CC BY
35
УДК 631.871:633.11 DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10027
К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ В ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
1 2В.А. Волкова (научный руководитель - Н.А. Воронкова, д.с.-х.н.)
1Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина
2Омский аграрный научный центр, e-mail: [email protected]
Значение меди в жизни растений связано с тем, что она входит в состав ряда ферментов, при участии которых протекают окислительно-восстановительные реакции. Вместе с марганцем входя в состав пластоцианина, она играет важную роль в фотосинтезе, способствует повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды, а также к поражению различными грибными и бактериальными заболеваниями. Исследованиями, проведенными в Омской области в 2017-2019 гг., установлено, что при низкой (0,07-0,14 мг/кг) обеспеченности подвижной медью в почве целесообразно применять медьсодержащие удобрения. Максимальная урожайность яровой пшеницы (3,37 т/га) получена от предпосевной обработки семян раствором хелатной формы меди (Cu ЭДТА) в концентрации 0,25% на фоне внесения азотно-фосфорных минеральных удобрений, прибавка урожайности зерна составила 17%.
Ключевые слова: яровая мягкая пшеница, медь, хелатные микроудобрения, предпосевная обработка, урожайность, Омская область.
ON THE USE OF COPPER COMPOUNDS IN THE TECHNOLOGY OF CULTIVATION OF SPRING SOFT WHEAT
1 2V.A. Volkova (scientific supervisor - Dr.Sci. N-А. Voronkova)
1Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin 2OmskAgrarian Scientific Center, e-mail: [email protected]
The importance of copper in plant life is due to the fact that it is part of a number of enzymes, with the participation of which redox reactions occur. Together with manganese, being a part ofplastocyanin, it plays an important role in photosynthesis, helps to increase the resistance of plants to adverse environmental conditions, as well as to defeat various fungal and bacterial diseases. It was in studies during 2017-2019 revealing that at a low mobile copper level (0.07-0.14 mg/kg) in the soil, it is advisable to use copper-containing fertilizers. The maximum spring wheat yield (3.37 t/ha) was obtained from pre-sowing seed treatment with a solution of chelated copper form (Cu EDTA) at a concentration of 0.25% through the nitrogen-phosphorus fertilization, the grain yield raise was 17%.
Keywords: spring soft wheat, copper, chelated micro-fertilizers, pre-sowing treatment, yield, the Omsk region.
Значение меди в жизни растений связано с тем, что она входит в состав ряда ферментов: полифено-локсидазы, лакказы, аскорбиноксидазы, нитритре-дуктазы, при участии которых протекают окислительно-восстановительные реакции. Определенные функции выполняет данный элемент в азотном обмене, входя в состав гипонитритредуктазы и редук-таз оксида азота. Медь влияет на превращение углеводов и азотистых веществ, повышает интенсивность дыхания. Вместе с марганцем, входя в состав пла-стоцианина, она играет важную роль в фотосинтезе, способствует повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды (температура, засуха), а также к поражению различными грибными и бактериальными заболеваниями [1-3].
Полевые опыты с микроудобрениями, в том числе и с медными в Омской области проводили еще в 1960-х гг. Был получен большой объем информации
о влиянии микроэлементов в виде минеральных солей отдельных металлов на различные культуры, рассчитаны дозы для их применения. Например, использование 0,05% раствора сульфата меди для предпосевной обработки семян яровой мягкой пшеницы позволяло получить прибавку зерна 0,09-0,21 т/га. Однако, установлено, что часто используемые сульфатные соединения меди быстро сорбируются почвенным комплексом, переходя в недоступную для растений форму. Эта особенность минеральных солей подтолкнула к поиску новых форм микроудобрений, которые обладали бы большей стабильностью при различных условиях внешней среды [4-6].
