CC BY
47
14. Ercisli S., Ozturk I., Kara M., Kalkan F., Seker H., Duyar O., Erturk Y. Physical properties of hazelnuts// Intern.Agrophysics,2011; Vol.25,N2. -- P.115-121
15. Muehlbauer M., Molnar Th. Hazelnuts, a potential new crop for the Northeast: an update on the Rutgers University Breeding Program// Fruit Notes, 2014; T.79, N 4. - P. 1-3.
E-mail [email protected]
УДК 546: 632.951
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ НАНОКОМПОЗИТА МЕДИ ДЛЯ ИНКРУСТАЦИИ СЕМЯН ОЗИМОЙ ТРИТИКАЛЕ
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF NANOKOMPOZITA COPPER FOR INLAY OF SEEDS OF TRITICALE
В. Е. Древин, кандидат химических наук Н. А. Филимонова, кандидат технических наук В. Т. Фомичев, доктор технических наук, профессор И. А. Кучерова, кандидат сельскохозяйственных наук
В.Е . Drevin, N.A. Filimonova, V.T. Fomichev, I. A. Kucherova
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Нанокомпозиты - стремительно развивающееся направление наноразмерного материаловедения. Системы на основе меди вызывают особый интерес, так как медь - уникальное явление в борьбе с патогенной микрофлорой. В сравнении с водными растворами солей меди, более эффективными являются системы на основе наночастиц меди. Поэтому размеры, формы, способы получения и стабилизации наночастиц меди вызывают особый интерес. Рассмотрена перспективная технология получения нанокомпозитов на основе минерального сырья (бишофит) для инкрустации семян сельскохозяйственных культур на примере озимой тритикале. Нанокомпозиты образуются в результате окисления меди в окислительно-восстановительной системе: медь в водном растворе бишофита. Среди способов получения медных нанокомпозитов особый интерес представляют то-похимические реакции с использованием минеральных сорбентов. Это позволило удачно сочетать антимикробные свойства меди с высокой минеральной ценностью, ионообменными свойствами минерального сырья и создать препараты пролонгированного действия.
Nanokompozity-rapidly developing direction of nano material science. Copper-based systems are of particular interest, because copper is a unique phenomenon in the Suppression of pathogenic microflora. Compared to aqueous solutions of salts of copper systems are much more effective on the basis of copper nanoparticles. Therefore, the sizes, shapes, how to obtain and to stabilize the copper nanoparticles are of particular interest. Considered a promising technology for Nanocomposites based on minerals (bischofite) for incrustation of seed crops on the example of winter triticale. Nanokompozity formed by oxidation of copper in a redox system: copper in aqueous solution of bishofit. Among the ways to obtain copper topo-himicheskie special interest nanobiokompozitov reaction using mineral sorbents. This enabled successfully combine antimicrobial properties of copper with high mineral value, Ion-Exchange properties of mineral raw materials and create drugs prolonged action.
Ключевые слова: нанобиокомпозит, бишофит, обеззараживание, окислитель-но-восстановительнаяреакция, минерал, наночастица, инкрустация.
Keywords: nanobiokompozit, bishofit, decontamination, redox reaction, mineral, na-noparticle, inlay.
Введение. В настоящее время одним из перспективных направлений развития современной науки можно считать создание и применение композиционных материалов в сельском хозяйстве. Интерес к таким материалам обусловлен появлением у них
уникального комплекса функциональных и механических свойств, в значительной мере отличающихся от свойств исходных материалов. Появление повышенных, а зачастую абсолютно новых свойств нанокомпозиционных материалов может быть связано с целым рядом факторов [10].
В последние годы повысился интерес к наночастицам различного происхождения. Связано это с тем, что нанообъекты, размеры которых находятся в диапазоне 1-100 нм, обладают особыми, уникальными свойствами. Наночастицы взаимодействуют друг с другом и окружающей средой иначе, чем макрочастицы. Многие химические и физические свойства наночастиц существенно отличаются от подобных качеств макроскопического объекта для того же вещества. Наночастицы, вводимые в матрицу, взаимодействуют с ней на молекулярном уровне, что приводит к образованию композиционного материала, обладающего высокой адгезионной прочностью матрицы к наночастицам [7].
Перспективными с точки зрения получения нанокомпозитов могут быть наночастицы электроактивированного, структурированного раствора природного бишофита, обладающего гидрофильной поверхностью и, как правило, достаточно высокой биосовместимостью, что способствует широкому использованию нанокомпозитов на его основе в сельском хозяйстве.
