ВЛИЯНИЕ МИКРОУДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ХЕЛАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН

Нуштаева А.В.; Блинохватова Ю.В.; Власова Т.А.; Чекаев Н.П.

УДК 631.81

DOI 10.36461/NP.2021.58.1.009

ВЛИЯНИЕ МИКРОУДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ХЕЛАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ

НА ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН

А.В. Нуштаева, канд. хим. наук, доцент; Ю.В. Блинохватова, канд. биол. наук; Т.А. Власова, канд. с.-х. наук, доцент; Н.П. Чекаев, канд. с.-х. наук, доцент

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, т. 8(8412) 62-83-67, e-mail: nushtaeva.alla@yandex.ru

Важнейшая роль в формировании урожая и его химического состава принадлежит сбалансированному питанию растений макро- и микроэлементами. Агрохимический подход регулирования питания растений основывается на выносе элементов питания из почвы, содержания и степени доступности макро- и микроэлементов и их компенсацией за счет внесения удобрений на планируемую урожайность. Для почв Пензенской области характерно недостаточное содержание ряда необходимых микроэлементов - Zn, Мо, Мп, В. В связи с этим, актуальным остается вопрос об использовании комплексных форм микроудобрений. Исследовано влияние различных концентраций от 0,1 до 10 % препарата микроудобрений на основе хелат-ных комплексов элементов на всхожесть семян пшеницы яровой Triticum aestivum L. (сорт Ту-лайковская 108) и подсолнечника Helianthus annuus L. (гибрид П62ЛЕ122). Выявлено положительное влияние низких концентраций рабочего препарата микроудобрений на прорастание семян подсолнечника: наблюдалось увеличение энергии прорастания от 17 %, всхожести семян - от 5 %, биомассы проростков - от 2 %. При увеличении концентрации препарата обнаружено подавление прорастания семян, особенно заметное на яровой пшенице. Предполагается, что повышенное содержание меди и цинка оказывает токсичное действие на клетки проростков. Исследованный препарат микроудобрений с концентрацией элементов: 30-150 мг/л Мп, 20-80 мг/л Zn, 3-10 мг/л Си, 10-50 мг/л В - можно рекомендовать для предпосевной обработки семян подсолнечника.

Ключевые слова: микроэлементы, медь, цинк, онтогенез, прорастание._

Введение

Применение микроудобрений в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур занимает определенное место, что связано с отчуждением микроэлементов из почвы с урожаем. Для растений микроэлементы необходимы в очень малых количествах - их содержание составляет тысячные и десятитысячные доли процента массы растений. Однако, каждый из них выполняет строго определенные функции в обмене веществ, питании растений и не может быть заменен другим элементом.

Действие микроэлементов на физиологические и биохимические процессы в растениях основывается на том, что они входят в состав ферментов, витаминов, гормонов, которые участвуют в метаболизме. По выражению А.В. Петербургского, микроэлементы -это «катализаторы катализаторов» [1]. К микроэлементам, выполняющим важные функции в физиологии организмов, относятся бор, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, селен и литий [1-3].

Почвы с недостаточным содержанием необходимых микроэлементов распростра-

нены по всему миру [4-7]. Состав почвы зависит в том числе и от технологии обработки, состава растительности [5, 6]. По данным многолетних исследований сотрудников Пензенского государственного аграрного университета [8, 9] почвы нашей области достаточно или средне обеспечены доступными для растений (подвижными) формами меди - 10-20 мг/кг почвы, бора - более 1,0 мг/кг для 81 % обследованных площадей, марганца (особенно черноземы). Меньше всего эти элементы содержатся в серых оподзоленных лесных почвах, особенно там, где ранее применялась технология известкования.

Однако, для почв Пензенской области характерно низкое содержание цинка, молибдена, кобальта [8, 9]. Особенно отмечают дефицит Zn - менее 2 мг/кг почвы по разным оценкам на 67-98 % обследованных площадей. Особенно высоким дефицитом характеризуются черноземные почвы с тяжелым гранулометрическим составом и близкой к нейтральной и нейтральной реакцией почвенного раствора, что снижает подвижность кислоторастворимых соединений этих элементов.

