CC BY
4
УДК 631.893.99 DOI: 10.24412/1029-2551-2021-5-007
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ПРОЛОНГИРОВАННЫХ ФОРМ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ УДОБРЕНИЙ С ВКЛЮЧЕНИЕМ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕ
О.А. Шаповал, д.с.-х.н., Р.А. Боровик, к.б.н.
ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, e-mail: elgen@mail.ru
Представлены результаты испытания новых форм метиленмочевины с различными пролонгированными характеристиками и с включением в их матрицу микроэлемента цинка. Были изучены закономерности влияния этих форм в разных дозировках на рост вегетативной массы яровой пшеницы (Triticum aestivum L.), эффективность и стабильность работы фотосинтетического аппарата, а также на урожайность. Данные получены в ходе однолетнего микроделяночного полевого опыта, в котором в качестве эталона выступал хелат цинка. В результате было показано, что применение метиленмочевины с цинком оказывает положительное влияние на рост и продуктивность пшеницы, позволяет повысить КПД и устойчивость фотосинтетического аппарата. Причем наиболее эффективной оказалась более растворимая форма.
Ключевые слова: пшеница мягкая, пролонгированные удобрения, цинк, метиленмочевина.
APPLICATION OF NEW SLOW-RELEASE UREAFORMS WITH MICRONUTRIENTS
ON SPRING WHEAT
Dr.Sci. O.A. Shapoval, Ph.D. R.A. Borovik
D.N. PryanishnikovInstitute of Agrochemistry, e-mail: elgen@mail.ru
Results of testing new forms of methylene urea containing micronutrient zinc with different slow-release characteristics are present in this paper. The aspects of the influence of these forms in various rates on the growth of the vegetative mass of spring wheat (Triticum aestivum L.), the efficiency and stability of photosynthetic apparatus, as well as the yield were studied. The data were obtained from a one-year microplot field experiment using zinc chelate as a reference. It was shown that the use of methylene urea with zinc has a positive effect on the growth and productivity of spring wheat, allows to increase the efficiency and stability of photosynthetic apparatus. Moreover, the most effective was the more soluble form.
Keywords: spring wheat, slow-release fertilizers, zinc, methylene urea.
Производство удобрений постоянно сталкивается с проблемой увеличения эффективности их использования и минимизации любого возможного неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Есть несколько сценариев решения этих проблем: модернизация уже используемых удобрений; разработка новых инновационных видов; создание удобрений с пролонгированным действием, с синхронизированным поступлением элементов питания в растения. Такие продукты уникальны по своим химическим и физическим свойствам, экологически безопасны, устойчивы к изменениям влажности и температуры.
Перспективность использования пролонгированных форм удобрений обусловлена целым рядом преимуществ, которыми они обладают по сравнению «простыми быстродействующими» формами. Во-первых, значительно снижаются потери элементов питания, во-вторых, технологии производства пролонгированных форм позволяют включать в композицию несколько элементов питания, получая полные комплексные удобрения, что в сочетании со снижением вероятности возникновения токсическо-
го эффекта и потерь элементов питания позволяет сократить количество внесений, а следовательно, расходы на применение этих удобрений [1-3].
Технологии производства удобрений пролонгированного действия направлены на то, чтобы «синхронизировать переход элементов питания в доступные растениям формы». Несмотря на то, что этот «идеал» не достижим в полевых условиях, некоторые формы удобрений пролонгированного действия позволяют повышать содержание питательных элементов в почве в критические для растений периоды [1, 2].
Удобрения пролонгированного действия, несмотря на множество преимуществ, все еще не получили достаточно широкого распространения в сельском хозяйстве. Этому препятствует ряд обстоятельств. Например, высокая цена продукта, которая обусловлена сложным многоступенчатым процессом производства и дорогой маркетинговой политикой, требующей наличия квалифицированных консультантов и сопутствующего сервиса. Удорожанию способствует и то, что мощности заводов по производству пролонгированных удобрений зача-
стую не велики, а материалы, используемые в качестве покрытия, нередко многократно дороже действующих компонентов [2].