Бишофит - экологически чистый природный магниевый полиминерал, уникальный по своему составу, который по содержанию важных для и жизнедеятельности растений макро- и микроэлементов не уступает другим природным аналогам. Бишофит -уникальный минерал, содержащий комплекс микроэлементов (более 70 химических элементов) и солей, что позволило исследовать возможности его использования в новых технологиях (таблица 1).
Таблица 1 - Химический состав бишофита
Соль Формула Содержание, % Химичес кий символ Содержание, %
Хлористый магний МgСl2*6Н2O 90-96 В Са 0,002-0,08 0,003-0,005
Хлористый калий-магний КС1* МgСl2*6Н2O 0,1-5,5 Мо Fе А1 0,0005-0,001 0,003-0,03 0,001-0,02
Сернокис лый магний MgSO4*7H2O 0,1-2,5 ТС Си Si 0,0005-0,001 0,0001-0,003 0,02-0,2
Бромистый магний МgВr2 0,4-0,95 Ва Sr 0,0001-0,0006 0,001-0,02
Сернокис лый кальций CaSO4*2 Н2О 0,1-0,7 Rb Cs 0,0001-0,002 0,0001-0,001
Волгоградская область очень богата уникальным минералом - бишофитом, который содержит в своем составе (до 98 %) хлорид магния - ценнейшее сырье для передела во многих отраслях, таких как металлургия, медицина, сельское хозяйство и др. Имеющийся геологический материал подтверждает, что основная часть бишофитонос-ного бассейна шириной от 10 до 50 км приходится на Волгоградскую область. Электрохимическая обработка (электролиз) растворов бишофита дополнительно позволяет выявить возможности и области его применения. В результате электрохимического окисления водных растворов минерала бишофита образуется активный комплекс гипо-хлоритов, гипобромитов, гипоиодитов меди и магния, обладающих выраженным бактерицидным и фунгицидным эффектом, что позволяет его использовать в сельском хозяйстве для предпосевной обработки семян и внекорневой обработки растений.
Целью работы является разработка и создание принципиально нового препарата нанокомпозита меди на основе ценного природного источника минеральных веществ -бишофита, для улучшения развития растений и повышения урожайности продукции растениеводства на примере тритикале озимой.
Тритикале - одно из перспективных видов сырья для обеспечения населения высококачественным хлебом и сельскохозяйственных животных комбикормами. Тритикале находится между пшеницей и рожью по наличию и количеству в зерне незаменимых аминокислот, в частности, лизина и триптофана, что обеспечивает более высокую пищевую ценность, чем у пшеницы, и более сбалансированный аминокислотный состав, чем у ржи. В 1 кг зерна тритикале содержится 1,24 кормовых единиц, а в 1 кг его зеленой массы - 0,3 кормовых единиц, в то время как в 1 кг зеленой массы озимой пшеницы - 0,18. Помимо качественного протеина, мука из тритикале содержит такие полезные микроэлементы и витамины, как калий, фосфор, медь, марганец, РР, В, Е и т.д.
Материалы и методы. Основным объектом исследований является культура тритикале сорт Корнет, выращиваемая на опытном участке учебного научно-производственного центра «Горная поляна» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» в условиях светло-каштановых почв. Для получения нано-композита меди раствор бишофита подвергали электрохимической обработке с использованием медного анода (сила тока 5-10 А при напряжении 2 В, концентрация раствора бишофита 5-20 %). Технология электрохимической обработки раствора би-шофита предложена с целью активизации эффективности воздействия раствора на уровне клеточной мембраны, в результате которой изменяются качественные характеристики раствора: из гомогенного переходит в гетерогенный, где вещество связано в коллоидные наноструктуры (мицеллы), представляющие собой нейтральные частицы размером 55-120 нм.
Образование ультрадисперсной взвеси (золя) Cu(OH)2 инициирует стадию ми-целлообразования по следующей схеме:
[Cu(OH)2 ]n . m Cu(OH)+ + 2 ClO" [Cu(Offh]n . m Cu(OH)+ . (m - x) ClO-|x+ . x ClO-
В результате перемешивания раствора образуются мицеллярные структуры, содержащие ионы гипохлоритов, гипобромитов, гипоиодитов меди, магния, что позволяет использовать данный продукт для обеззараживания. Образование наноструктур подтверждается методом измерения оптической плотности растворов с помощью спектрофотометра [6].