Содержание Мо колеблется в основном от 0,10 до 0,22 мг/кг почвы на 58 % обследованных площадей (что относится к средней обеспеченности). Низкое содержание Мо (менее 0,1 мг/кг) и Со отмечено в кислых почвах легкого гранулометрического состава, на светло-серых и серых лесных почвах [8]. Низкое содержание марганца (менее 10 мг/ кг почвы) также обнаружено на 67 % обследованной площади [8, 9]. Кроме того, результаты исследований показали, что среднее содержание серы (сульфатов) в пахотном слое черноземных почв и в серых лесных почвах области соответствует низкой обеспеченности.

Таким образом, микроэлементы можно расположить в ряд по мере увеличения их дефицита в почвах Пензенской области: В ^ Мп ^ Мо ^ Zn. Положительного эффекта следует ожидать от внесения Мо и особенно Zn на черноземах, Zn - на серых лесных почвах и Си, Мо, Zn, Со, В - на светло-серых лесных почвах [8, 9].

Однако, также известно, что при прорастании семена очень чувствительны к избытку любых микроэлементов. Поэтому задачей нашего исследования было подобрать эффективную концентрацию микроэлементов, которая будет оказывать положительное действие на прорастание семян.

Методы и материалы

Для определения влияния микроэлементов на всхожесть использовали семена яровой пшеницы (ТгШсит aestivum L., сорт Тулайковская 108), предварительно обработанные химическим протравителем Клад, КС, (действующие вещества: тебуконазол, 60 г/л; тиабендазол, 80 г/л; имазалил, 60 г/л) и семена подсолнечника (Helianthus annuus L., гибрид П62ЛЕ122), обработанные

фунгицидом Максим, КС (действующее вещество флудиоксонил, 25 г/л) и инсектицидным протравителем Круйзер, КС (действующее вещество тиаметоксам, 350 г/л), и необработанные семена подсолнечника. Для стимуляции проращивания применялся препарат микроудобрений на основе хелат-ных комплексов элементов «Italmas Не1аЬ>, представляющий собой раствор состава Мп - 30,9 г/л, Zn - 17,4 г/л, В - 10 г/л, Си - 3 г/л, Мо - 3,56 г/л, S - 28 г/л, N - 6,4 г/л (по данным производителя - «ПК Ижсинтез-Хим-пром»). Препарат микроудобрений разбавляли дистиллированной водой до концентраций 0,1 %, 0,5 %, 1,0 %, 5 % и 10 % (объемная доля препарата).

Проращивание семян проводили между слоями фильтровальной бумаги в растильнях при температуре 21 ±1 °С по стандартной методике [13]. Энергию прорастания определяли на третий день, всхожесть семян и биомассу проростков - на седьмой день.

Результаты

Исследуемое микроудобрение

«Italmas Не1аЬ> содержит микроэлементы -марганец, цинк, медь, бор, а также макроэлемент серу, недостаток которых отмечен практически во всех почвах Пензенской области. Одним из целесообразных способов применения препаратов микроэлементов является предпосевная обработка семян (наряду с некорневой подкормкой и внесением в почву) [11, 14, 15].

На рисунках 1 и 2 показано влияние увеличения концентрации микроудобрения «Italmas Не1аЬ>, использованного для обработки семян, на онтогенез яровой пшеницы и подсолнечника.

С (препарата), % С (препарата), %

Рис. 1. Энергия прорастания и всхожесть семян в зависимости от концентрации препарата С, %: 1 - семена яровой пшеницы, обработанные протравителем Клад, КС; 2 - семена подсолнечника, обработанные фунгицидом Максим, КС и инсектицидным протравителем Круйзер, КС; 3 - необработанные семена подсолнечника

3,5 3

._ 2,5 2 1,5 1 0,5 0

0,5

С (препарата), %

1

0,5

С (препарата), %

2

0

1

0

1

Рис. 2. Биомасса проростков подсолнечника в зависимости от концентрации препарата: 1 - семена обработанные фунгицидом Максим, КС и инсектицидным протравителем Круйзер, КС, 2 - необработанные семена

При обработке семян подсолнечника выявлен положительный эффект применения препарата микроудобрений в малых концентрациях. Максимум энергии прорастания соответствовал концентрации препарата микроудобрений 0,1 % (об.): 31 мг/л Мп, 17 мг/л Zn, 10 мг/л В, 3 мг/л Си, 4 мг/л Мо, а максимум всхожести семян - концентрации 0,5 % (об.): 155 мг/г Мп, 87 мг/л Zn, 50 мг/л В, 15 мг/л Си, 18 мг/л Мо. Максимальные значения накопленной за семь дней биомассы проростков (на рис. 2) также соответствовали концентрации препарата 0,1-0,5 % (об.).