Наиболее известным и распространенным пролонгированным удобрением служит метилен мочевина. Ее получают по реакции полимеризации мочевины и формальдегида, которая протекает в условиях контролируемого соотношения исходных продуктов реакции, температуры и pH. Полученный продукт представляет собой смесь непрореагировавшей мочевины, димеров, олигомеров, таких как мономети-лолмочевина или диметилолмочевина, а также цепочек метиленмочевины различной длины. Добавление катализатора позволяло получать продукты с большей растворимостью в воде, а подкисление реакционной смеси приводило к образованию длинных цепочек полимеров. Увеличение соотношения мочевины и формальдегида позволяет получать удобрения с большей долей растворимого в воде азота. Типичное содержание азота в мочевиноформальдегидных продуктах около 37-40% [4-6]. Совершенствование технологий синтеза метиленмочевины позволило повысить индекс активности этого удобрения с 40 до 5560% и получать продукты с большей чистотой [4].
Основное количество исследований метиленмо-чевины посвящено влиянию факторов внешней среды, таких как биологическая активность почв, влажность, содержание глинистых минералов и т.д., на скорость минерализации мочевинофор-мальдегидных удобрений при различном соотношении исходных реагентов [4, 6, 7]. Однако многие аспекты ее воздействия требуют новых исследований с учетом развития методик ее синтеза. Одна из важнейших проблем в изучении пролонгированных форм удобрений - отсутствие стандартизированных методов определения паттерна трансформации питательных элементов в доступные формы. Лабораторные способы определения зачастую не согласуются с данными полевых исследований [2].
Цель исследования - изучение эффективности применения метиленмочевины с включением цинка и различными пролонгированными характеристиками под яровую пшеницу.
Объекты и методы. Для исследования действия и эффективности пролонгированных форм азотных удобрений с включением микроэлементов ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова совместно с ФИЦ «Казанский НЦ РАН» были разработаны и синтезированы две формы метиленмочевины с включением в матрицу цинка. Метиленмочевина -мочевиноформальдегидное удобрение, которое содержит до 40% азота и представляет собой смесь полимеров цепочек различной длины и свободной мочевины. В зависимости от исходного соотношения мочевины к формальдегиду и условий протекания реакции, могут быть получены композиции с разнообразными пролонгированными характери-
стиками. Композиции с низким соотношением мочевины к формальдегиду при внесении в почву разлагаются медленнее [5]. В нашем опыте проведено изучение двух форм метиленмочевины с разным соотношением мочевины к формальдегиду -1:1,125 и 1:1,5. Содержание цинка в первой форме - 1,42%, во второй - 2,7%.
Исследование метиленмочевины с цинком проводили в сравнении с простым микроудобрением -хелатом цинка (ЭДТА 2и). Это удобрение - не пролонгированное, содержит 15% цинка. Хелатная форма водорастворимая, микроэлемент после внесения долгое время остается в стабильной хелатной форме, хорошо доступной корням растений [8].
В качестве испытуемой культуры выбрана яровая пшеница (ТгШсит aestivum Ь.) сорта Агата. Сорт включен в Госреестр по Центральному (3) региону, рекомендован для возделывания в Калужской, Рязанской и Тульской областях. Разновидность лю-тесценс. Куст полупрямостоячий. Растение средней длины - длинное. Соломина выполнена слабо. Ценная пшеница. Содержание белка 12,6-16,3%, сырой клейковины в муке 29,0-44,0%, ИДК 57-92 ед.
Микрополевой мелкоделяночный опыт на яровой пшенице заложен в 2020 г. в пленочной теплице на Опытной станции ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова (п. Барыбино, Домодедовский р-н, Московская обл.). Схема опыта включала 6 вариантов -контроль, вариант с внесением хелата цинка в качестве эталона и 4 варианта с внесением разных форм метиленмочевины в двух дозировках (однократной и двукратной). Повторность опыта трехкратная. Размер делянки 1 м2. Дозу хелата цинка рассчитывали исходя из нормы внесения цинковых удобрений 3 кг д.в/га. Метиленмочевину вносили в дозах: 2 и 3 кг д.в/га (табл. 1). При закладке опыта азотный фон всех делянок выравнивали путем внесения карбамида.
