CC BY
35
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
УДК 631.811.93:633.11:633.37
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО НАНОКОМПОЗИТНОГО ПРЕПАРАТА НА СОДЕРЖАНИЕ И ВЫНОС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ
ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ И ГОРОХОМ
Н.В. Забегалов, аспирант (научный руководитель Е.В. Дабахова, д.с.-х.н.)
Нижегородская ГСХА, e-mail: [email protected]
Рассмотрены результаты вегетационного опыта с внесением нанокомпозитного кремнийсодержащего препарата по фону минеральных удобрений. Установлено, что кремнийсодержащий нанокомпозитный препарат как при предпосевной обработке семян, так с совместной обработкой семян и вегетирующих растений повысил в биомассе содержание основных элементов питания: азота, фосфора калия и кремния.
Ключевые слова: кремний, нанокомпозитный препарат, светло-серая лесная почва, яровая пшеница, горох, вынос, азот, фосфор, калий.
INFLUENCE OF NANOCOMPOSITE PREPARATION CONTAINING SILICON ON THE MAINTENANCE AND CARRYING OUT OF BASIC NUTRITION ELEMENTS OF SPRING WHEAT AND PEAS
N.V. Zabegalov
Results of vegetative experience with entering nanocomposite a siliceous preparation on a background of mineral fertilizers are considered. It is established that nanocomposite a preparation containing silicon, as at processing of seeds so at joint processing of seeds and vegetative plants has raised the maintenance of nitrogen, phosphorus and potassium in skilled cultures. Nanocomposite the siliceous preparation also has raised the silicon maintenance in grain of skilled cultures.
Keywords: silicon, nanocomposite preparation, the light grey forest soil, spring wheat, peas, nitrogen, phosphorus, potassium, carrying out.
Кремний, наряду с фосфором, служит основой энергоемких соединений клетки. Этот элемент может входить в состав нуклеотидов и тем самым образовывать в скелете нуклеиновых кислот сахаросиликатные участки, придавая им повышенную прочность [1]. Кремний влияет на активность нитратредуктазы, пероксидазы, инвертазы и фосфата-зы растений. Установлено наличие кремния в рибосомах, митохондриях, хлоропластах и микросомах [2]. Поглощение кремния корневой системой связано как с конвективным переносом, так и с пассивной диффузией. Растения поглощают кремний из почвенного раствора, глин и труднорастворимых силикатов. Источником этого элемента в определенной степени может быть и кварц [3]. Исключение кремния из питательного раствора замедляет рост стеблей, задерживает выметывание, вызывает некроз листьев, снижает урожай зерна. Уменьшение высоты растений и слабая их кустистость наблюдаются и в почвах с низким содержанием подвижного кремния. Добавление его к питательной среде стимулирует рост, ускоряет наступление фаз колошения и созревания. При этом увеличиваются высота растения, количество продуктивных стеблей и площадь ассимиляционной поверхности листьев. Кремний оказывает существенное влияние на поглощение и использование растениями азота. А исключение кремния из питательной среды снижает количество поглощаемых корнями азотистых соединений [4]. В то же время, как показали исследования [5], избыток кремния в питательной среде отрицательно влияет на азотный обмен растений. Под его влиянием возрастает ассимиляция растениями калия, кальция и магния. Однако полной оценки влияния кремния на растения, особенно на содержание и вынос основных элементов, до сих пор нет.
Цель работы - изучение влияния кремнийсодержа-
щего нанокомпозитного препарата на содержание и вынос азота, фосфора, калия и кремния зерновой и зернобобовой культурами.
Исследования проведены в 2008-2009 гг. в условиях вегетационного опыта по схеме (табл. 1), предусматривающей изучение эффективности различных доз нанокомпозитного препарата на фоне минеральных удобрений. По-вторность в опыте трехкратная. Опытные культуры: яровая пшеница сорта «Дарья» и горох сорта «Феникс».
В опыте изучали действие нанокомпозитного кремнийсодержащего препарата в различных концентрациях при обработке им семян перед посевом (варианты 2-5) и с совместной обработкой семян и вегетирующих растений (варианты 6-9). В качестве фона использовали минеральные удобрения (NH4NO3, Са(Н2Р04)2 и K2S04) в дозах по 0,2 г д.в./сосуд. Нанокомпозитный препарат препарат, содержащий кремний и представленный образованиями размером до 100 нм (производитель ВПК «Green Lift»), Считается, что частицы такого размера обладают новыми, специфическими физико-химическими характеристиками, отличающимися от свойств традиционных удобрений.