Сравнение влияния исследованного препарата микроудобрений на предварительно обработанные фунгицидом семена подсолнечника и на необработанные семена этой же культуры показывает одинаковое подавление энергии прорастания, всхожести, роста проростков при увеличении концентрации препарата до 1 % (об) в обоих случаях. Данный факт свидетельствует о том, что ингибирующее действие объясняется именно микроэлементами в данной концентрации, а не отсутствием совместимости между препаратами.

Причем все показатели: энергия прорастания, всхожесть семян, биомасса проростков - были значительно ниже для обработанных семян подсолнечника по сравнению с необработанными. Возможно, проращивание семян также подавлялось фунгицидом (или сопутствующими веществами).

В случае пшеницы яровой даже контрольные образцы на дистиллированной воде показали высокие значения энергии

прорастания 98±2 % и всхожести семян 99±1 %. Поэтому при малых концентрациях препарата до 0,5 % (об.) не выявлено влияния микроэлементов на энергию прорастания и всхожесть семян. Концентрация препарата больше 0,5 % (155 мг/г Мп, 87 мг/л Zn, 50 мг/л В, 15 мг/л Си, 18 мг/л Мо) оказывала ингибирующее действие на проращивание пшеницы, как видно из рис. 1. При концентрации 1 %, соответствующей содержанию элементов 309 мг/л Мп, 174 мг/л Zn, 100 мг/л В, 30 мг/л Си, 64 мг/л Мо, наблюдалось полное подавление всхожести (рис. 1 и 3), а при концентрации препарата 5-10 % (об.) и полное подавление прорастания семян пшеницы. Таким образом, в наших исследованиях применение микроэлементов для проращивания семян пшеницы яровой оказалось не эффективным.

Исследованный препарат содержит важнейшие для зерновых культур микроэлементы - Мп, Zn, Си, В. Но эти же элементы относятся к тяжелым металлам (Мп, Zn, Си) и являются токсичными, способными снижать активность клеток. Так, в работах [16, 17] установлено положительное влияние очень небольших концентраций цинка: при концентрациях Zn 25-100 мг/кг почвы энергия прорастания семян ячменя несколько увеличивалась, а при концентрациях 100-225 мг/кг почвы - значительно снижалась, по сравнению с контролем. Сопоставляя наши результаты с данными работами [16-21], получаем, что в наших экспериментах содержание цинка 87-174 мг/л в 0,5-1 % растворе препарата оказалось пограничным.

Рис. 3. Пшеница яровая на третий (а) и седьмой (б) день проращивания: слева - контроль (дистиллированная вода), справа - 1 % раствор препарата «Italmas Не1аЬ

В работе [16] описано положительное влияние микроэлементов (при некорневой подкормке 0,01 % раствором или 100 мг/л) на урожайность подсолнечника. Причем наибольшее влияние оказали В и Си. С другой стороны, в работе [17] указано на фито-токсичность бора, а в работе [18] был выявлен токсичный эффект ионов меди на проростки редиса: только растворы с концентрацией ионов Си 5-10 мг/л не проявляли ярко выраженного токсического эффекта. При увеличении концентрации Си выше значений 25 мг/л наблюдается выраженное угнетающее действие на проростки. В наших исследованиях, возможно, именно относительно высокое содержание Си 1530 мг/л (в 0,5-1 % растворе препарата) могло оказывать ингибирующее действие на процесс проращивания семян.

Заключение

Экспериментальные исследования показали, что применение исследуемого комплексного микроудобрения «Italmas Не1аЬ> для обработки семян яровой пшеницы, предварительно обработанных химическим протравителем Клад, КС, (действующие вещества: тебуконазол, 60 г/л; тиабендазол, 80 г/л; имазалил, 60 г/л) нецелесообразно, т.к. при этом снижается энергия прорастания и всхожесть. Для обработки семян подсолнечника рекомендуется раствор выбранного микроудобрения «Italmas Не1аЬ> при разбавлении в диапазоне от 0,1 до 0,5 % с концентрацией элементов 30-150 мг/л Мп, 20-80 мг/л Zn, 3-10 мг/л Си, 10-50 мг/л В. Превышение концентраций микроэлементов подавляет энергию прорастания и всхожесть семян.

