CC BY
36
УДК 631.811.98
влияние длительного применения удобрений на урожайность льна-долгунца и качество волокна
И.И. ДМИТРЕВСКАЯ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Д.С. СТЕПАНОВА, аспирант
С.Л. БЕЛОПУХОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
В.А. РАСКАТОВ, кандидат биологических наук, доцент Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация E-mail: [email protected]
Резюме. В условиях длительного стационарного опыта РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2012-2014 гг. проведены исследования с целью изучения влияния длительного применения минеральных и органических удобрений на урожайность льна-долгунца, а также определения физико-механических характеристик и структуры волокна методом сканирующей электронной микроскопии. Почва участка дерново-подзолистая среднесуглинистого гранулометрического состава. Объект исследований - сорт льна-долгунца Восход. Наибольшая урожайность льносоломки (65,5 ц/га), волокна (18,9 ц/га, в том числе длинного 14,6 ц/га) и семян (8,3 ц/га) получена на делянках с применением полного комплекса минеральных удобрений в дозе N100P150K120 совместно с внесением 20 т/га навоза. В варианте саналогичной дозой минеральных удобрений без использования навоза она была ниже соответственно на 5,3, 1,3 и 0,4 ц/га. Волокно, полученное из растений льна, выращенных на фоне применения комплекса минеральных и органических удобрений, имело высокие показатели физико-механических характеристик: гибкость - 63,8 мм, разрывная нагрузка длинного волокна - 17,4 даН, короткого разных номеров - 15,1-17,8 даН. Внутреннее строение клеточных стенок длинного волокна отличается слоистостью, упорядоченным расположением микрофибрилл внутри элементарных волоконец. Микрофибриллы волоконец короткого волокна имеют более толстые и одревесневшие стенки, наблюдаются изломы, перегибы, разрывы. Их элементарные волоконца не образуют упорядоченные структуры пучков микрофибрилл, как у длинного волокна. Исследование структурных компонентов длинного и короткого льняного волокна позволяет прогнозировать их свойства, определять волокнистый состав для последующего выпуска льняной пряжи, вырабатывать правильный подход к построению технологической схемы процесса получения конечного продукта. Ключевые слова: лен-долгунец, льносолома, льняное волокно, семена, электронная микроскопия Для цитирования: Влияние длительного применения удобрений на урожайность льна-долгунца и качество волокна /И.И. Дмитриевская, Д.С. Степанова, С.Л. Белопухов, В.А. Раскатов // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 10. С. 50-52.
В последние годы с целью снижения зависимости отечественных текстильных и других промышленных предприятий от импортного хлопка, рами, кенафа и остальных прядильных культур происходит интенсивное развитие льноводства и коноплеводства в России. Поэтому необходимо продолжение исследований по разработке агроприемов повышения урожайности и качества льняного волокна, а также по созданию высокопроизводительных инструментальных методов контроля качества льнопродукции.
Лён - важнейшее в России ежегодно воспроизводимое натуральное целлюлозное сырье, которое обладает уникальными свойствами и может культивироваться на огромных площадях в различных климатических регионах нашей страны [1-6].
Уникальные природные свойства льна позволили занять ему самостоятельную нишу на международном и российском рынках экологически безопасных товаров. Однако жёсткая конкуренция, в том числе в секторе льно-содержащих тканей, поставила перед отечественными производителями задачу не только получения высококачественного волокна, но и строгого контроля стабильности его качества и химического состава в готовых текстильных изделиях. Разработка методов идентификации льна обусловлена необходимостью приведения текстильной продукции в соответствие требованиям международных норм, стандартов ЭКО-ТЕХ-100 и ЭКО-ТЕХ-200, поскольку волокнистый состав тканей становится определяющим фактором в формировании их потребительских свойств [7,8]. В связи с созданием новых материалов в текстильной промышленности возникает потребность в прецизионных контрольно-измерительных инструментах и методах, которые позволяли бы исследовать льняные ткани всесторонне, как с метрологической точки зрения, так и с целью идентификации их физико-химической природы. В последние годы для этого используют методы просвечивающей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии и термогравиметрического анализа и др. [9, 10, 11].
Цель наших исследований - изучить влияние длительного применения минеральных и органических удобрений на урожайность льна-долгунца, определить физико-механические характеристики и структуры волокна методом сканирующей электронной микроскопии.
Условия, материалы и методы. Эксперименты проводили на территории Длительного стационарного полевого опыта и в Учебно-научном центре коллективного пользования «Сервисная лаборатория комплексного анализа химических соединений» РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева в 2012-2014 гг.
