Введение к работе
Актуальность проблемы. Роль и место микроэлементов, являющихся структурными компонентами витаминов, ферментов и гормонов, хорошо известны. Сбалансированность питания биогенными микроэлементами (медью, цинком, кобальтом и др.), является одним из факторов обеспечения высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур, мясо-молочной продуктивности животных, предотвращения и профилактики различных заболевании растении, животных и человека. Но этому мешает дефицит биогенных мнкро)лементов на значительных площадях пахотных іемель различных регионов России и, в частности, Нижегородской области. Для обеспечения сбалансированного питания растении необходимо внесение в почву сельхозугодий микроудобреннн, которые представляют собой в основном неорганические соли соответствующих элементов. Однако, такие соли хорошо растворимы п воде и при внесении их в почву сравнительно быстро вымываются из нее почвенными и дождевыми водами, что, с одной стороны, значительно снижает эффективность использования таких микро-удобрении, а с другой стороны, приводит к загрязнению водоемов. Кроме того, такие удобрения весьма дороги, также, как и хелатньте соединения, включающие микроэлементы, которые ранее использовались в качестве микроудобрений. Решением указанных проблем могут быть разработанные акционерным обществом "МиБАС" совместно с учеными НИИ химии Нижегородского Госуниверснтста им. Н.И. Лобачевского, ВНИПТИХИМ и МСХА им. К.А.Тимирязева пленкообразующие мнкроэлемсптсодержащие удобрения "МиБАС". изготовляемые путем утилизации промышленных отходов и применяемые для предпосевной обработки семян различных сельскохозяйственных культур. Носителем биогенных металлов в них являются лнпюсульфонаты - отходы целлюлозно-бумажного производства, которые представляют собой природный катионообменкый полимер.
Источником биогенных металлов (меди, цинка, кобальта и др.) для
-І-
получения удобрений служат промышленные стоки гальванических и химических производств предприятий ряда отраслей промышленности. Удобрения "МиБАС" наносятся на поверхность семян в виде тонкой полимерной пленки, в которой микроэлементы находятся в катионнон форме в ионогенных группах пленки.
Предварительные испытания, проведенные в 1982-1987 гг. совместно с ВНИІІТИХИМ, позволили определить оптимальный сосгав удобрений.
Однако, до проведенных в диссертационной работе исследований, не была детально изучена эффективность действия таких удобрений на урожай и качество зерновых культур.
Наряду с этим, изучение возможности совмещения удобрений "МиБАС" с пестицидами и эффективности протравливания такими композициями семян зерновых культур, представляет самостоятельный интерес. Это определяется тем, что , с одной стороны, до сих пор серьезной проблемой остается задача надежного закрепления на поверхности семян зерновых культур различных пестицидов и, соответственно, повышения эффективности их использования, а с другой стороны, важной и до конца не решенной проблемой является обеспечение экологической и санитарно-гигиенической безопасности, связанных с применением пестицидов при предпосевной обработке семян.
Диссертационная работа выполнялась в 1988 - 1997 г.г. в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Научного Совета по проблемам микроэлементов в биологии АН СССР, программой администрации Нижегородской области "Очистка и утилизация сточных вод гальванического производства для получения микроэлемент-содержащнх биологически активных веществ и применение их в сельском хозяйстве" (Распоряжение администрации Нижегородской области № 1172-Р от 23.08.94 г.) и федеральной целевой программой "Отходы" (постановление Правительства РФ№ 1098 от 13.09.96 г.).
Цель и задачи работы. В связи с указанной актуальностью проблемы, целью данного исследования являлось изучение нового вида микроудобрений "МиБАС" на продуктивность зерновых культур. В задачи работы входило: 1. Изучить эффективность действия медь- , цинк-, кобальтсодержащих удобрений "МиБАС" (на основе катионообменного природного полимера) на урожайность и качество зерновых культур при предпосевной обработке семян; 2. Исследовать возможность протравливания семян зерновых культур композициями на основе удобрений "МиБАС" с различными пестицидами; 3. Изучить эффективность закрепления пестицидов на поверхности семян зерновых культур с помощью пестицидсодержащих композиций па основе удобрений "МиБАС" и экологические аспекты применения таких композиций.