Лабораторные исследования предусматривали определение посевных качеств семян в соответствии с ГОСТ Р 52325-2005. Определение влияния минеральной композиции на всхожесть, рост и развитие растений осуществляли путем инкрустации семян тритикале в полученных концентрациях путем нанесения компонентов на поверхность семян (ГОСТ 21507 81). Один из эффективных способов предпосевной подготовки семян - инкрустация, т.е. обработка поверхности семян смесью компонентов, состоящих из органических и минеральных веществ, инсектофунгицидов, клеящих веществ и стимуляторов роста. В начальный период развития, даже при благоприятных условиях, ввиду отсутствия развитой корневой системы всходы семян растений переживают острый дефицит микро- и макроэлементов, что ослабляет их иммунную систему и приводит к большей вероятности поражения болезнями и вредителями. Инкрустация - это важный фактор повышения урожайности за счет защиты семян от возбудителей бактериальных, грибных и вирусных заболеваний, а также за счет включения стимулирования ростовых процессов [3, 5].
Проведение инкрустации обеспечивает защиту растений от возбудителей заболеваний, дает стартовую дозу элементов питания, повышает устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды: атмосферной и почвенной засухе, пони-
женным и повышенным температурам воздуха, почвы, тем самым ускоряя их развитие и повышая урожайность. Основные преимущества инкрустации перед протравливанием - снижение (до 50 %) расхода препаратов, безопасность для окружающей среды и людей при пересыпании, транспортировке [8].
Затем обработанные семена подвергали сушке - активному вентилированию воздухом в течение 1 сут до образования полупроницаемой оболочки, содержащей сбалансированный комплекс макро- и микроэлементов и регуляторы роста, закрепленные структурной сеткой с последующим высаживанием обработанных семян в грунт. Контролем служили семена тритикале, не обработанные композитом меди [9]. Перед уборкой с каждого варианта опыта отбирались снопы с площади 1 м2 для определения структуры урожая. Фактическая урожайность сортов озимой тритикале определялась весовым методом при прямом комбайнировании.
Результаты и обсуждение. В результате проведенных исследований было выявлено, что использование композита на основе минерального сырья способствовало увеличению всхожести семян тритикале сорт Корнет от 69,5 % до 95,7 %, повышению урожайности от 1,81 до 2,27 т/га, а также улучшению динамики роста и развития растений, отличающихся лучшими биометрическими показателями (таблица 2).
В результате инкрустации семян на поверхности семян образуется полупроницаемая оболочка композита меди, содержащая сбалансированный комплекс макро- и микроэлементов и регуляторы роста, закрепленные структурной сеткой минерала. Эта оболочка защищает семена от почвенных патогенов, сохраняет их жизнестойкость при неблагоприятных погодных условиях. Благодаря защитному питательному корпусу, после предпосевной обработки наблюдаются всходы с мощной корневой системой. Используемый ряд компонентов в композите служит толчком к активизации биологических процессов, а именно к повышению активности фитогормонов, активизации синтеза нуклеиновых кислот, деятельности ферментов, что приводит к стимуляции деления, роста и дифференциации клеток, т. е. процессов, лежащих в основе морфогенеза. Гидрофильный характер матрицы способствует протеканию процессов сорбции воды. Сорбированные молекулы воды взаимодействуют с белками клетки и служат катализатором для интенсификации обмена веществ [1, 11, 12].
Наблюдения за ростом посевов озимой тритикале включали следующие показатели: динамику стеблестоя, облиственность, площадь листовой поверхности.
Облиственность растения, размеры, форма листьев являются показателями как условий вегетации, так и разнокачественности листьев по стадиям развития. Максимальная облиственность стеблей в период наблюдений отмечалась в фазу «кущение», а минимальная - в фазу «молочная спелость».
Таблица 2 - Динамика развития посевов озимой тритикале _в период 2016-2017 гг._
Фаза развития Количество побегов Облиственность, шт Площадь листовой поверхности, см2
Контроль Образец Контроль Образец Контроль Образец
Всходы - - - - - -
Три листа - - 2,5 3,7 4,4 5,6
Кущение 5,06 7,02 5,1 6,0 32,3 40,4
Выход в трубку 3,90 5,86 4,0 5,0 35,2 43,7
Колошение 3,06 4,67 4,0 5,0 27 33,8
Цветение 2,88 3,94 3,0 4,0 19,3 24,1
Молочная спелость 2,24 3,77 2,0 3,0 13,1 16,4
Полная спелость 1,87 3,27 2,0 3,0 10,5 12,6
Начиная с окончания фазы колошения, в посевах отмечалось заметное отмирание нижних ярусов листьев. Представленные данные площади листовой поверхности наглядно демонстрируют влияние данного фактора на фотосинтетический потенциал посевов (таблица 2).