В настоящее время к наиболее перспективным биологически активным соединениям относят ком-плексонаты микроэлементов и комплексные соединения на их основе. Комплексонаты микроэлементов (хелатные формы) не токсичны, хорошо растворимы
в воде, обладают высокой устойчивостью, не изменяя своих свойств в широком диапазоне значений рН, хорошо адсорбируются на поверхности листьев и в почве, сочетаются с различными пестицидами. Следует отметить, что комплексон (остаток органической кислоты) разлагается до нетоксичных для растений соединений [7, 8]. Исследования многих ученых [9-13] свидетельствуют о существенном преимуществе эффективности координационных соединений металлов перед их простыми солевыми формами и достоверном увеличении урожайности при применении комплексонатов металлов. Так, применение медь-борного хелатного микроудобрения для предпосевной обработки семян яровой пшеницы в полевых опытах Казанского ГАУ увеличивало урожайность до 25% [9]. В работе В.В. Сентемова [14] обобщены данные о применении хелатных микроудобрений на дерново-подзолистых почвах - обработка семян озимой ржи хелатами цинка и меди увеличивала урожайность на 19-33%, а неорганическими солями только на 4%. Сочетание обработки семян и подкормки посевов в Беларуси координационными соединениями цинка и меди обеспечивало прибавку ячменя до 1,12 т/га [14]. Результаты полевого опыта в Ровенской опытной станции свидетельствуют о повышении продуктивности яровой пшеницы от предпосевной обработки семян комплексным хелат-ным микроудобрением на 0,42 т/га [7]. Ряд исследователей [11, 12] отмечает также важную роль микроудобрений в изменении состава зерна при предпосевной обработке. Несмотря на то, что имеется довольно много работ, посвященных изучению влияния хелатных микроудобрений на продуктивность культур, сведения об их эффективности в условиях Западно-Сибирского региона немногочисленны и носят несистематический характер. Чаще всего исследователи используют в своих полевых опытах товарные полиэлементные препараты, которые содержат более двух химических веществ, вследствие чего затруднено установление влияния конкретного вещества на ростовые процессы растений.
Цель исследования - изучение влияния различных концентраций раствора ^ ЭДТА в сравнении с CuSO4 для предпосевной обработки семян (ПОС) на физиолого-биохимические и продукционные процессы яровой мягкой пшеницы.
Объекты и методы. Исследования проводили в 2017-2019 гг. в длительном стационарном полевом опыте лаборатории агрохимии и защиты растений Омского аграрного научного центра в южной лесостепной зоне Западной Сибири в пятипольном зер-нопаровом севообороте со следующим чередованием культур: пар-пшеница-соя-пшеница-ячмень. Севооборот развернут во времени и в пространстве. Объекты исследования - яровая мягкая пшеница (ТгШсыт aestivum) сорта Омская 36; ^ ЭДТА (комплексонат меди на основе этилендиаминтет-
рауксусной кислоты); CuSO4 (сульфат меди). Опыт был заложен на двух минеральных фонах: без внесения удобрений и внесение удобрений в дозе N18P42 д. в. на 1 га севооборотной площади. Схема ПОС включала следующие варианты: 1. Контроль (без обработки); 2. Раствор CuSO4 в концентрации 0,02%; 3. Раствор Cu ЭДТА в концентрации 0,02%; 4. Раствор CuSO4 в концентрации 0,25%; 5. Раствор Cu ЭДТА в концентрации 0,25%.
Концентрации растворов для обработки семян выбраны с учетом результатов ранее проведенных лабораторных исследований и рекомендаций литературных источников [10, 15-18]. Расчет концентрации растворов произведен на элемент (медь). ПОС проводили перед посевом пшеницы путем смачивания семян с последующим просушиванием. Расход рабочего раствора 70 л/т семян [18].
Общая площадь делянок 32 м2, учетная - 12,8 м2 Размещение делянок систематическое, повторность вариантов четырехкратная. Посев и учет урожая проводили в оптимальные сроки. В качестве минеральных удобрений использовали Naa (азот - 34%), АФ (фосфор - 52%; азот - 12%). Минеральные удобрения вносили весной до посева локально, сеялкой на глубину 6-8 см. Агротехника возделывания - общепринятая для зоны. Отбор почвенных образцов проводили согласно ГОСТ 17.4.4.02-84 методом почвенного конверта до посева. Растительные образцы отбирали в фазы развития растений, образцы зерна - во время уборки. Содержание кислоторас-творимых форм меди в пахотном слое почвы определяли в соответствии с РД 52.18.191-89, подвижных форм - РД 52.18.289-90. Содержание меди в растительных образцах в различные фазы развития растений, зерне и соломе пшеницы определяли после сухого озоления при температуре 525±25°С в соответствии с ГОСТ 30692-2000. Конечное определение элемента проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрометре Varian 140. Обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного и корреляционного анализов по Б.А. Доспехову (1985).