Литература

1. Артеменков А.А. Проблема профилактики эндемических заболеваний и микроэлемен-тозов у человека. Профилактическая медицина, 2019, т. 22, № 3, с. 92-100.

2. Будылкова И.А., Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н. Микроэлементы на посевах подсолнечника. Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2015, № 107 (03), с. 563-577.

3. Васильев А.А. Эффективность фолиарного применения хелатных микроэлементов на культуре картофеля. Вестник КрасГАУ, 2013, № 12 (87), с. 83-87.

4. Васильев Д.В. Влияние разных концентраций цинка в почве на семенное потомство ячменя. Научное обозрение. Биологические науки, 2019, № 2, с. 30-34.

5. Елизарьева Е.Н. Влияние соединений некоторых тяжелых металлов на процесс формирования проростков редиса. Современные проблемы науки и образования, 2017, № 6. [Электронный ресурс]. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27181 (дата обращения 05.12.2020).

6. Кидин В.В., Торшин С.П. Агрохимия: учебник. Москва: Проспект, 2015, 608 с.

7. Корягин Ю.В. Влияние применения биопрепаратов и микроэлементов на посевные качества семян яровой пшеницы. Достижения науки и техники АПК, 2014, № 10, с. 29-30.

8. Лебедева Т.Б., Эркаев В.Н. Микроэлементы в почвах Пензенской области и эффективность микроудобрений. Образование, наука, практика: инновационный аспект: сборник материалов научно-практической конференции, Пенза: РИО ПГСХА, 2011, с. 34-36.

9. Вихрева В.А., Гришин Г.Е., Надежкина Е.С. [и др.]. Химические элементы в почвах южной лесостепи Среднего Поволжья (на примере Пензенской области): монография. Пенза: РИО ПГСХА, 2015, 178 с.

10. Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н., Кизинек С.В., Науменко А.П., Шпанцев А.К. Микроудобрения и регуляторы роста растений на посевах риса. Майкоп: ОАО Полиграф-Юг, 2010, 292 с.

11. ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200023365 (дата обращения 09.10.2020).

12. Agbenin J.O. The distribution and transformation of iron and manganese in soil fraction in a savanna alfisol under continuous cultivation. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2003, v. 66, № 3, p. 259-270.

13. Berner D., Smallwood E., Cavin C., Lagopodi A., Kashefi J., Kolomiets T., Pankratova L., Mukhina Zh., Crippf M., Bourdot G. Successful biological control of Canada thistle (Cirsium Arvense) with the rust fungus Puccinia Punctiformis // Acta Phytopathologica Sinica, 2013, v. 43, p. 25.

14. Lavado R.S., Porcelli C.A., Alvarez R. Concentration and distribution of extractable elements in a soil as affected by tillage systems and fertilization. The Science of the Total Environment, 1999, v.232, № 3, p. 185-191.

15. Malitch K.N., Latypov R.M. Cu-isotope systematics of magmatic Ni-Cu-PGE sulfide ores from the Talnach and Kharaelakh instructios, Norilsk province (Russia). Mineralogical Magazine, 2012, v. 76, № 6, p. 2061.

16. Karpachev V., Savenkov V., Chesnokova L., Voropaeva N., Charlamov S. Development of innovative technology of advanced macro- and microfertilizers application on spring rapeusing new (nano) materials // Scientific Israel - Technological Advantages, 2014, v.16, № 3, p. 84-91.

17. Neue H.U., Quijano C., Senadhira D., Setter T. Strategies for dealing with micronutrient disorders and salinity in lowland rice systems. Field Crops Research, 1998, v. 56, № 1-2, p. 139-155.

18. Voropaeva N., Figovsky O., Beilin D. Nanotechnology in agriculture (review). Scientific Israel - Technological Advantages, 2016, v.18, №3, p. 3-50.

19. Schumann A.W., Sumner M.E. Formulation of environmentally sound waste mixtures for land application. Water, Air, & Soil Pollution, 2004, v. 152, № 1-4, p. 195-217.

20. Tyler G., Olsson T. Plant uptake of major and minor mineral elements as influenced by soil acidity and liming. Plant and Soil, 2001, v. 230, № 2, p. 307-321.

