CC BY
134
УДК 631.811.93 : 633.11: 633.13
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО НАНОПРЕПАРАТА НА УРОЖАЙНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ КРЕМНИЯ В ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУРАХ
Н.В. ЗАБЕГАЛОВ, аспирант
Е.В. ДАБАХОВА, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Нижегородская ГСХА
E-mail: nik12973744@yandex.ru
Резюме. Проанализированы результаты двухлетнего полевого опыта с внесением кремнийсодержащего нанопрепарата по фону минеральных удобрений.
Препарат изучали при обработке семян перед посевом и совместной обработке семян и вегетирующих растений. Исходный раствора (0,2 %-ной концентрации) разбавляли водой в соотношении 1:5, 1:10, 1:15 и 1:20.
Применение кремнийсодержащего препарата привело к повышению урожайности яровой пшеницы, по сравнению с контролем, на 11...33 %. Обработка семян в целом была эффективнее, чем внекорневая подкормка вегетирующих растений. Средняя прибавка к контролю в первом случае достигла 18 %, а во втором, по сравнению с соответствующими вариантами без внекорневой подкормки, - около 5 %. Наибольший статистически достоверный и одинаковый прирост урожайности от обработки семян отмечен в вариантах с разведением 1:10 и 1:15 (0,45.0,49 т/га). От внекорневой подкормки существенная прибавка отмечена при использовании самой низкой концентрации 1:15 и 1:20 (0,21.0,25 т/га). При использовании препарата для предпосевной обработки семян овса лучшие результаты с одинаковой достоверной прибавкой 15.17 % к контролю зафиксированы в вариантах с растворами в концентрации 1:10, 1:15 и 1:20. При опрыскивании вегетирующих растений существенное увеличение урожайности установлено лишь в варианте с раствором 1:15. Предпосевная обработка семян кремнийсодержащим препаратом обеспечила прирост надземной биомассы пшеницы в среднем более чем на 17 %, овса - почти 14%. После внекорневой подкормки она увеличилась еще на 6.7 %.
Вынос кремния надземной биомассой вырос, в сравнении с контролем, в основном из-за увеличения продуктивности растений в среднем на 59 % (для пшеницы) и 28 % (для овса). Повышение содержания кремния в почве (в пределах 10.20 % к фоновому варианту с внесением полного минерального удо -брения) отмечено лишь для актуальных форм этого элемента и только при использовании наиболее концентрированных растворов нанокомплекса (1:5 и 1:10). Потенциальные формы кремния не претерпели изменений.
Ключевые слова: кремний, урожайность, нанокомпозитный препарат, вынос, яровая пшеница, овёс.
Кремний - обязательный элемент тканей растений и животных, вследствие чего он присутствует во всех пищевых продуктах растительного происхождения, в том числе в зерне пшеницы, проса, овса, риса и в некоторых корнеплодах, например, в земляной груше [3]. Для поддержания баланса этого элемента в растениях, особенно на почвах с невысокой обеспеченностью его усвояемыми формами, рекомендуется вносить кремнийсодержащие материалы [2,3,9].
Биохимические аспекты метаболизма этого элемента до сих пор не изучены. Полагают, что в силикатных бакте-
риях имеются ферменты - силиказы, ответственные за разрушение связей Si-O в кристаллических решетках глинистых минералов, а также связей Si-C в кремний-органических соединениях. Однако в чистом виде они не выделены [1,11]. В растительных тканях кремний входит в состав полиуронидов (пектиновой и альги-новой кислот). Обнаружен Si и в мукополисахаридах, входящих в состав соединительных тканей. Отмечается, что он может служить «сшивающим» агентом элементов микротрубочек клеток, а также в микротельцах митохондрий [2...4].
В целом биологическая роль кремния сравнима с ролью микроэлементов [7,8]. Концентрация SiO2 в почвенных растворах в среднем составляет 30...40 мг/л, а в клеточном соке «кремниефильных» растений - значительно выше. В среднем в живом веществе растений содержится 0,02.0,15 % кремния, а наиболее богатые этим элементом растения накапливают его до 5 %, концентрируя в листьях и хвое [2]. К концентраторам кремния относятся и важнейшие сельскохозяйственные культуры (зерновые).
Цель нашей работы - изучение влияния кремнийсодержащего нанопрепарата на урожайность зерновых культур, содержание и вынос ими кремния в условиях Нижегородской области.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2009-2010 гг. в полевом опыте по схеме (табл. 1), предусматривающей изучение эффективности различных доз нанопрепарата на фоне прямого действия (2009 г.) и последействия (2010 г) минеральных удобрений. Макроэлементы в форме аммиачной селитры, суперфосфата и хлористого калия вносили в дозе 60, 40 и 40 кг действующего вещества на 1 га соответственно азота, фосфора и калия под первую культуру (яровая пшеница сорта Дарья). В 2010 г. на делянках согласно схеме высевали овёс (сорт Комес).
