CC BY
32УДК 633.63:631.8
doi.org/10.24411/2413-5518-2020-11103
Локализация и трансформация монокомпонентных хелатных микроудобрений на поверхности листьев сахарной свёклы
Е.А. ДВОРЯНКИН, д-р с/х. наук (e-mail: dvoryankin149@gmail.com)
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»
Введение
Комплексоны (хелатирующие агенты - ЭДТА, ДТПА, ОЭДФ и др.) и комплексонаты (хелатные формы металлов) находят широкое применение в сельском хозяйстве при производстве биологически активных микроудобрений [7, 10].
Листовые подкормки растений — распространённый способ внесения элементов питания с целью корректировки дозы удобрений в период интенсивного роста культуры или при проявлении признаков голодания у растений [2, 4]. Скорость усвоения элементов питания через листья значительно выше, чем из удобрений, внесённых в почву. Полагают, что некорневая подкормка, повышая интенсивность фотосинтеза, улучшает поступление органических веществ к корням, усиливает обменные процессы в растительной клетке [3, 8].
Особую роль в питании растений играют микроэлементы — металлы, которые называют элементами жизни или биометаллами (около 10 элементов). Они определяют рост, развитие, размножение и другие процессы, протекающие в растительном организме. Микроэлементы используют в виде минераль-
ных, хелатных и минерально-хе-латных удобрений [9, 12].
Монокомпонентные хелатные удобрения применяют на сахарной свёкле в исключительных случаях при ярко выраженном недостатке у растений железа, меди, цинка или марганца. В данном опыте их использовали в качестве объекта исследования при изучении распределения и структуризации частиц хелатного раствора на поверхности листьев сахарной свёклы [5, 6].
Цель исследования — изучить трансформацию микроэлементов, хелатированных ЭДТА (этилен-диаминтетрауксусная кислота) и ДТПА (диэтилентриаминпента-уксусная кислота) на поверхности листьев сахарной свёклы.
Материалы и методы
исследований
В работе использовали хелаты железа (ДТПА), марганца (ЭДТА), меди (ЭДТА) и цинка (ЭДТА) производства Lima Europe NV (Бельгия). Норма расхода удобрений на сахарной свёкле по препарату 0,5-1 кг/га [11].
Для реализации поставленных задач применили метод микроскопии эпидермы листа сахарной свёклы и метод капельного анализа
структуры микроудобрений в смывах с поверхности листьев в сухих и влажных плёнках раствора в сочетании с фотосъёмкой объектов [1].
Исследования проводили в лабораторных и полевых опытах. Перед обработкой растений хелат-ными металлами листья протирали влажной губкой для устранения помех в виде пыли, частиц почвы и песка. В опытах после обработки хелатными удобрениями отдельные листья или растения накрывали сетчатой белой тканью с ячейкой 0,35 х 0,35 мм, хорошо пропускающей свет, воздух, влагу.
Стекание хелатных удобрений с листьев растений оценивали поэтапно.
1. Мелкокапельным распылением воды (без стекания жидкости с поверхности объекта) обрабатывали отделённый от растения лист, выдерживали его в горизонтальном положении в течение 5 минут и затем стряхивали капли на блюдце (имитация естественного стекания). Капли собирали шприцем, собранную жидкость (0,08—0,15 мл) помещали на предметное стекло для анализа под микроскопом.
2. Этот же лист подвергали искусственному дождеванию в течение 0,5—1 минуты для смыва
остатков растворимой фракции удобрений.
3. С этого же листа делали принудительный смыв щёточкой адсорбировавшейся на ткани части микроудобрений и анализировали под микроскопом. Идентификацию микроэлемента проводили по реакции образования нерастворимого в воде осадка оксидов металла в растворе проб со щёлочью (30 % КОН). Для полноты осаждения солей железа и марганца растворы подогревали до 80 оС, а осадки растворов меди и цинка получали при кипячении щелочных растворов проб на открытом воздухе в течение 10 минут. Наиболее полно реакция образования оксидов меди протекала при кипячении до изменения голубого цвета раствора на фиолетовый. Для наблюдения под микроскопом осадка раствор разбавляли дистиллированной водой, убирая жидкость над осадком и приливая в оставшийся раствор воду (несколько раз).