Научная новизна работы. 1. Впервые проведены комплексные агрохимические испытания новых микроэлемевтсодержашнх пленкообразуюших удобрении "МиБАС" при предпосевной обработке семян озимой пшеницы и ячменя; 2. Установлено, что удобрения "МиБАС" значительно повышают урожайность и качество озимой пшеницы и ячменя на дерново-подзолистых легкосугликистых и светло-серых лесных легкосуглиннстых почвах. Показана закономерность по увеличению урожайности указанных культур от вида и соотношения микроэлементов в "МиБАС"; 3. Впервые на примере "МиБАС" и четырех пестицидов (ТМТД, фундазола, витатиурама, фенорама) подробно исследовано влияние подклеивающего компонента на степень закрепления пестицидов на поверхности семян озимой пшеницы и ячменя. При этом установлено значительное преимущество "МиБАС" по сравнению с натриевой солью- карбоксиметилцеллюлозы "NaKMU", традиционно применяемой для закрепления пестицидов на поверхности семян при ил протравливании и, соответственно, существенное улучшение экологической обстановки (при обработке семлн, хранении, транспортировке и посеве)!.
Практическая ценность работы. Результаты полученных исследований использованы при проектировании и организации опытно-промышленного производства (мощностью 2 тыс. тонн в год) мнкроэлементсодержащих пленкообразующих удобрений "МиБАС" в акционерном обществе "МиБАС". На базе проведенных исследований эффективности применения удобрений "МиБАС" и пестицидсодержащих композиций на основе "МиБАС" Министерством сельского хозяйства и продовольствия, Минздравом РФ рекомендовано применять их при предпосевной обработке семян на территории России.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на JX Всероссийском совещании по совершенствованию технологий гальванических покрытий (Киров -1994 г.), 1 Международной конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (Иваново -1997 г.). По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, цитируемой литературы, содержит 148 страниц, включает 1 рисунок и 26 таблиц, приложения.
Удобрения "МиБАС" представляют собой водный раствор микроэ-лементсодержащих производных природного катионообменного полимера - лигнина (темно-коричневого цвета). Содержание микроэлементов (меди, цинка, кобальта) составляет 13 ± 4 г/л, производных лигнина - 32 ± 5 масс. %, тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути, мышьяка) - не более 6 мг/л.
Полевые опыты по исследованию эффективности действия "МиБАС" на урожай и качество ячменя и пшеницы проводились в колхозах им. Ленина Вачского района , "Искра" Богородского района на светло-серых лес-
-Н-
ных легкосуглинистых почвах, а также в колхозе им. Разумовского Чка-ловского района Нижегородской области - на дерново-подзолистых легко-суглинистых почвах. В опытах высевались районированные сорта зерновых культур: ячменя - "Зазерский - 85" и "Абава"; озимой пшеницы -"Янтарная - 50". Агрохимическая характеристика почв опытных участков представлена в табл.1, из которой видно, что содержание гумуса в светлосерых лесных почвах составляло 1,0 - 1,6 % , фосфора - 175 - 235 мг/кг, калия - 170 - 190 мг/кг почвы, рНксі - 5,3 - 5,7; в дерново-подзолистых почвах содержание гумуса - 1,5 - 1,8 %, фосфора - 252 - 390 мг/кг, калия - 195 - 210 мг/кг почвы, рНкп - 5,5 - 5,8. Содержание микроэлементов (меди, цинка, кобальта) в почвах, где проводились в 1988-1990 г.г. испытания составляло: для почв колхоза им. Разумовского Чкаловского района по меди - 1,6-2,7, по цинку - 1,0 - 1,5, по кобальту - 0,6 -0,9 мг/кг; для почв колхоза им. Ленина Вачского района по меди - 1,0 - 1,4, по цинку - 1,0 - 1,3, по кобальту -1,4 - 1,9 мг/кг; для почв колхоза "Искра" Богородского района по меди - 1,8 - 2,7, по цинку - 1,1 - 1,4, по кобальту - 0,5 - 0,9 мг/кг почвы. Схема опытов включала 15 вариантов, а именно :