21. White J.G., Zasoski R.J. Mapping soil micronutrients. Field Crops Research, 1999, v.60, №1-2, p.11-26.

UDC 631.81

DOI 10.36461/NP.2021.58.1.009

EFFECT OF MICROFERTILIZERS BASED ON CHELATED COMPLEXES ON SEED GERMINATION

A. V. Nushtaeva, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor;

Yu. V. Blinokhvatova, Candidate of Biological Sciences; T.A. Vlasova, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor; N.P. Chekaev, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State Agrarian University", Penza, Russia, tel. 8 (8412) 62-83-67, e-mail: nushtaeva.alla@yandex.ru

The most important role in crop formation and its chemical composition is fulfilled by the balanced nutrition of plants with macro and microelements. The agrochemical approach to plant nutrition regulation is based on the removal of nutrients from the soil, the content and availability of macro-and microelements and their compensation by applying fertilizers to the planned yield. An insufficient content of several necessary microelements, namely Zn, Mo, Mn, and B, characterizes the Penza region soils In this regard, the issue of using complex forms of microfertilizers remains relevant. The influence of various concentrations from 0.1 to 10 % of the micro fertilizers preparation based on chelated complexes of elements on the germination of spring wheat seeds Triticum aestivum L. (the Tulaykovskaya 108 variety ) and sunflower Helianthus annuus L. (hybrid P62LE122) was studied. The positive effect of low concentrations of the working preparation of microfertilizers on the

germination of sunflower seeds was found out: an increase in germination energy from 17 %, seed germination from 5 %, and seedling biomass from 2%. With an increase in the preparation concentration, the suppression of seed germination was found. It was especially seen on spring wheat. It is assumed that the increased content of copper and zinc has a toxic effect on the cells of seedlings. The studied preparation of microfertilizers can be recommended for pre-planting treatment of sunflower seeds. Its concentration of elements includes: 30-150 mg/l Mn, 20-80 mg/l Zn, 3-10 mg/l Cu, 10-50 mg/l B.

Keywords: microelements, copper, zinc, ontogenesis, germination.

References

1. Artemenkov A.A. The problem of the prevention of endemic human diseases and microele-mentoses. The Russian Journal of Preventive Medicine, 2019, vol. 22, no. 3, pp. 92-100.

2. Buldykova I.A., Sheudzhen A.H., Bondareva T.N. Microelements in sunflower crops. Scientific Journal of KubSAU, 2015, No. 107 (03), pp. 563-577.

3. Vasiliev A.A. The effectiveness of foliar application of chelated microelements on potato culture. The Bulletin of KrasGAU, 2013, No. 12 (87), pp. 83-87.

4. Vasiliev D.V. The effect of different concentrations of zinc in the soil on the seed reproduction of barley. Nauchnoe obozrenie. Biological Sciences, 2019, no. 2, pp. 30-34.

5. Elizareva E.N. Influence of some heavy metals compounds on the process of radish sprouts formation. Modern problems of science and education, 2017, No. 6. [Electronic resource]. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27181 (accessed 05.12.2020).

6. Kidin V.V., Torshin S.P. Agrochemistry: textbook. Moscow: Prospekt, 2015, 608 p.

7. Koryagin J.V. Effect of the use of biological products and microelements on spring wheat seeds sowing quality Achievements of Science and Technology of AIC, 2014, No. 10, pp. 29-30.

8. Lebedeva T.B., Erkaev V.N. Microelements in the soils of the Penza region and the effectiveness of microfertilizers. Education, science, practice: innovative aspect: a collection of materials of the scientific and practical conference, Penza: RIO PGSHA, 2011, pp. 34-36.

9. Vikhreva V.A., Grishin G.E., Nadezhkina E.S. [et al.]. Chemical elements in the soils of the Southern forest-steppe of the Middle Volga region (through an example of the Penza Region): monograph. Penza: RIO PGSHA, 2015, 178 p.

10. Sheudzhen A.H., Bondareva T.N., Kizinek S.V., Naumenko A.P., Shpantsev A.K. Microfertilizers and plant growth regulators on rice crops. Maykop: OAO Poligraf-Yug, 2010, 292 p.

11. GOST 12038-84 Agricultural seeds. Methods for determination of germination. Electronic fund of legal and regulatory and technical documentation. [Electronic resource]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200023365 (accessed 09.10.2020).