Распределение раствора
и структуризация микроудобрений
на листьях растений
Водные растворы хелатных металлов — меди, марганца, железа, цинка в кислой среде (рН 5,0—5,5) прозрачны и стабильны в течение длительного времени (нескольких суток). В щелочной среде (рН 7,6— 8,0) микроудобрения спустя некоторое время (несколько часов) образуют взвеси и другие мелкие структуры.
На листьях сахарной свёклы раствор хелатных удобрений распределяется в виде капелек разного размера (рис. 1.2). В условиях низкой влажности воздуха и температуре выше 22 оС вода из раствора быстро испаряется, а удобрение относительно равномерно распределяется на поверхности клеток ткани листьев (рис. 1.3). При образовании небольшого конденсата
Рис. 1. Локализация и структуризация хелатных металлов на листьях сахарной свёклы: 1 — контроль; 2—10 — трансформация хелатных удобрений (пояснение в тексте)
влаги на листьях, например в ночное время, микроудобрения вновь легко растворяются и перераспределяются на поверхности клеток. С нарастанием конденсата влаги на листьях мелкие капельки растворенных удобрений сливаются в более крупные, которые смещаются к стенкам клетки, а при обильном конденсате капли раствора стекают на почву (рис. 1.4).
Лабораторные опыты показали, что структуризация хелатных микроудобрений на листьях сахарной свёклы зависит от физико-химических свойств используемой воды и прежде всего от кислотности раствора микроудобрений. Например, растворы хелатных удобрений, приготовленные на речной воде (рН 6,5—7,4), артезианской (рН 7,8), озёрной (рН 7,6— 8,5), прудовой (рН 8,2—8,6) спустя некоторое время (от одних до трёх суток) образовывали на поверхности листьев структуры разной формы и величины. Локализация структурных частиц хелатных удобрений на листьях сахарной свёклы зависела от влажности и температуры воздуха, скорости испарения капель раствора и образования конденсата влаги на листьях. В нейтральной и слабощелочной средах при высокой влажности воздуха хелатные удобрения структурировались в виде хлопьев, в основном вдоль стенок клеток листа (рис. 1.5 — железо; 1.6 — цинк; 1.7 — медь; 1.8 — марганец).
Позднее рыхлые структуры хе-латных удобрений на листьях сахарной свёклы трансформировались в более плотные слаборастворимые в воде частицы (рис. 1.9, 1.10).
Структуризация растворов хе-латных удобрений на листьях протекала значительно быстрее в щелочной среде, минуя образование частиц в форме хлопьев. Корректировка кислотности природной воды лимонной кислотой
до рН 5,0—5,5 сдерживала образование структур или заметно снижала скорость структуризации хе-латных микроудобрений.
Отмечено значение периодичности высыхания и увлажнения плёнки хелатных удобрений на листьях сахарной свёклы в образовании структурных частиц. Возможно, в структурировании хелат-ных металлов на листьях растений принимали участие органические и минеральные выделения листа — жиры, белки, углеводы, а также соли и другие вещества. В лабораторных условиях структурированные частицы хелатных металлов сохранялись на поверхности листьев длительное время (более 14 дней).
Хелатные удобрения легко смываются с поверхности листьев сахарной свёклы. При искуственном дождевании бытовым распылителем жидкости в течение 10—15 секунд хелатные металлы полностью стекали с листьев растений, в том
числе в виде структурированных частиц — это подтверждалось их наличием в смывах водой с поверхности листьев (рис. 2.1—2.3). Следует отметить, что с образованием плотных частиц хелатных микроудобрений часть из них хорошо удерживались на эпидерме после кратковременного дождевания листьев.