Опыт заложен на светло-серой лесной легкосуглинистой почве, обладающей слабокислой реакцией (pH 5,4), средней степенью гумусированности (2,0%), повышенным содержанием подвижных форм фосфора (295 мг/кг) и средним содержанием обменного калия (130 мг/кг).
В почве определяли содержание подвижного кремния - спектрофотометрическим модифицированным методом Маллена и Райли с экстракцией кремния по Матыченкову [6].
При анализе растений использовали следующие методы: определение азота, фосфора и калия из одной навески
1. Схема опыта
Полное название варианта Сокращенное название варианта
>1РК фон Фон
Фон + Нано Si 1 5 (обработка семян) Фон + SioC 1:5
Фон + Нано Si 1 10 (обработка семян) Фон + Sioc 1:10
Фон + Нано Si 1 15 (обработка семян) Фон + Sio,. 1:15
Фон + Нано Si 1 20 (обработка семян) Фон + Si,,,. 1:20
Фон + Нано Si 1 5 (обработка семян + подкормка растений) Фон + Sioc+n,, 1:5
Фон + Нано Si 1 10 (обработка семян + подкормка растений) Фон + SioC+пр 1:10
Фон + Нано Si 1 15 (обработка семян + подкормка растений) Фон + SioC+пр 1:15
Фон + Нано Si 1 20 (обработка семян + подкормка растений) ©OH + Si^+n,, 1:20
после мокрого озоления по методу Гинзбург смесью Н2804 и НСЮ4 с последующим определением азота на аппарате микро -Къельдаля, фосфора по методу Мерфи-Райли колориметрически на КФК-2, калия фотометрически на пламенном фотометре РЬАРНО-4; содержание кремния по Барсуковой [7]. Результаты исследований обработаны методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985).
Согласно данным таблицы 2, кремнийсодержащий препарат в целом положительно повлиял на урожайность яровой пшеницы, что, однако, не на всех вариантах подтверждается результатами статистической обработки. Установлено, что наибольший эффект от применения препарата наблюдается в вариантах с минимальным его разбавлением (1:5), т.е. - с максимальной концентрацией рабочего раствора. Причем, вариант с наибольшей дозой кремния при двукратном его внесении дает прибавки урожайности пшеницы больше (13%), чем при однократном применении препарата (4,4%). При этом лишь на варианте с двукратным применением кремнийсодержащего вещества (1:5) наблюдается максимальная и, вместе с тем, статистически достоверная прибавка урожайности культуры. Кроме того, уровень урожайности пшеницы на вариантах с двукратным применением кремнийсодержащего вещества в большинстве случаев несколько выше по сравнению с вариантами однократного применения кремния.
Несколько иная тенденция наблюдается на горохе (табл. 2). Максимальные прибавки урожайности зерна (28-31%) получены на вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:10-1:20. При этом, по мере уменьшения концентрации рабочего раствора эффект от применения препарата увеличивается, что наблюдается только на вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений. Уровень урожайности гороха на вариантах с однократным применением кремния (обработка семян) ниже, чем при двукратной обработке.
Содержание азота и фосфора в зерне яровой пшеницы было несколько ниже. При этом нанопрепарат в той или иной степени способствовал повышению содержания этих элементов в продуктивной части опытной культуры. Отмечено, что снижение концентрации нанокрем-ния в рабочем растворе способствует незначительному повышению накопления азота в зерне. В условиях двукратного применения кремния максимальное накопление зерном азота и фосфора наблюдается в вариантах с минимальным разбавлением рабочего раствора. Увеличение накопления калия в зерне яровой пшеницы статистически доказуемо либо при обработке семян (1:5), либо с совместной обработкой семян и вегетирующих растений (варианты 6-9). Самая высокая концентрация всех элементов питания в зерне, а также наибольший их вынос получен на варианте с максимальной урожайностью, т.е. с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5.