Кремнийсодержащий нанопрепарат представлен образованиями размером до 100 нм и в исходном растворе в расчёте на 1 л жидкости содержит 2 г кремния. Установлено, что частицы такого размера обладают новыми, специфическими характеристиками [6]. Препарат использовали в различных концентрациях (в соответствии с рекомендациями производителя)
Таблица. 1. Влияние нанопрепарата, содержащего кремний, на урожайность зерна яровой пшеницы и овса, т/га_______________________________
Яровая пшеница Овёс
Вариант урожай- прибавка от урожай- прибавка от
ность А | В ность А В
NPK (фон) 2,09 - - 1,86 - -
Фон + Sioc*(1:5) 2,33 0,24 - 1,97 0,11 -
Фон + Sioc (1:10) 2,58 0,49 - 2,14 0,28 -
Фон + Sioc (1:15) 2,54 0,45 - 2,18 0,32 -
Фон + SU (1:20) 2,41 0,32 - 2,16 0,30 -
Фон + SU + пр(1:5) 2,36 - 0,03 1,94 - -0,03
Фон + SU + пр (1:10) 2,51 - -0,07 2,16 - 0,02
Фон + SU + пр (1:15) 2,79 - 0,25 2,44 - 0,26
Фон + SU + пр (1:20) 2,62 - 0,21 2,36 - 0,20
НСР05 0,28 0,12 0,20 0,27 0,13 0,21
Здесь и далее: А - обработка семян, В - внекорневая подкормка растений; Б/ос - предпосевная обработка семян; Siос+пр - обработка семян + внекорневая подкормка растений;
путем обработки семян перед посевом и совместной обработки семян и вегетирующих растений. Для опрыскивания семян или посевов исходный раствор 0,2 %-ной концентрации разводили водой в соотношении 1:5; 1:10; 1:15; и 1:20. Повторность в опыте 4-хкратная. Размер делянок составил 48 м2 (6x8).
Опыт заложен на светло-серой лесной легкосуглинистой почве, обладающей слабокислой реакцией (pH 5,4), средней степенью гумусированности (2,0 %), повышенным содержанием подвижных форм фосфора (180 мг/кг) и средним обменного калия (100 мг/кг).
Учёт урожая проводили сплошным методом, а результаты исследований обрабатывали методом дисперсионного анализа [5]. Во время уборки отбирали почвенные и растительные образцы, в которых затем определяли содержание кремния: в почве - спектрофотометрическим модифицированным методом Маллена и Райли с экстракцией кремния по Матыченкову, а в растениях - спектрофотометрически по Барсуковой [10].
Результаты и обсуждение. Применение кремнийсодержащего нанопрепарата привело к значительному повышению урожайности яровой пшеницы, по сравнению с контролем. Прибавка по всем вариантам колебалась от 11 до 33 %.
Обработка семян пшеницы препаратом в целом была эффективнее, чем внекорневая подкормка вегетирующих растений. При этом средняя прибавка урожая в вариантах с обработкой семян к контролю достигала 18 %, а в случае внекорневой подкормки
нормы на 3.6,5 °С) и практически полным отсутствием осадков (4.40 % от нормы). Особо следует отметить, что минеральные удобрения на второй год последействия даже в столь сложных условиях были достаточно эффективны и обеспечили прибавку от 4 до 31 %.
Действие препарата на урожайность овса при использовании его для предпосевной обработки семян было аналогичным влиянию на пшеницу. Лучшие результаты и одинаковая достоверная прибавка в 15.17 % к сбору зерна в контроле отмечена в вариантах с использованием растворов 1:10, 1:15, 1:20. Обработка кремнийсодержащим препаратом дважды также способствовало значительному приросту урожайности, который в среднем по четырем вариантам составил около 20 % к контролю.
Эффект от опрыскивания вегетирующх растений при этом был в целом ниже, а достоверная прибавка урожая получена лишь после обработки посевов раствором препарата в соотношении 1:15. При меньшей концентрации (1:20) зафиксирована четко выраженная тенденция к повышению урожайности, а ее увеличение (1:5 и 1:10) не сказалось на величине этого показателя.
Результаты учета урожая основной и побочной продукции, а также их соотношение в общей надземной биомассе зерновых культур, выраженное в зерновых единицах, показывают, что кремнийсодержащий препарат оказывает заметное действие на прирост соломы. Тем не менее, общий сбор надземной массы яровой пшеницы был значительно выше, чем у овса, что обусловлено, естественно, урожайностью зерна (табл. 2).