Кроме мелких структур на поверхности листьев наблюдали единичные более крупные частицы. Скорее всего, и те и другие являются металл-органическими веществами. По плотности они легче воды, а те, что крупнее, представляют собой конгломераты, иногда с вкраплениями более мелких частиц (рис. 2.4).
Качественные реакции
на присутствие микроудобрений
Результаты исследований особенностей локализации хелат-ных комплексов с металлами ^е - ДТПА, Си - ЭДТА, Мп -
Шт[ * ^П"4' £ / -'ЯК 14« Л1/' эййШрЗЯ нСОЭ ^ Ш7ЕЖЯ лЭДЯ.. •ТОПИ о ■ ■■£ V чк V ©
© ЛДЬУ т. о О й
Рис. 2. Частицы хелатных металлов в смывах при стекании с водой с листьев сахарной свёклы
^Г т [^^ИВмвЯ кг П^г^Х^^^Вь' 94 я ^ * .^^г ^^^гН^ »г ©
© ГГ . Ч • I, V, '¿у^ о
Рис. 4. Осадок оксидов марганца (1, 2) и железа (3, 4). 1 и 3 — контроль (раствор); 2 и 4 — микропробы с листьев через три дня после обработки растений
ЭДТА, 2п - ЭДТА) на поверхности листьев сахарной свёклы, их структурирование и перераспределение на объекте подтверждались качественными реакциями на присутствие металлов в микропробах с листьев растений. В сильной щёлочи исследуемые металлы образуют осадки оксидов разного цвета (рис. 3).
В микропробах смывов водой хелатных удобрений с поверхности листьев отчётливо наблюдали в реакции со щёлочью образование осадков оксидов металлов, например, характерных для марганца и железа (рис. 4). При повторных смывах удобрений с этих же листьев после кратковременного дождевания следов присутствия хелатных удобрений в пробах не обнаруживали.
Локализация и структуризация хелатных микроудобрений в условиях открытого грунта. Полевой опыт
В первые сутки после обработки растений растворами хелатных удобрений распределение препаратов на листьях сахарной свёклы заметно не отличалось от такового в лабораторных условиях.
Локализация хелатных удобрений на листьях сильно подвержена влиянию окружающей среды. Так,
выпавшая роса растворяла удобрения, и раствор перераспределялся на поверхности листа. Обильная роса большей частью смывала препарат, он стекал вместе с ней по бороздке черешка на головку корнеплода в расположение точки роста или непосредственно на почву. Кратковременный, а тем более продолжительный дождь
полностью смывали с растений хелатное удобрение. Включение в раствор препарата «Оптимум» в рекомендуемых дозировках [11] для удержания удобрений на листьях не обеспечивало ожидаемого результата при обильной росе или выпавших осадках, что подтверждалось качественным анализом в смывах водой.
В тёплую и особенно жаркую солнечную погоду раствор микроудобрений на поверхности листьев высыхает до воздушно-сухого состояния. При нарастании влажности воздуха в ночное время, также как и при выпадении умеренной росы (без стекания влаги), хелат-ные удобрения структурируются в виде мелких и более крупных частиц.
Отсюда следует, что заметные колебания факторов среды, таких как температура и относительная влажность воздуха, солнечная радиация, роса и осадки, оказывают большое влияние на локализацию
Рис. 3. Осадки оксидов монокомпонентных хелатных удобрений: 1 — оксид железа (красный), 2 — оксид цинка (белый), 3 — оксид марганца (буро-коричневый), 4 — оксид меди (голубой)
и структуризацию хелатных удобрений на листьях растений, а также на их стекание с поверхности листьев.
Заключение
Длительность удержания хелатных удобрений на листьях сахарной свёклы в полевых условиях колебалась от одних до пяти суток. Основным фактором стекания препарата с поверхности листьев являлся избыток влаги в виде обильной росы и осадков. Лишь структурированные формы хелат-ных удобрений, образующиеся позднее, частично удерживались на эпидерме листьев сахарной свёклы, поэтому рекомендации специалистов о необходимости двух-трёхкратного применения хелатных микроэлементов на культурах в полевых условиях для получения хозяйственного эффекта вполне оправданны.