Почва в теплице насыпная. Гранулометрический состав супесчаный (содержание частиц размером < 0,01 мм 18,0%), почва богата органическим веществом, хорошо обеспечена фосфором, содержание гумуса 9,69% (ГОСТ 26213-91), содержание подвижного фосфора 367 мг/кг, обменного калия - 100 мг/кг (ГОСТ Р 54650-2011). Реакция среды близка к нейтральной, рНка (ГОСТ 26483-85) 5,38. Содержание подвижных форм цинка (РД 52.18.289-90, вытяжка ацетат-аммонийным буфером рН 4,8) 3,2 мг/кг.
В микрополевом опыте посев пшеницы сорта Агата проводили 7 мая 2020 г. Норма высева 6 млн. семян на га, глубина заделки семян 3 см. 3 июня проводили подкормку карбамидом из расчета 5 г/м2, в фазе кущения посевы обрабатывали гербицидами Агростар, ВДГ, 0,01 кг/га + Трисил, ВДГ, 0,01 кг/га + Ибис 100, КЭ, 0,8 л/га (смесь), в фазе выхода в трубку - фунгицидом Атлант Супер, КЭ, 0,4 л/га, инсектицидом Гладиатор Супер, КЭ, 0,15 л/га. Хе-лат цинка и метиленмочевина вносили вразброс.
1. Схема микрополевого мелкоделяночного опыта
Вариант Доза внесения Доза внесения
Zn, кг/га Zn, кг/га
(физ. масса) (физ. масса)
1. Контроль - -
2. ХЦ 3 20
3. ММ 1:1,125, доза 1 2 140
4. ММ 1:1,125, доза 2 3 210
5. ММ 1:1,5, доза 1 2 74
6. ММ 1:1,5, доза 2 3 110
Расшифровка вариантов: 2 - хелат цинка (эталон); 3 - метилен-мочевина (1:1,125) + Zn; 4 - метиленмочевина (1:1,125) + Zn; 5 -
метиленмочевина (1:1,5) + Zn; 6 - метиленмочевина (1:1,5) + Zn
В течение вегетации трижды определяли сырую надземную массу растений: 30 июня (выход в трубку), 22 июля (начало молочной спелости) и 27 августа (полная спелость). Для определения надземной биомассы отбирали 20 растений с делянки.
22 июля проводили определение параметров эффективности протекания фотосинтеза методом PAM-флуориметрии в программе WinControl-3.29 при естественном внешнем освещении в режиме «Act.-Yield» (флуориметр марки Junior-PAM, изготовитель Heinz Walz GmbH). Были определены следующие параметры: Y(II) - эффективный выход флуоресценции, показывающий долю солнечной энергии, которая расходуется фотосистемой II непосредственно на синтез органического вещества. Параметры Y(NPQ) и Y(NO) - регулируемое и нерегулируемое нефотохимическое тушение флуоресценции - показывающее долю солнечной энергии, которая отводится внутренними механизмами в хло-ропластах как избыточная или рассеивается в окружающую среду в виде тепла. ETR - скорость работы электрон-транспортной цепи [9]. Состояние фотосинтетического аппарата в фазе молочной спелости отражает общий уровень обеспеченности растений азотом, недостаток которого в этот период - критический для развития и налива зерна [10].
27 августа со всей делянки сплошным учетом, определяли биологическую урожайность, прибавку к урожаю и массу 1000 зерен.
Полученные данные обработали методом одно-факторного дисперсионного анализа без взаимодействий, по результатам которого были рассчита-
ны значения НСР при уровне значимости 0,05. Расчеты проводили в программе Excel 2019.
Результаты. Сырая надземная масса пшеницы выявила устойчивый рост во всех вариантах (табл. 2 и рисунок): 30 июня этот показатель был достоверно выше при использовании MM 1:1,125 доза 2 и MM 1:1,5 доза 1 на 28-31%, при 4,49 г/растение в контроле; 22 июля этот параметр колебался в интервале 5,21-6,83 г/растение. К 27 августа сырая надземная масса в контроле составила 7,22 г/растение, в вариантах с использованием MM 1:1,125 доза 2 и MM 1:1,5 доза 2 этот показатель вырос на 30-32% и составил соответственно 9,42 и 9,55 г/растение.