Содержание азота и калия в зерне гороха на всех вариантах было чуть ниже. При этом, как и на яровой пшенице нанопрепарат, содержащий кремний, в большинстве случаев степени способствовал повышению этих элементов в продуктивной части опытной культуры. Действие нанопре-парата в накоплении азота статистически значимо как при обработке семян максимальных концентраций препарата (т.е. 1:5 и 1:10), так с совместной обработкой семян и вегетирующих растений с кратностью раз-
бавления препарата 1:5-1:20. А вот увеличение содержания калия математически доказано только на 6 и 7 вариантах. Накопление азота в опытных культурах вероятно связано с положительным влиянием кремния на азотный режим растений.
Концентрация фосфора, напротив, была чуть выше. Прибавка фосфора доказана только на вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений с кратностью разбавления препарата 1:5,1:10 и 1:15. Очевидно, это связано с тем, что кремний влияет на фосфорное питание растений, поскольку способствует пополнению почвенного раствора фосфором за счет высвобождения труднодоступных фосфатов из ППК почвы. Самое высокое содержание №>К было на двух вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5 и 1:10, а вот максимальный вынос получен на варианте с максимальной урожайностью, т.е. с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:20.
Содержание и вынос кремния культурными растениями приведены в таблице 3. Согласно полученным данным, применение нанокомпозитного препарата способствует повышению содержания кремния в зерне. При этом в условиях обработки семян пшеницы и гороха максимальное содержание кремния накапливается на варианте с минимальным разбавлением рабочего раствора. Аналогично, варианты с совместной обработкой семян и вегетирующих растений дают достоверную прибавку в накоплении кремния с максимальной концентрацией рабочего раствора (т.е. с кратностью 1:5). Самым высоким выносом отличались варианты с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5 на яровой пшенице и с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:10 -на горохе.
Содержание кремния в почве, где произрастали опытные культуры, отражено в таблицах 4 и 5. Анализируя представленные данные, можно отметить, что в целом нанокомпозитный кремнийсодержащий препарат в разных концентрациях незначительно повлиял на изучаемые показатели. Согласно градации В.В. Матыченкова [6], содержание актуального кремния оценивается как низкодефицитное на яровой пшенице и среднедефицитное - на горохе (варианты 2-5 и 9), а на остальных вариантах низкодефицитный уровень как на яровой пшенице. При этом можно отметить, что в условиях приема обработки семян гороха на варианте с минимальным
2. Влияние нанокомпозитного препарата, содержащего кремний, на урожайность яровой пшеницы и гороха (в среднем за 2008-2009 гг.)
Вариант опыта Пшеница Горох
урожайность, г/сосуд отклонение урожайность, г/сосуд отклонение
г/сосуд % г/сосуд %
Фон 15,7 - - 10,3 - -
Фон + Sioc 1:5 16,4 0,7 4,4 10,6 0,3 2,9
Фон+ Sioe 1:10 16,1 0,4 2,5 11,0 0,7 6,8
Фон + Sioc 1:15 16,0 0,3 1,9 10,8 0,5 4,8
Фон+ SioC 1:20 15,8 ОД 0,6 12,0 1,7 16,5
Фон + Sioc+m, 1:5 17,7 2,0 12,7 11,4 1,1 10,7
Фон + Sioc+m, 1:10 16,1 0,4 2,5 13,2 2,9 28,1
Фон + Sioc+щ, 1:15 16,6 0,9 5,7 13,0 2,7 26,2
Фон + Sioc+по 1:20 15,9 0,2 1,3 13,5 3,2 31,0
НСР05 - 1,2 7,3 - 1,9 16,4
3. Влияние нанокомпозитного кремнийсо-держащего препарата на содержание и вынос кремния культурными растениями,
станд. влажность (в среднем за 2008-2009 гг.)
Вариант опыта Яровая пшеница Горох
содержание вынос содержание вынос
кремния, % кремния, мг/сосуд кремния, % кремния, мг/сосуд
Фон 0,50 78,5 0,45 46,4
Фон + Sioc 1:5 0,52 85,3 0,47 49,8
Фон + Sioc 1:Ю 0,50 80,5 0,46 50,6
Фон + Sioc 1:15 0,51 81,6 0,46 49,7
Фон + Sioc 1:20 0,50 79,0 0,47 56,4
Фон + Sioc+m, 1:5 0,58 102,7 0,51 58,1
Фон + Sioc+m, 1:10 0,57 91,8 0,50 66,0
Фон + Sioc+iro 1:15 0,55 91,3 0,49 63,7
Фон + Sioc+по 1:20 0,54 85,9 0,48 64,8
НСР05 0,02 - 0,02 -
4. Содержание кремния в почве,
яровая пшеница (в среднем за 2008-2009 гг.)