Исследованиями ряда авторов отмечено, что наиболее высокий эффект от микроудобрений может быть достигнут только при оптимальной обеспеченности растений основными макроэлементами [4, 7, 15]. В нашем опыте почва характеризовалась различной обеспеченностью нитратным азотом (в слое 0-40 см): без удобрений - средняя (14,5 мг/кг); на удобренном - высокая (28,8 мг/кг) и подвижным фосфором (в слое 0-20 см): повышенная (139 мг/кг) и очень высокая (231 мг/кг) соответственно. Содержание обменного калия независимо от фона было очень высоким (больше 180 мг/кг по Чирикову).
Содержание подвижных форм микроэлементов в почве служит основой для разработки системы применения микроудобрений в конкретных почвен-
1. Содержание меди в почве (в слое 0-20 см) перед закладкой опыта, мг/кг
Фон Кислоторастворимые формы Подвижные формы
2017 г. 2018 г. 2019 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г.
Без удобрений 20,5±1,51 17,60±0,65 18,47±0,05 0,12±0,02 0,10±0,01 0,11±0,02
Удобренный фон 14,1±0,32 17,80±0,78 17,12±0,11 0,09±0,02 0,10±0,00 0,09±0,02
но-климатических условиях. Недостаточное их содержание в почве зачастую лимитирует формирование высокой урожайности. Почвы большей части Омской области относят к дефицитным по содержанию подвижных, наиболее доступных растениям форм микроэлементов: низкое содержание отмечено на 98,9% площади пашни по цинку, на 70,2% по кобальту, на 47,1% по меди и на 11,3 и 11,6% по молибдену и марганцу [19]. Содержание подвижной меди в пахотном горизонте (экстрагент - ацетатно-аммонийный буфер, рН 4,8) в почвах черноземного ряда Омской области находится в пределах 0,08-0,18 мг/кг [6]. Исследования в нашем опыте подтверждают это: независимо от фонов удобренности содержание доступной меди за три года исследования характеризовалось как низкое - 0,07-0,14 мг/кг (табл. 1).
Сопряженность между содержанием подвижных форм меди и ее кислоторастворимых форм средняя (г = 0,43). Следует отметить, что содержание доступной меди составило всего лишь 0,41-0,70% от ее общего фонда, что говорит об очень низкой обеспеченности для растений. Яровая мягкая пшеница отзывчива на содержание меди в почве, поэтому применение медьсодержащих микроудобрений будет эффективно.
Положительный эффект от применения препаратов, содержащих медь, был отмечен еще в конце ХХ в., однако только в 1930-х гг. в условиях водных культур, были получены неоспоримые данные о необходимости меди для высших растений. Работами ряда исследователей [1-3] показано, что в жизни растений имеются критические периоды в отношении ряда элементов минерального питания. Нами установлено, что критический период для поступления меди в растения пшеницы - период
кущения. На рисунке 1 показано, что именно в данный период ее содержание было максимальным и в процессе вегетации равномерно снижалось.
Достоверного изменения по содержанию меди в растениях в зависимости от различных вариантов ПОС в процессе онтогенеза не установлено. Отмечается тенденция повышения содержания меди на минеральном фоне при ПОС медьсодержащими растворами относительно варианта без обработки во все фазы развития растений. В основной продукции пшеницы распределение меди было неравномерным: ее концентрация в зерне больше, чем в соломе. Причем данная закономерность прослеживается на обоих фонах удобренности (рис. 2 и 3).
Содержание меди в зерне пшеницы в контроле варьировало от 3,89 до 5,14 мг/кг. Достоверного изменения содержания меди в зерне в зависимости от вариантов опыта не установлено в связи с тем, что медь относят к элементам с барьерным типом поглощения, что свидетельствует об относительном постоянстве химического состава растений независимо от экзогенных факторов воздействия [6]. Определяющее значение в формировании состава зерна яровой пшеницы принадлежало минеральным удобрениям. На фоне внесения азотно-фосфорных удобрений содержание меди в зерне снижалось на 26-54%. Причиной этому, возможно, был «эффект разбавления». Аналогичные тенденции прослеживаются и в изменении состава соломы пшеницы.