Максимальная площадь фотосинтезирующей листовой поверхности наблюдалась в фазу «выход в трубку», когда создавалось наиболее благоприятное соотношение между густотой стеблестоя и площадью листьев. Затем наблюдалось уменьшение площади листовой поверхности, а, следовательно, и снижение фотосинтетической мощности посевов из-за отпадания части стеблестоя, отмирания листьев нижних ярусов.
Заключение. При электролитическом окислении раствора природного бишофи-та с использованием медных электродов образуются сверхдисперсные наноструктуры, обладающие фунгицидными, бактерицидными, овицидными свойствами, а применение нестационарных токовых режимов для питания электролизеров - хлораторов, обеспечит ведение процесса энергетически выгодным.
Таким образом, преимуществом композита меди на основе структурированного бишофита перед всеми известными является высокая эффективность, дешевизна и экологическая чистота.
Библиографический список
1. Васько, В.Т. Основы семеноведения [Текст]/ В.Т. Васько. - СПб. - М.: Лань, 2012. - 144 с.
2. Вережников, В.Н. Практикум по коллоидной химии [Текст]: учебное пособие / В.Н. Вережников. - Воронеж, 1984. - 128 с.
3. Красина, И.Б. Влияние механохимической обработки пряно-ароматического сырья [Текст]/ И.Б. Красина, А.В. Темников, А.Н. Есина // Журнал Кемеровского технологического института пищевой промышленности. - 2009. - С. 1-5.
4. Конторина, И.С. Технология предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем [Текст]/ И. С. Конторина, Е. И. Рубцова // Вестник ВКГТУ. - 2015. - № 2. - С. 20-23.
5. Рожанская, О.А. Нанокомпозиты - стимуляторы роста растений in vitro и in agro [Текст]/ О.А. Рожанская, К.Г. Королев; Сибирский научно- исследовательский институт кормов СО Рос-сельхозакадемии; Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН. - М., 2011. - С. 1-3.
6. Санин, В.А. Какой протравитель лучший [Текст]/ В.А. Санин, О.М. Вечера // Семеноводство. - 2010. - № 2. - С. 5-8.
7. Стародубцева, Г.П. Повышение урожайных качеств семян и адаптивных свойств сельскохозяйственных культур [Текст] : дисс. д-ра с.-х. н. - Ставрополь, 1997. - С. 1-6.
8. Электролиз растворов минерала бишофита [Текст] / В. Т. Фомичев [и др.] // Актуальные проблемы электрохимической технологии : сб. ст. молодых ученых, 25-28 апр. 2011 г., г. Саратов. - Саратов : ГАОУ ДПО «СарИПКиПРО», 2011. - Т. 1. - С. 254-260
9. Электрохимический передел бишофита [Текст]/ В. Т. Фомичев [и др.] // Изучение и сохранение естественных ландшафтов: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 80-летнему юбилею Волгогр. гос. соц.-пед. ун-та и естеств.-геогр. фак. ВГСПУ, Волгоград. - М.: «Планета», 2011. - С. 417-420.
10. Эффективность дегельминтизации сточных вод дезинфектантом на основе раствора бишофита [Текст] / В.Т. Фомичев [и др.] //Вестник ВолГАСУ. Политематическая серия. - 2012. - Вып. 1 (20).
11. O sostoyanii oxrany okhrany okruzhayushchey sredy Volgogradskoy oblasti v 2003 godu; gos.dokl./NIA-Priroda; REFIA.-M., 2003.300s.
12. Beer, S.N. Podkhody k parazitologicheskomu monitiringu / S.N.Beer Okruzhayushchaya sreda I problem parazitarnogo zagryazneniya; sb.-M.: RAN,1994.-S.12-29.
13. Elyshner, L.I. O vliyanii vodnogo faktora na sostoyanie zdorovya naseleniya Rossi /L.I. Elyshner// Vodnye resursy.-1995.-T. 22,№ 4.5. Cherkinskiy, S.N. Obezzarazhivanie pitevoy vody / S.N. Cherkinskiy, N.N. Trakhman.-M.: Medgiz, 1962.-182s.
Reference
1. Vas'ko, V. T. Osnovy semenovedeniya [Tekst]/ V. T. Vas'ko. - SPb. - M.: Lan', 2012. - 144 s.
2. Verezhnikov, V. N. Praktikum po kolloidnoj himii [Tekst]: uchebnoe posobie / V. N. Ve-rezhnikov. - Voronezh, 1984. - 128 s.