Таблица 2. Влияние нанопрепарата, содержащего кремний, на урожайность надземной биомассы
Вариант Яровая пшеница Овес В среднем за 1 год
зерно: солома биомасса, т зерн. ед./га зерно: солома биомасса, т зерн. ед./га т зерн. ед./га % к контролю прибавка
от А | от В
NPK (фон) 1 2,13 3,20 1 2,21 2,52 2,86 - -
Фон + Siос (1:5) 1 2,18 3,77 1 :2,20 2,66 3,22 13 0,36
Фон + Siос (1:10) 1 2,16 4,30 1 :2,24 3,05 3,68 29 0,82
Фон + Siос (1:15) 1 2,20 4,27 1 :2,22 2,95 3,61 26 0,75
Фон + Siос (1:20) 1 :2,20 4,05 1 :2,22 2,93 3,49 22 0,63
Фон +Siос+пр (1:5) 1 :2,21 3,67 1 :2,26 2,65 3,16 10 -0,06
Фон +Siос+пр (1:10 1 :2,35 4,22 1 :2,28 3,03 3,62 27 -0,06
Фон +Siос+пр (1:15) 1 2,39 4,99 1 :2,31 3,36 4,17 46 0,56
Фон +Siос+пр (1:20) 1 :2,31 4,92 1 :2,28 3,24 4,08 43 0,59
НСР05 - 0,32 - 0,27 0,22 6
дальнейшее его увеличение, по сравнению с соответствующими вариантами без ее проведения составляла около 5 %.
Наибольший статистически достоверный и одинаковый прирост урожайности пшеницы от обработки семян отмечен при достаточно низкой концентрации препарата (1:5 и 1:10). Ее увеличение до 1:5 или уменьшение до 1:20 вызвало достоверное снижение прибавки урожая при сравнении вариантов между собой, хотя обеспечило существенное повышение урожайности яровой пшеницы, по отношению к контролю.
При использовании удобрения путем внекорневой подкормки после предварительной обработки семян достоверная прибавка урожайности отмечена лишь в двух вариантах с наиболее низкой концентрацией кремния, а при опрыскивании растворами с соотношением компонентов 1:10 и 1:5 она отсутствовала.
Урожайность зерна овса в 2010 г. в целом можно оценить как вполне удовлетворительную для температурно-влажностных условий этого вегетационного сезона, который характеризовался исключительно высокими температурами (выше среднемноголетней
Прирост надземной биомассы пшеницы при использовании кремнийсодержащего препарата для предпосевной обработки семян в среднем превысил 17 %, а овса составил почти 14 %. Использование препарата дважды способствовало дальнейшему росту урожайности надземной биомассы: средняя прибавка, по сравнению с контролем, для яровой пшеницы составила 25 %, а для овса - 21 %. Доля влияния внекорневой подкормки на сбор надземной биомассы была примерно одинаковой для обеих культур: чуть выше 6 % по пшенице и чуть ниже 7 % по овсу.
Эффект предпосевной обработки семян яровых зерновых культур кремнийсодержащим препаратом в среднем за 2 года оценивается в 16 %, а дополнительное опрыскивание вегетирующих посевов растворами нанокомпозитного кремнийсодержащего комплекса (от 1:5 до 1:20) дает еще около 7 %, что позволяет увеличить сбор надземной биомассы, по сравнению с контрольным (фон минеральных удобрений) вариан-том,на 23 %.
Исследования показали, что процентное содержание кремния в зерне овса несколько выше, чем в зерне
Таблица. 3. Влияние нанопрепарата на содержание и вынос кремния куль- элемента в почве (табл. 4).
турными растениями (стандартная влажность'
Вариант Яровая пшеница Овёс
содержание, % X вынос, кг/га содержание, % X вынос, кг/га
зерно | солома зерно | солома
NPK (фон) 0,59 0,89 51,9 0,66 0,96 51,8
Фон + Sioc 1:5 0,58 0,85 60,6 0,67 0,94 53,9
Фон + Sioc 1:10 0,58 0,85 62,3 0,62 0,93 58,0
Фон + Sioc 1:15 0,59 0,94 67,5 0,64 0,97 61,0
Фон + S^c 1:20 0,60 0,90 62,2 0,61 0,96 59,3
Фон + S^c + пр 1:5 0,60 0,91 60,2 0,70 0,98 56,4
Фон + S^c + пр 1:10 0,61 0,92 66,1 0,70 0,97 62,8
Фон + S^c + пр 1:15 0,60 0,94 99,4 0,73 1,03 75,9
Фон + S^c + пр 1:20 0,59 0,97 104,7 0,69 0,99 69,6
яровой пшеницы, но его суммарный вынос надземной массой пшеницы превышает вынос кремния овсом (табл. 3).