Данные по эффективности работы фотосинтетического аппарата в листьях яровой пшеницы свидетельствуют о положительных изменениях на фоне различных форм метиленмочевины с цинком. Показатель Y(II) характеризует эффективность работы фотосистем II типа, т.е. общее количество световой энергии, которая используется непосредственно на синтез органического вещества (табл. 3). Этот показатель во всех вариантах оказался достоверно выше контрольного и достигал максимума на варианте ММ 1:1,5 доза 1 - 0,295 (172% к контролю).
Нефотохимическое регулируемое тушение флуоресценции характеризует возможности антистрессового ответа растения. Максимальные показатели получены в варианте ММ 1:1,125 1 доза. Использование этого показателя можно интерпретировать как ответ растения на различные стрессовые ситуации. Скорость электрон-транспортной цепи (ETR) характеризует КПД работы всего фотосинтетического аппарата. Этот показатель был самым высоким на варианте ММ 1:1,125 1 доза и составил 52,0 ммоль эл/(м2 • с), что выше контроля на 51%. Из полученных данных можно сделать вывод, что применение метиленмочевины и хелата цинка улучшает работу фотосинтетического аппарата, при этом на фоне ме-тиленмочевины значительно снижаются нефизиологические потери солнечной энергии (их характеризует параметр Y(NO)) (табл. 3).
Используемые матрицы оказали положительное влияние на биологическую урожайность яровой пшеницы (табл. 4). В варианте с хелатом цинка биологическая урожайность составила 521 г/м2, прибавка к абсолютному контролю - 98 г/м2, или 23,1%.
2. Влияние использования матриц с содержанием цинка _на сырую надземную массу яровой пшеницы_
Вариант 30.06.2020 22.07.2020 27.08.2020
г/шт. ± г/шт. % г/шт. ± г/шт. % г/шт. ± г/шт. %
Контроль 4,49 - - 5,21 - - 7,22 - -
ХЦ 4,56 0,07 102 6,33 1,12 121 7,94 0,72 110
ММ 1:1,125, доза 1 4,91 0,42 109 5,94 0,73 114 8,58 1,36 119
ММ 1:1,125, доза 2 5,87 1,38 131 5,13 -0,08 98 9,42 2,20 130
ММ 1:1,5, доза 1 6,01 1,52 134 6,83 1,62 131 8,28 1,06 115
ММ 1:1,5, доза 2 5,74 1,25 128 6,66 1,45 128 9,55 2,33 132
НСР0,05 1,3 1,1 0,9
4. Влияние использования матриц с содержанием цинка на биологическую урожайность и качество семян яровой пшеницы
12
Контроль Хелат MM MM ММ 1:1,5, ММ 1:1,5, цинка 1:1.125, 1 1:1,125, 2 1 доза 2 доза доза доза □ 30.06.2020 □ 22.07.2020 D27.08.2020
Вариант Биологическая Прибавка Масса
урожайность, к контролю 1000
г/м2 г/м2 % зерен, г
Контроль 423 - - 30,68
ХЦ 521 98 23,1 33,11
ММ 1:1,125, доза 1 576 153 36,2 33,25
ММ 1:1,125, доза 2 818 395 93,0 36,31
ММ 1:1,5, доза 1 570 147 34,8 36,08
ММ 1:1,5, доза 2 728 305 72,1 35,75
НСРс,05 94 2,34
Влияние использования матриц с содержанием цинка на сырую массу растения
3. Влияние матриц с содержанием цинка на параметры протекания фотосинтеза в листьях яровой
Самая высокая прибавка получена в варианте с ММ 1:1,25 доза 2 и составила 818 г/м2, что выше на 395 г/м2, или 93% абсолютного контроля, и на 297 г/м2, или 57% варианта с хелатом цинка. В целом по вариантам прибавка биологической урожайности колебалась в интервале 395-217 г/м2, или 93-46,8%. Такую же тенденцию наблюдали при определении массы 1000
зерен. Самые высокие показатели были в варианте ММ 1:1,25 доза 2 и составили 36,31 г, в контроле 30,68 г. Прибавка по всем вариантам колебалась в интервале от 3,13 г, или 10% до 5,63 г, или 18,4%.