Список литературы
1. Алексеев, В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа / В.Н. Алексеев. — М. : Химия, 1973. - 584 с.
2. Анспок, П.И. Микроудобрения / П.И. Анспок. — Л. : Агропро-миздат, 1990. — 272 с.
3. Битюцкий, Н.П. Минеральное питание растений: учебник / Н.П. Битюцкий. — СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2014. — 540 с. + вкл. 8 с.
4. Булыгин, С.Ю. Микроэлементы в сельском хозяйстве / С.Ю. Булыгин [и др.]. — Дншропетровськ : ач, 2007. — 100 с.
5. Дворянкин, Е.А. Влияние условий среды на трансформацию хелатного железа (ДТПА) на поверхности листьев сахарной свёклы / Е.А. Дворянкин // Сахар. — 2020. — № 1. — С. 48—51.
6. Дворянкин, Е.А. Локализация и миграция хелата марганца (ЭДТА) на поверхности листьев сахарной свёклы при внекорневой подкормке растений культуры / Е.А. Дворянкин // Сахарная свёкла. - 2020. - № 2. - С. 31-34.
7. Дятлова, Н.М. Комплексо-ны и комплексонаты металлов / Н.М. Дятлова, В.Я. Тёмкина, К.И. Попов. - М. : Химия, 1988. -544 с.
8. Жердецкий, И.Н. Влияние некорневой подкормки на продуктивность и химический состав сахарной свёклы / И.Н. Жердецкий // Агрохимия. - 2011. - № 4. -С. 45-51.
9. Лапа, В.В. Применение макро-и микроудобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур / В.В. Лапа, М.В. Рак // Белорусское сельское хозяйство. -2009. - № 4 (84). - С. 40-43.
10. Мартыненко, Л.И. О влиянии комплексонов на биосферу / Л.И. Мартыненко, Н.П. Кузьмина // Химия комплексонов и их применение. - Калинин, 1986. -С. 3-28.
11.agromaster.ru/iiles/catalog_hoz_ 2017_color.pdf
12. https://agrostory.com/info-centre/agronomists/vnekornevoe-pitanie-rasteniy-pravila-i-osobennosti/
Аннотация. Рассматривается локализация, трансформация и длительность удержания хелатных микроэлементов на листьях сахарной свёклы в лабораторных и полевых условиях. Показано значительное влияние погодных условий (температуры и влажности воздуха, осадков, обильной росы и других факторов среды) на распределение и структуризацию хелатных удобрений на листьях, а также на их стекание. Установлено, что основным фактором стекания хелатных удобрений с поверхности листьев является избыток влаги в виде обильной росы и осадков. Результаты исследований особенностей локализации хелатных комплексов с металлами на поверхности листьев сахарной свёклы, их структурирование и перераспределение на объекте подтверждались качественными химическими реакциями на присутствие металлов в микропробах с листьев растений.
Ключевые слова: сахарная свёкла, хелатные микроудобрения, кислотность воды, локализация, трансформация, миграция, погодные условия. Summary. Localization, transformation and retention time of chelate microelements on sugar beet leaves under field conditions are considered. A great influence of weather conditions (air temperature and moisture, rainfall, heavy dew and other environmental factors) on distribution and structuring of chelate fertilizers on leaves as well as their flowing down from leaf surface has been demonstrated. It has been determined that excess moisture in the form of heavy dew and rainfall is the main factor of the chelate fertilizers' flowing down from leaf surface. The results of studying localization peculiarities of chelate complexes with metals at sugar beet leaf surface, their structuring and redistribution over the object have been confirmed by chemical quality reactions for presence of metals in micro-samples taken from plant leaves.
Keywords: sugar beet, chelate microfertilizers, water acidity, localization, transformation, migration, weather conditions.