В качестве объекта исследований выбран сорт льна-долгунца Восход, выведенный в Псковском НИИСХ и рекомендованный для выращивания в Волго-Вятском районе. Сейчас этот сорт используют как стандарт [12].
Для исследований выбраны делянки севооборота с применением ^00Р150К120 - вариант 1 и ^00Р150К120+навоз 20 т/га - вариант 2. Азотные удобрения вносили весной перед посевом, фосфорные, калийные и навоз - осенью.
Площадь делянок 50 м2, учетная - 25 м2. Предшественник во все годы исследований - клевер, первого
Таблица. Урожайность льна-долгунца сорта восход, физико-механические характеристики волокна, среднее за 3 года
Показатель NPK (вариант 1) NPK+навоз (вариант 2)
Урожайность соломки, ц/га
(НСР05 - 2,8) 60,2 65,5
Урожайность волокна, ц/га:
всего (НСР05 - 0,8) 17,6 18,9
в том числе длинного 13,8 14,6
Урожайность семян, ц/га 7,9 8,3
Гибкость, мм 59,3±2,7 63,8±2,9
Разрывная нагрузка, даН:
трепаного льна №10 13,5±0,7 17,4±0,9
короткого волокна №4 13,6±0,6 15,1±0,7
короткого волокна №6 16,0±0,7 17,8±0,9
Рис. 1. СЭМ - визуализация поверхности длинного волокна льна-долгунца а - утолщенные оболочки элементарных волокон; б - пространства и полости между элементарными волокнами; в - сдвиги и утолщения волокон; г - слоистость, наклонно-спиральное расположение волокон.
года пользования. Почва дерново-подзолистая сред-несуглинистая, старопахотная, плотность почвы 1,51,6 г/см3, содержание гумуса (по Тюрину) - 2-2,5%, Р2О5 (по Кирсанову) - 170-180 мг/кг, К2О (по Масловой) - 90100 мг/кг, N легкогидролизуемый (по Тюрину) - 5-5,5 мг/100 г, ёмкость поглощения - 19,5 мг экв/100 г, сумма обменных оснований - 9,5 мг экв/100 г, рН (вод ( - 5,5-6.
Для оценки качества полученного волокна использовали высокочувствительный аналитический метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) для изучения in situ технических волокон с условным диаметром 50-100 нм и элементарных микрофибрилл (3,5-10 нм) в тканях стебля льна-долгунца [13]. Анализ осуществляли на приборе BS-300. Для исследований отбирали образцы короткого и длинного волокна с варианта 2 полевого опыта.
Физико-механические характеристики волокна определяли по стандартным методикам [14, 15]. Семена, полученные после уборки льна-долгунца, анализировали на показатели качества семенного материала [16].
Экспериментальные данные обработаны статическими методами, рассчитана наименьшая существенная разность (НСР) с помощью программы Ехсе1.
Результаты и обсуждение. В среднем за 3 года исследований урожай льносоломы в первом варианте был ниже, чем во втором, на 5,3 ц/га (см. табл.). При этом сбор всего волокна в варианте 2 был выше на 1,3 ц/га, в том числе длинного волокна - на 0,8 ц/га, что очень важно для последующего производства высокономерной пряжи с повышенными разрывными характеристиками, во втором, а также сформирована достоверная прибавка семян (0,4 ц/га). Выращенные семена по показателям качества (всхожесть - 97,5-98%, общая зараженность возбудителями болезней - менее 9%, наличие примесей (семян сорных растений) - менее 300 шт./кг) были отнесены к категории репродуктивных, используемых для производства товарной продукции.
По физико-механическим характеристикам волокно в варианте 2 также имело более высокие показатели, по сравнению с вариантом 1: разрывная нагрузка трепаного волокна средним номером №10 выше на 3,9 даН, короткого волокна №4 - на 1,5 даН, короткого волокна №6 - на 1,8 даН и превышало нормативы стандартов для длинного и короткого волокна на 108-115%.
Мы установили, что микрофибриллы или элементарные волокна стебля льна-долгунца представляют собой сильно удлиненные веретеновидные клеточные пространства с заостренными концами и утолщенными оболочками (0,1-10 мкм). В их центре находится полость, от диаметра которой в значительной степени зависит качество льноволокна (рис. 1 а, б). На поперечном срезе волокно имеет вид многоугольника с четырьмя-шестью гранями и узким каналом посередине.