Яровая пшеница характеризуется повышенной потребностью в меди, что объясняется биологическими особенностями ее питания. Коэффициент биологического поглощения (КБП) на фоне применения минеральных удобрений был существенно выше, чем в контроле (табл. 2).
1.
Рис. 1. Содержание меди в растениях яровой пшеницы на фоне без удобрений (1) и удобренном фоне (2) в течении онтогенеза, мг/кг возд.-сух. вещества
Контрол
Си ЭДТА (0,25%)
CuS04 (0,25%)
Си-ЭДТА (0,02%)
CuS04 (0,02%)
1 1 1 1 4,41
1
| 5,14
75
14.
4,45
3,S0
-1-1-1-
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50
2.
Рис. 2. Содержание меди в зерне яровой пшеницы на фоне без удобрений (1)
и удобренном фоне (2), мг/кг возд.-сух. вещества
1.
Рис. 3. Содержание меди в соломе яровой пшеницы на фоне без удобрений (1) и удобренном фоне (2), мг/кг возд.-сух. вещества
2. Коэффициенты биологического поглощения (КБП) меди растениями яровой пшеницы в зависимости от ПОС
Вариант Без удоб- Удобренный
рении фон
Контроль 4,21 5,00
ПОС раствором Си804 в концентрации 0,02% 4,77 6,82
ПОС раствором ^ ЭДТА в концентрации 0,02% 4,17 6,21
ПОС раствором Си804 в концентрации 0,25% 3,91 7,53
ПОС раствором ^ ЭДТА в концентрации 0,25% 3,62 5,43
Рис. 4. Влияние ПОС растворами соединений меди и минеральных удобрений на урожайность зерна яровой пшеницы, т/га (НРС05 = 0,14 т/га)
Прибавка урожайности зерна пшеницы от ПОС растворами CuSO4 варьировала от 0,09 до 0,69 т/га в зависимости от концентрации раствора и фонов удобренно-сти (рис. 4). В то время, как действие хелатной формы ^ ЭДТА было эффективнее: прибавка урожайности составила от 0,13 до 0,92 т/га.
В контроле существенная прибавка в урожайности (10%) получена только при обработке ^ ЭДТА в концентрации 0,25%. Следует отметить, что на удобренном фоне прибавки от ПОС были достоверны во всех вариантах. Существенных различий между урожайностью в вариантах ПОС растворами С^04 и ^ ЭДТА в концентрации 0,02%, а также С^04 в концентрации 0,25% не отмечено, разница в урожайности между вариантами находилась практически на одном уровне - в пределах НСР05, что говорит о незначительном преимуществе формы соединения в концентрации 0,02%. Максимальная урожайность получена в варианте ПОС раствором ^ ЭДТА
в концентрации 0,25% на удобренном фоне: относительно контроля на естественном фоне урожайность зерна повысилась на 38% и составила 3,37 т/га.
Таким образом, независимо от фонов удобрен-ности содержание подвижной меди в почве в полевом опыте перед посевом пшеницы за три года характеризовалось как низкое и составило 0,070,14 мг/кг. Выявлен критический период поступления меди в растения пшеницы - период кущения. Отмечается тенденция повышения содержания меди в растениях на минеральном фоне при ПОС во все фазы развития растений. Определяющее значение в формировании состава зерна и соломы по содержанию меди принадлежало минеральным удобрениям, достоверного изменения в зависимости от вариантов ПОС не установлено. Действие медных микроудобрений на продуктивность яровой мягкой пшеницы прояв-
лялось при оптимальном питании макроэлементами. На фоне без удобрений достоверная прибавка урожайности (10%) получена только при обработке Си ЭДТА в концентрации 0,25%. Доказана эффективность ПОС раствором, содержащим ионы меди в концентрации 0,02% независимо от формы соединения (сульфатная или хелатная на основе ЭДТА) - прибавка урожайности пшеницы от ПОС на удобренном фоне составила 0,23-0,34 т/га. Действие концентрации 0,25% было эффективнее при обработке семян хелатом Си ЭДТА, чем в варианте ПОС сульфатной формой меди в той же концентрации. Максимальная урожайность (3,37 т/га) получена в варианте ПОС раствором Си ЭДТА в концентрации 0,25% на фоне минеральных удобрений, прибавка урожайности от ПОС составила 17%.