Обработка семян перед посевом изучаемым препаратом разной концентрации мало влияла на содержание кремния в зерне и соломе, но вынос его значительно вырос, что обусловлено общим повышением урожайности основной и побочной продукции. Подкормка растений пшеницы кремнийсодержащим препаратом на фоне предварительной предпосевной обработки им семян увеличила вынос этого элемента
Причем повышение содержания (в пределах 10.20 % к фоновому варианту с внесением полного минерального удобрения) отмечено лишь для актуального кремния и только при использовании наиболее концентрированных растворов с соотношением 1:5 и 1:10. Содержание потенциальных форм кремния осталось на исходном уровне, а активного - изменялось аналогично актуальному.
Выводы. Таким образом, для обработки семян яровой пшеницы и овса кремнийсодержащим нанопрепаратом следует использовать раствор с соотношением компонентов «препарат : вода» 1:10 или 1:15, а для внекорневой подкормки - с соотношением 1:15. Лучшие результаты обеспечило сочетание предпосевной обработки семян с внекорневой подкормкой вегетирующих растений, использование которых позволяет повысить урожайность зерна пшеницы на 33, овса - на 31 %
Вариант Формы подвижного кремния
актуальный потенциальный активный
SiO2 1 ± к контролю, % SiO2 I ± к контролю, % SiO2 ± к контролю, %
май, 2009 г 29 - 168 - 458 -
ceK^6Db, 2010 г
NPK - фон 30 - 170 - 470 -
Фон + SU 1:5 34 13 173 2 513 9
Фон + SU 1:10 36 20 174 2 534 14
Фон + SU 1:15 30 0 174 2 474 1
Фон + SU 1:20 30 0 176 4 476 1
Фон + SU + пр 1:5 33 10 176 4 506 8
Фон + SU + пр 1:10 36 20 177 4 537 14
Фон + SU + пр 1:15 30 0 175 3 475 1
Фон + Su + пр 1:20 30 0 175 3 475 1
надземной биомассой, в сравнении с контролем, в среднем на 59 %, овса - на 28 %.
Использование кремнийсодержащего препарата в системе удобрения яровых зерновых культур в некоторой степени повлияло и на концентрацию этого
при общем увеличении выноса кремния надземной биомассой культур. На содержание кремния в почве использование изучаемого препарата оказывает слабое влияние, и только лишь на концентрацию актуальных форм этого элемента.
Литература.
1. Айлер Р. Химия кремнезёма. В 2-х т. М.: Мир, 1982. - 1127с.
2. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе - Новосибирск: Наука, 1984. - 156 с.
3. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Удивительный элемент жизни - Иркутск, 1983. - 107 с.
4. Воронков М.Г., Зелчан Г.Н., Лукевиц Э.Л. Кремний и жизнь. - Рига: Знание, 1978. - 587 с.
5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М.: Агро-промиздат, 1985. - 351 с.
6. Егоров Н.П., Шафронов О.Д., Егоров Д.Н. Перспективы использования нанотехнологий в земледелии и растениеводстве// Актуальные проблемы земледелия Нижегородской области: Мат. науч.-практ. конф. 30.10.2007г. - Н. Новгород, 2008. - С. 34-44.
7. Колесников М.П., Гинс В.К. Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений. - Пенза, 1998. - Т. 1. - С. 29-31.
8. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. - М.: Мир, 1971. - 502 с.
9. Матыченков В.В. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния // Агрохимия. - 2007. - № 7. - С. 22-27.
10. Титова В.И. Агро- и биохимические методы исследования состояния экосистем: учеб. Пособие для вузов / В.И. Титова, Е.В. Дабахова, М.В. Дабахов; Нижегородская гос. с.-х. академия. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. - 170 с.
11. Шеуджен А.Х. Биогеохимия. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. - 1028 с.
STUDYiNG OF INFLUENCE OF A SiLiCEOUS NANOCOMPOSiTE PREPARATiON ON PRODUCTiViTY
AND SiLiCON CONTENT iN CROPS
N.V. Zabegalov, E.V. Dabakhova
Summary. Results of a field experiment with entering siliceous nanocomposite preparation on a background of mineral fertilizers were analysed. It is established that nanopreparation promotes productivity increase, and also silicon accumulation in experimental crops biomass. The greatest effect of all indicators was received in a variant with combination of presowing treatment of seeds and top-dressing of plants with a parity of components «preparation : water» as 1:15.
Key words: silicon, productivity, nanocomposite preparation, carrying out, spring wheat, oats.