Таким образом, матрицы на основе мети-ленмочевины положительно влияли на рост пшеницы, фотосинтетическую активность и продуктивность. На всех вариантах с ее применением отмечено достоверное увлечение сырой надземной массы и биологической урожайности. Самая высокая прибавка к урожаю получена в варианте с использованием ММ 1:1,125 доза 2. Также на этом варианте отмечена самая высокая надземная масса. Аналогичная тенденция наблюдалась при определении массы 1000 семян. Применение метилен-мочевины также позволяло улучшать работу фотосинтетического аппарата. Анализ данных не позволил выявить четкой связи величины эффекта с дозировкой и формой метилен-мочевины, однако на всех вариантах, где ее применяли, отмечено достоверное увеличение КПД фотосинтеза и снижение нефизиологических потерь энергии. Внесение метиленмо-чевины также способствовало увеличению эффективности работы механизмов отвода избыточной солнечной энергии из хлоропла-стов даже по сравнению с эталонным вариантом, где применяли хелат цинка.
пшеницы (22 июля 2020 г., прибор Junior PAM)
Вариант Y(II)* Y(NO) Y(NPQ)** ETR, ммоль эл/(м2 • с)***
1 0,171 0,585 0,235 32,1
2 0,191 0,561 0,248 33,7
3 0,211 0,457 0,332 37,2
4 0,200 0,445 0,355 35,3
5 0,295 0,387 0,318 52,0
6 0,206 0,455 0,339 36,3
Примечание. Расшифровка вариантов дана в таблице 1.
*У(П) - эффективный выход флуоресценции, показывающий долю световой энергии, расходующуюся на протекание фотохимических процессов в фотосистеме II.
**У(№^) - нефотохимическое регулируемое тушение флуоресценции - доля нефотохимической энергии, связанная с иными механизмами рассеивания световой энергии.
***ЕТК - скорость работы электрон-транспортной цепи ммоль эл/(м2 • с)._
Литература
1. Oertli J.J. Fertilizer research // Controlled-release fertilizers, 1980, № 1. - P. 103-123.
2. Fu J. et al. Communications in Soil Science and Plant Analysis // Classification research and types of slow controlled release fertilizers (SRFs) used - a review, 2018, Vol. 49, № 17. - P. 2219-2230.
3. Winsor G.W., Long M.I.E. Development of Urea-Formaldehyde Compounds as Nitrogenous Fertilizers // The Journal of the Science of Food and Agriculture, 1958, № 9. - P. 185-194.
4. Shaviv A. Advances in Controlled-Release Fertilizers // Advances in Agronomy, 2001, Vol. 71. - P. 2-51.
5. Hauck R.D. Slow-Release Nitrogen Fertilizers / Nitrogen in Crop Production. - Madison, WI: ASA, 1984. - P. 195-206.
6. Tandon H.L.S. A Short History of Fertilizers // Indian Journal of Fertilisers, 2010, № 6. - Р. 21-25.
7. Sazzad M.H., Islam T., Chowdhury F. A Review & Outlook of Slow-Release Fertilizer. A breakthrough product for agronomy & horticulture. - Saarbrücken: Lambert Academic Publisher, 2013. - 158 p.
8. Clemens D.F., Whitehurst B.M., Whitehurst G.B. Chelates in agriculture // Fertilizer Research, 1990, № 25. - P. 127-131.
9. Schreiber U. Pulse-Amplitude-Modulation (PAM) Fluorometry and Saturation Pulse Method: An Overview // Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis: eds. G.C. Papageorgiou, Govindjee. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2004, Vol. 19. - P. 279-319.
10. Минеев В.Г., Сычев В.Г., Гамзиков Г.П. и др. Агрохимия: учебник. - М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. - 854 с.
