипринское» рентабельность производства яровой пшеницы при применении препарата, полученного из лузги подсолнечника (№КМП), возрастает на 5,9%, при снижении себестоимости на 39 руб/т.
Библиографический список
1. Брыкалов А.В. Комплексная биотехнология регуляторов роста растений // Биотехнология в ФЦП «Интеграция». - СПб., 1999. - С. 127-128.
2. Баштан-Кандыбович И.И. Биологическая модификация гидролизного лигнина // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья. - Барнаул, 2007. - С. 142-144.
3. Маркин В.И. Карбоксиметилирование растительного сырья. Теория и практика. -Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2010. - 167 с.
4. Калюта Е.В., Мальцев М.И., Маркин В.И., Катраков И.Б., Базарнова Н.Г. Исследование влияния карбоксиметилированного растительного сырья на активность прорастания мягкой яровой пшеницы // Химия растительного сырья. - 2013. -№ 3. - С. 249-253.
5. Мальцев М.И., Александрова Т.Н., Калю-та Е.В. Из опыта по применению карбоксиметили-рованных композиций в качестве регуляторов роста пшеницы, полученных из продуктов переработки растительного сырья // Аграрная наука -сельскому хозяйству: сб. ст. IX Междунар. науч.-практ. конф.: в 3 кн. - Барнаул: РИО Алтайского ГАУ, 2015. - Кн. 2. - С. 152-154 .
6. Мальцев М.И., Александрова Т.Н., Калю-та Е.В. Исследование инновационных препаратов ЭКО-СТИМ в качестве регулятора роста пшеницы культур // Наука: опыт, проблемы, перспективы развития: матер. XIV Междунар. науч.-практ.
конф.: в 2 ч. - Красноярск: Изд-во Краснояр. гос. аграр. ун-т, 2015. - Ч. II. - C. 202-204.
7. Пат. 2130947 (РФ). Способ карбоксимети-лирования лижоугпеводных материалов / Галоч-кин А.И., Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Заставен-ко Н.В., Крестьянникова Н.С.
8. Муромцев Г.С. Регуляторы роста растений. - М.: Колос, 1979. - 246 с., ил.
9. Дерфлинг К. Гормоны растений. Системный подход: пер. с нем. / под ред. Кефели. - М.: Мир, 1985. - 304 с.
10. Ishikawa H., Evans M. Comparative growth and gravitropsim studies in auxin response mutants of Arabidopsis thaliana // Biological Sciences in Space. - 1993. - Vol. 7 (2). - P. 133-140.
11. Shimazu T., et al. Suitable experimental design for determination of auxin polar transport in space using a spacecraft // Biological Sciences in Space. - 2000. - Vol. 14 (1). - P. 9-13.
12. Katayama M., et al. Synthesis and biological activities of 4-trifluoromethylindole-3-acetic acid: a new fluorinated indole auxin // Biosci. Biotechnol. Biochem. - 2008. - Vol. 72 (8). - P. 2025-2033.
13. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 155 с.
References
1. Brykalov A.V. Kompleksnaya biotekhnologiya regulyatorov rosta rasteniy // Biotekhnologiya v FTsP «Integratsiya». - SPb., 1999. - S. 127-128.
2. Bashtan-Kandybovich I.I. Biologicheskaya modifikatsiya gidroliznogo lignina // Novye dosti-zheniya v khimii i khimicheskoy tekhnologii ras-titelnogo syrya. - Barnaul, 2007. - S. 142-144.
3. Markin V.I. Karboksimetilirovanie rastitelnogo syrya. Teoriya i praktika. - Barnaul: Izd-vo Alt. un-ta, 2010. - 167 s.
4. Kalyuta Ye.V., Maltsev M.I., Markin V.I., Katra-kov I.B., Bazarnova N.G. Issledovanie vliyaniya kar-boksimetilirovannogo rastitelnogo syrya na aktivnost
prorastaniya myagkoy yarovoy pshenitsy // Khimiya rastitelnogo syrya. - 2013. - № 3. - S. 249-253.
5. Maltsev M.I., Aleksandrova T.N., Kalyuta Ye.V. Iz opyta po primeneniyu karboksimetilirovannykh kompozitsiy v kachestve regulyatorov rosta pshenitsy, poluchennykh iz produktov pererabotki rastitelno-go syrya // Agrarnaya nauka - selskomu khozya-ystvu: sb. statey IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: v 3 kn. - Barnaul: Izd-vo AGAU, 2015. - Kn. 2. -S. 152-154.
6. Maltsev M.I., Aleksandrova T.N., Kalyuta Ye.V. Issledovanie innovatsionnykh preparatov EKO-STIM v kachestve regulyatora rosta pshenitsy kultur // Nau-ka: opyt, problemy, perspektivy razvitiya: materialy XIV mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy kon-ferentsii: v 2 ch. - Krasnoyarsk: Izd-vo: Krasnoyar. gos. agrar. un-t, 2015. - Chast II. - S. 202-204.
7. Patent 2130947 (RF). Sposob karboksime-tilirovaniya lignouglevodnykh materialov / Galochkin A.I., Markin V.I., Bazarnova N.G., Zastavenko N.V., Krestyannikova N.S.
8. Muromtsev G.S. Regulyatory rosta rasteniy. -M.: Kolos, 1979. - 246 s., il.
9. Derfling K. Gormony rasteniy. Sistemnyy pod-khod / K. Derfling; per. s nem.; pod red. Kefeli. - M.: Mir, 1985. - 304 s.
10. Ishikawa H., Evans M. Comparative growth and gravitropsim studies in auxin response mutants of Arabidopsis thaliana // Biological Sciences in Space. - 1993. - Vol. 7 (2). - P. 133-140.
11. Shimazu T., et al. Suitable experimental design for determination of auxin polar transport in space using a spacecraft // Biological Sciences in Space. - 2000. - Vol. 14 (1). - P. 9-13.
12. Katayama M., et al. Synthesis and biological activities of 4-trifluoromethylindole-3-acetic acid: a new fluorinated indole auxin // Biosci. Biotechnol. Biochem. - 2008. - Vol. 72 (8). - P. 2025-2033.
13. Agroklimaticheskie resursy Altayskogo kraya. - L.: Gidrometeoizdat, 1971. - 155 s.
+ + +