3. Krasina, I. B. Vliyanie mehanohimicheskoj obrabotki pryano-aromaticheskogo syr'ya [Tekst]/ I. B. Krasina, A. V. Temnikov, A. N. Esina // Zhurnal Kemerovskogo tehnologicheskogo in-stituta pischevoj promyshlennosti. - 2009. - №. -- S. 1-5.
4. Kontorina, I. S. Tehnologiya predposevnoj obrabotki semyan sel'skohozyajstvennyh kul'tur impul'snym ]lektricheskim polem [Tekst]/ I. S. Kontorina, E. I. Rubcova // Vestnik VKGTU. - 2015. -№ 2. - S. 20-23.
5. Rozhanskaya, O. A. Nanokompozity - stimulyatory rosta rastenij in vitro i in agro [Tekst]/ O. A. Rozhanskaya, K. G. Korolev; Sibirskij nauchno- issledovatel'skij institut kormov SO Ros-sel'hozakademii; Institut himii tverdogo tela i mehanohimii SO RAN. - M., 2011. - S. 1-3.
6. Sanin, V. A. Kakoj protravitel' luchshij [Tekst]/ V. A. Sanin, O. M. Vechera // Semenovod-stvo. - 2010. - № 2. - S. 5-8.
7. Starodubceva, G. P. Povyshenie urozhajnyh kachestv semyan i adaptivnyh svojstv sel'skohozyajstvennyh kul'tur [Tekst] : diss. d-ra s. -- h. n. - Stavropol', 1997. - S. 1-6.
8. }lektroliz rastvorov minerala bishofita [Tekst] / V. T. Fomichev [i dr.] // Aktual'nye prob-lemy ]lektrohimicheskoj tehnologii : sb. st. molodyh uchenyh, 25-28 apr. 2011 g., g. Saratov. - Saratov : GAOU DPO "SarIPKiPRO", 2011. - T. 1. - S. 254-260
9. }lektrohimicheskij peredel bishofita [Tekst]/ V. T. Fomichev [i dr.] // Izuchenie i sohranenie estestvennyh landshaftov: sb. st. Mezhdunar. nauch. -- prakt. konf., posvyasch. 80-letnemu yubileyu Volgogr. gos. soc. -- ped. un-ta i estestv. -- geogr. fak. VGSPU, Volgograd. - M.: "Planeta", 2011. - S. 417-420.
10. }ffektivnost' degel'mintizacii stochnyh vod dezinfektantom na osnove rastvora bishofita [Tekst] / V. T. Fomichev [i dr.] //Vestnik VolGASU. Politematicheskaya seriya. - 2012. - Vyp. 1 (20). - S.
11. O sostoyanii oxrany okhrany okruzhayushchey sredy Volgogradskoy oblasti v 2003 godu; gos.dokl./NIA-Priroda; REFIA. -- M., 2003.300s.
12. Beer, S.N. Podkhody k parazitologicheskomu monitiringu / S.N.Beer Okruzhayushchaya sreda I problem parazitarnogo zagryazneniya; sb. -- M.: RAN,1994. -- S.12-29.
13. Elyshner, L.I. O vliyanii vodnogo faktora na sostoyanie zdorovya naseleniya Rossi /L.I. Elyshner// Vodnye resursy. -- 1995. -- T. 22,№ 4.5. Cherkinskiy, S.N. Obezzarazhivanie pitevoy vody / S.N. Cherkinskiy, N.N. Trakhman. -- M.: Medgiz, 1962. -- 182s.
E-mail: [email protected]
УДК 631.559:633.152:631.51
ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ САХАРНОЙ КУКУРУЗЫ В УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
INFLUENCE OF AGROTECHNIC MEANS ON THE YIELD OF SUGAR CORN IN THE CONDITIONS OF THE LOWER VOLGA REGION
Е.Н. Ефремова1, кандидат сельскохозяйственных наук Н.В. Тютюма2, доктор сельскохозяйственных наук
E.N. Efremova1, N.V.Tutuma2
1Волгоградский государственный аграрный университет 2 Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия, Астраханская область, Черноярский район, с. Соленое займище
1 Volgograd State Agrarian University 2State University Caspian research Institute of arid agriculture
Сегодня как никогда остро стоят вопросы разработки новейших низкозатратных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, эффективного устранения причин дегра-дационных процессов, а также негативных последствий техногенного воздействия на почву. В