1. На фоне (азот 60 кг/га, фосфор 60 кг/га, калий 60 кг/га) высевались необработанные семена. Прл этом источником азота, фосфора и калия являлась нитрофоска; 2. На указанном фоне высевались семена, обработанные только "NaKMU"; 3. На указанном фоне высевались семена, обработанные только полимерной основой "МиБАС" (без микроэлементов); 4. На указанном фоне высевались семена, обработанные композицией, представляющей собой смесь "NaKMU" с "Внтатиурамом"; 5. На указанном фоне высевались семена, обработанные композицией, представляющей собой смесь полимерной основы "МиБАС" с "Витатиурамом"; 6. На указанном фоне высевались семена, обработанные удобрением "МиБАС" с медью; 7. На указанном фоне высевались семена, обработанные удобрением "МиБАС" с цинком; 8. На указанном фоне высевались семена, обработан-
-S-
Таблица 1 Агрохимическая характеристика почв опытных участков
* Нг - гидролитическая кислотность ** S -сумма поглощенных оснований
ные удобрением "МиБАС" с кобальтом; 9. На указанном фоне высевались семена, обработанные удобрением "МиБАС" с медью и цинком; 10. На указанном фоне высевались семена, обработанные удобрением "МиБАС" с медью, цинком и кобальтом. Варианты с 11 по 15 аналогичны вариан-
там 6 - 10, но в отличии от них, высеваемые семена были обработаны композицией, представляющей собой смесь удобрении "МиБАС" с "Витатиурамом".
Таким образом, всего было изучено 5 разновидностей удобрений "МиБАС", совмещенных и не совмещенных с пестицидом "Витатиурам". Общая площадь опытных делянок составляла 144, учетной - 80 м2. Повто-рность опытов - четырехкратная. Обработка почвы была общепринятой для хозяйств Нижегородской области и состояла из вспашки на глубину 22-25 см, культивации (10-12 см) и боронования.
Семена обрабатывались с помощью протравочных машин ПС-10, непосредственно в хозяйствах за 15-20 дней до посева. Норма расхода "МиБАС" составляла 3,5 - 4 л/т семян ячменя и озимой пшеницы. Композиции "МиБАС" с "Витатиурамом" представляли собой устойчивые суспензии. Готовили их с учетом традиционной дозы "Витатиурама" - 2 кг/т семян. При обработке семян удобрением "МиБАС" или соответствующей композицией на их поверхности образовывалась тонкая полимерная пленка, в которой микроэлементы находятся в катионной форме в ионогеиных группах пленки, а пестицид встроен в ее структуру . Посев проводили сеялкой СЗУ-3,6. Норма высева семян ячменя составляла 250 кг/га, озимой пшеницы - 330 кг/га. Уборка урожая проводилась прямым комбайннрова-нием, поделяночно в течение одного дня. При этом отбирались необходимые образцы (зерна, соломы и др.) для дальнейших анализов. Обработка полученных результатов осуществлялась в соответствии с существующими ГОСТами. Наименьшая существенная разность (НСР os) в опыте с озимой пшеницей и ячменем ( колхоз им. Разумовского Чкаловского района) составляла 2,2 - 2,5 ц/га и 2,3 - 2,8 ц/га, соответственно, с ячменем ( колхоз "Искра" Богородского района )-2,4- 3,1 ц/га, с ячменем ( колхоз им. Ленина Вачского района )-2,3- 2,7 ц/га. Точность проведения опытов находилась в пределах 10 %. Погрешность определения биогенных металлов в зерне (атомно-абсорбционным методом с помощью спектрофотометров
-?-
Perkin Elmer, модель 600 и AAS - 30) составляла 5%. Анализы почвенных образцов и растительной продукции на различные показатели выполнялись Государственным центром агрохнмслужбы "Нижегородский", НИИ химии Нижегородского Госуниверситета им. Н.И.Лобачевского и областной станцией защиты растений. Степень осыпаемости пестицидов с поверхности семян оценивалась по содержанию их до и после специальных испытаний. При этом использовали два метода определения содержания пестицида (протравителя): метод контрольной "метки", в качестве которой служили ионы цинка, имеющиеся в пленкообразователе ("МиБАС") и метод прямого определения количества протравителя. По первому методу содержание ионов цинка оценивали титрометрически, по второму - фотоколориметри-ческн определяли количество пестицида, содержащегося в пленке на поверхности семян. Испытания проводили в трех повторностях.