При анализе волокон под электронным микроскопом наблюдаются характерные сдвиги и утолщения -это результат механических воздействий (рис. 1 в). Внутреннее строение клеточных стенок у льняного волокна, как и у хлопкового, отличается слоистостью и высокой степенью полимеризации, что обусловливает прочность волокна (рис. 1 г). Утолщение клеточных стенок льняного волокна свидетельствуют о его большей прочности. Благодаря наличию в элементарном волокне льна узких каналов, заполненных воздухом, оно имеет лучшую теплопроводность, чем хлопок [17].
В ходе исследований выявлено, что у длинного волокно льна микрофибриллы толщиной 5-10 нм и шириной 10-30 нм имеют сложную полигональную структуру и достигают в длину 10-35 мм (рис. 2 а).
Структурные образования, состоящие из 1530 микрофибрилл (рис. 1 б), составляют основу длинного технического волокна льна-долгунца, при помощи пектина они соединяются в волокнистые жгуты (рис. 2 а). Концы микрофибрилл находятся на разной высоте, что предопределяет прочность жгутов, которые в свою очередь связаны
Рис. 2. Микроструктура волокна льна: а, б - длинного волокна; в, г - короткого волокна. Достижения науки и техники АПК. 2015. Т 29. № 10 -
между собой элементарными волокнами и образуют надежное соединение всей волокнистой системы стебля льна.
Признаки качества волокна зависят от морфологического строения и структурных особенностей стебля. Длинные элементарные волокна с меньшим диаметром обусловливают получение тонкого и соответственно ценного волокна, а многоугольной и лентоподобной форм с узкими каналами - прочного, высококачественного технического длинного волокна (см. рис. 1 б и 2 а, б). У короткого волокна (рис. 2 в, г) микрофибриллы волокон имеют более толстые и одревесневшие стенки, наблюдаются изломы, перегибы, разрывы. Его элементарные волоконца не образуют упорядоченной структуры пучков микрофибрилл, как у длинного волокна. Таким образом, мы обнаружили взаимосвязь между структурными параметрами волокон льна и качеством льноволокна, которую
можно использовать как критерий, способствующий ранжированию генотипов от длинноволокнистых до низкокачественных коротковолокнистых образцов.
выводы. В условиях длительного стационарного опыта РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева при применении минеральных удобрений отдельно ^РК) и совместно с органическими (ЫРК + навоз) в севообороте можно стабильно получать до 65 ц/га льносоломки льна-долгунца сорта Восход, до 19 ц/га - волокна, в том числе длинного волокна - до 14,6 ц/ га высокого качества, удовлетворяющего отечественным и международным стандартам качества. Исследование структурных компонентов длинного и короткого льняного волокна позволяет прогнозировать их свойства, определять волокнистый состав для последующего выпуска льняной пряжи, вырабатывать подходы к построению технологической схемы процесса получения конечного продукта.
Литература.
1. Тенты, чехлы и укрывочные брезенты/Н.Н. Корсун, С.Л. Белопухов, А.В. Фокин, Е.В. Фокин, С.С. Овечкин. М.: «Компания Спутник +», 2004. 44 с.
2. Защитно-стимулирующие комплексы в льноводстве / С.Л. Белопухов, А.В. Захаренко, Н.Н. Корсун, А.В. Фокин, В.П. Самойлов, Н.А. Смирнов. М.: Изд-во «ИКАР», 2008. 224 с.
3. Тентовые материалы с натуральными волокнами/Н.Н. Корсун, С.Л. Белопухов, А.В. Фокин, Е.В. Фокин, С.С. Овечкин,
B.П. Самойлов, Н.А. Смирнов. М.: «Компания Спутник +», 2006. 50 с.
4. Белопухов С.Л., Сафонов А.Ф., Дмитревская И.И. Изучение качества льнопродукции при обработке льна-долгунца физиологически активными веществами //Длительному полевому стационарному опыту ТСХА 100 лет: итоги научных исследований. Научное издание/Под ред. А.Ф. Сафонова. М.: Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2012. С. 206-215.
5. Чекмарев П.А. Понажев В.П., Поздняков Б.А. Зонально-адаптивные технологии производства льна-долгунца. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2011. 145 с.
6. Штабель Ю.П., Попеляева Н.Н. Агроэкологическая оценка сортов льна-долгунца // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. №1 (99). С. 54-56.