Вариант опыта Актуальный кремний Потенциальный
кремнии
мг/кг отклонение мг/кг отклонение
мг/кг % мг/кг %
Фон 19 - - 140 - -
Фон + Sioc 1:5 24 5 26 145 5 4
Фон + Sioc 1:10 24 5 26 144 4 3
Фон + Sioc 1:15 23 3 16 144 4 3
Фон + Sioc 1:20 23 3 16 143 3 2
Фон + Sioc+iro 1:5 26 6 32 148 8 6
Фон + Sioc+iro 1:Ю 25 5 26 147 7 5
Фон + Sioc+m, 1:15 25 5 26 145 5 4
Фон + Sioc+no 1:20 24 4 21 145 5 4
НСР05 5 22 - 5 3
5. Содержание кремния в почве, горох (в среднем за 2008-2009 гг.)
Вариант опыта Актуальный кремний Потенциальный
кремнии
мг/кг отклонение мг/кг отклонение
мг/кг % мг/кг %
Фон 17 - - 132 - -
Фон + Sioc 1:5 20 3 18 138 6 4,5
Фон + Sioc 1:Ю 19 2 12 135 3 2,2
Фон + Sioc 1:15 19 2 12 131 -1 -0,8
Фон + Sioc 1:20 18 1 6 130 -2 -1,5
Фон + Sioc+пи 1:5 22 5 29 136 4 3,0
Фон + Sioc+m, 1:10 22 5 29 134 2 1,5
Фон + Sioc+m, 1:15 21 4 23 133 1 0,8
Фон + Sioc+m, 1:20 20 3 18 133 1 0,8
НСР05 3 16 - 5 3
разбавлением рабочего раствора наблюдается максимальная и статистически достоверная прибавка актуального и потенциального кремния. На яровой пшенице математически доказуемое увеличение актуального кремния наблюдается на вариантах 2 и 3 (т.е. 1:5 и 1:10), а потенциального только с кратностью разбавления 1:5. С другой стороны, на яровой пшенице достоверные прибавки получены на вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбав-
ления 1:5-1:15. На горохе содержание актуального кремния отмечено только на вариантах 6 и 7 (1:5 и 1:10). А вот накопление потенциального кремния на горохе при двукратной обработке кремнием не наблюдалось.
Таким образом, наибольшие прибавки урожайности наблюдались на вариантах с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5 — на яровой пшенице и 1:10-1:20 - на горохе. Нанокомпозитный препарат, содержащий кремний, как при обработке семян, так с совместной обработкой семян и вегетирующих растений повысил содержание азота, фосфора и калия в опытных культурах. Наиболее высокое их содержание выявлено на варианте с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5. Максимальный вынос азота, фосфора, калия и кремния на яровой пшенице получен на варианте с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:5. На горохе самый большой вынос по NPK получен на варианте с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:20, а по кремнию - с совместной обработкой семян и вегетирующих растений препаратом с кратностью разбавления 1:10. В целом, нанопрепарат незначительно повлиял на увеличение содержания актуального и потенциального кремния.
Литература
1. Шеуджен А.Х. Биогеохимия. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. - 1028 с.
2. Reichert J.M., Norton L.D., Huang Chihua L.D. Sealing, amendment, and rain intensity effects of erosion of high-clay soils // Soil Sei. Soc. Am. J., 1994, V. 58. P. 1199-1205.
3. Айлер P. Химия кремнезема. 2 т. - M.: Мир, 1982. -1127 с.
4. Sadanandou А.К., Varghese E.J. Agr. Res. J. Kerala, 1969, V. 7. 91 p.
5. Miyoshi H., Jshii H. Nippon Dojo Hiryogaku Zasshi, 1960. V. 31. 113 p.
6. Магыченков B.B. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния // Агрохимия, 2007, № 7. - С. 22-27.
7. Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Arpo- и биохимические методы исследования состояния экосистем: учеб. Пособие для вузов; Нижегородская ГСХА. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. - 170 с.
8. Вернадский В.И. Избранные сочинения. Т. 1. - М.: Изд-во АН СССР, 1954. - 621 с.