Литература
1. Битюцкий Н.П. Микроэлементы высших растений. - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2011. - 368 с.
2. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л.: Наука, 1974. - 324 с.
3. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
4. Азаренко Ю.А., Ермохин Ю.И. Оценка поглощения микроэлементов растениями в зависимости от их концентрации в почве // Омский научный вестник, 2012, № 2(114) - С. 150-155.
5. Орлова Э.Д., Пыхтарева Е.Г. Микроэлементы в почвах и растениях Омской области и применение микроудобрений: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Омск: ОмГАУ, 2007. - 76 с.
6. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания, распределения, взаимосвязей микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири: монография. - Омск: Вариант-Омск, 2013. - 232 с.
7. Булыгин С.Ю., Демишев Л.Ф., Доронин В.А. и др. Микроэлементы в сельском хозяйстве / под ред. С.Ю. Булы-гина. - Днепропетровск: Сыч, 2004. - 100 с.
8. Аристархов А.Н., Сафонова К.Г., Волков А.В. Рекомендации по применению микроудобрений под озимую и яровую пшеницу в различных природно-сельскохозяйственных зонах России. - М.: ВНИИА, 2012. - 24 с.
9. Гайсин И.А., Муртазин М.Г. Хелатные микроудобрения (ЖУСС) на посевах яровой пшеницы // Агрохимический вестник, 2006, № 4. - С. 2-4.
10. Крамарев С.М., Артеменко С.А., Куталай Д.А. и др. Хелатные удобрения и их перспективы // Зерно, 2012, № 1. - С. 91-110.
11. Гейгер Е.Ю., Варламова Л.Д., Семенов В.В., Погодина Ю.В., Сиротина Ю.А. Микроудобрения на хелатной основе: опыт и перспективы использования // Агрохимический вестник, 2017, № 2. - С. 29-32.
12. Пахомова В.М., Даминова А.И., Гайсин И.А. Теоретическое и практическое обоснование защитных свойств полифункциональных хелатных микроудобрений марки ЖУСС // Агрохимический вестник, 2017, № 1. - С. 44-47.
13. Maihub A.A. et al. Modification on Synthesis of Mixed Ligand Chelates by Using Di- and Trivalent Transition Metal Ions with Schiff Base as Primary Ligand // Green and Sustainable Chemistry, 2014, № 4. - Р. 103-110.
14. Сентемов В.В., Копысова Е.В. Микроудобрения: эффективность минеральных солей и координационных соединений при повышении урожайности и качества зерновых культур // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, 2012, № 3(32). - С. 49-50.
15. Анспок П.И. Микроудобрения. - Л.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.
16. Волкова В.А., Цыганова Н.А., Воронкова Н.А., Дороненко В.Д. Оценка влияния предпосевной обработки хе-латами и стимуляторами роста на начальный период онтогенеза яровой мягкой пшеницы / В сборнике научных статей: Актуальные проблемы научного обеспечения земледелия Западной Сибири. - Омск: Изд-во ИП Макшеевой Е.А., 2020. - С. 49-55.
17. Volkova V.A., Tsyganova N.A., Voronkova N.A., Tyumentseva E.Yu., Voronkova M.N. Growth-stimulating role of chelates and organic acids. DOI: 10.1088/1755-1315/421/6/062027 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 421 (2020) 062027. AGRITECH-II-2019.
18. Пейве Я.В. Микроэлементы и их значение в сельском хозяйстве. - М.: Сельхозгиз, 1961. - 63 с.
19. Красницкий В.М., Шмидт А.Г. Агрохимическая характеристика пахотных почв и эффективность сельскохозяйственного производства в Омской области // Плодородие, 2018, № 1. - С. 64-67.