7. Чалова С.Б., Овчинников Ю.К. Состав, как определяющий фактор качества льняных тканей // Межд.науч.-практ.конф. «Управление торговлей: теория, практика, инновации». Москва: РУК, 2008. с.15-18
8. Глазко В.И., Белопухов С.Л., Сторчевой В.Ф. Нанотехнологии и материалы в сельском хозяйстве. М.: Изд-во ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2015. 257 с.
9. Получение экологически безопасной льнопродукции при использовании препарата Флоравит®-3Р / И.И. Дмитревская,
C.Л. Белопухов, Е.Ю. Федорова, А.И. Григораш, Е.Э. Нефедьева, И.Г. Шайхиев// Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 3. С. 185-188.
10. Влияние защитно-стимулирующих комплексов на урожай льна и качество волокна / А.В. Захаренко, С.Л. Белопухов, И.И. Дмитревская, Л.П. Разумеева // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 9. С. 34-36.
11. Костюков А.Ф. Оперативный метод контроля свойств льняных волокон с помощью ультразвука // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. №3 (101). С. 107-109.
12. Корепанова Е.В., Гореева В.Н., Маслова М.П. Оценка сортов льна-долгунца по качеству волокна и тресты в Среднем Предуралье //Достижения науки и техники АПК. 2013. №8. С. 29-30.
13. Методы и средства электронной микроскопии в исследованиях волокнистого сырья и продукции текстильной промышленности / Т.И. Хаханина, Б.П. Осипов, И.И. Бобринецкий, В.Н. Суханов//Научный альманах. Текстильная промышленность. 2006. № 1,2. С.46-54.
14. ГОСТ 10330 Лен трепаный. Технические условия
15. ГОСТ 9394 Волокно льняное короткое. Технические условия
16. ГОСТ 52325 Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества.
17. Онтогенетическое развитие клеток волокна у разных генотипов льна-долгунца / Н.Л. Трухановец, В.В. Рубан, В.П. Ильченко, Л.В. Хотылева//Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2001. Т.45. № 2. С. 86-88.
influence of long-term application of fertilizers on productivity OF FIBER FLAx AND FIBER QuALITY
I.I. Dmitrevskaya, D.S. Stepanova, S.L. Belopukhov, V.A. Raskatov
Russian State Agrarian University - Timiryazev Moscow Agricaltural Academy, ul. Timirjazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation
Summary. Under conditions of the long-term stationary experiment of RSAU-TMAA in 2012-2014 the investigations were carried out to study the influence of long-term application of mineral and organic fertilizers on productivity of fiber flax, as well as to determine physical and mechanical characteristics and structure of fiber by the method of scanning electronic microscopy. The soil of the plot is sod-podzol with middle-loamy granulometric texture. The object of the investigation is fiber flax variety "Voskhod". The greatest productivity of fiber straw (6.55 t/ha), fiber (1.89 t/ha, including long one-1.46 t/ha) and seeds (0.83 t/ha) was obtained on the plots with application of the full complex of mineral fertilizers at the dose of N100P150K120 together with manure at the dose of 20 t/ha. In the variant with same dose of mineral fertilizers without manure it was less by 0.53, 0.13 and 0.04 t/ha, correspondingly. The fiber obtained from the flax plant, grown in the variant with the full complex of mineral and organic fertilizers, had high rates of physical and mechanical characteristics: flexibility 63.8 mm, breaking load of long fiber 17.4 daN, breaking load short fiber of different numbers 15.1-17.8 daN. The internal structure of cell walls of the long fibers is distinguished by lamination and ordered arrangement of microfibrils inside the elementary fibrils. Microfibrils of fibrils of short fibers have thicker and ligneous walls; there are kinks, bends and breaks. Their elementary fibrils do not form ordered structures of microfibrils bundles as in long fibers. The study of the structural components of the long and short flax fiber enables to predict their properties, to determine the fiber composition for the subsequent release of linen, to work out the right approach to the construction of the technological scheme of the process for obtaining the final product. Keywords: fiber flax, flax straw, flax fiber, seeds, electronic microscopy.
Author Details: I.I. Dmitrevskaya, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: [email protected]); D.S. Stepanova, post-graduate student; S.L. Belopukhov, D. Sc. (Agr.), prof.; V.A. Raskatov, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.
For citation: Dmitrevskaya I.I., Stepanova D.S., Belopukhov S.L. , Raskatov V.A. Influence of Long-Term Application of Fertilizers on Productivity of Fiber Flax and Fiber Quality. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V. 29. № 10. pp. 50-52 (In Russ).
