Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Кремний в природе 7
1.2. Поглощение кремния растениями 10
1.3. Влияние кремния на физиологические процессы 15
1.4. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам 19
1.5. Связь кремния с основными элементами питания 24
1.6. Влияние кремния на продуктивность и качество различных культур 26
2. Условия и методика проведения исследований 32
3. Результаты экспериментов
3.1. Формирование продуктивности и особенности фотосинтетической деятельности яровой пшеницы при различных способах применения кремния при оптимальном водообеспечении
3.1.1. Влияние кремния на продуктивность пшеницы 42
3.1.2. Фотосинтетическая деятельность пшеницы при различном применении кремния 49
3.1.3. Накопление биомассы растениями пшеницы 60
3.1.4. Влияние способов применения кремния на характер донорно-акцепторных отношений пшеницы 61
3.2. Влияние обработки семян кремнием на рост и продуктивность яровой пшеницы в зависимости от условий водообеспечения и уровня азотного питания
3.2.1. Влияние кремния на продуктивность пшеницы 64
3.2.2. Фотосинтетическая деятельность пшеницы 75
3.2.3. Действие обработки семян кремнием на накопление биомассы пшеницей 97
3.2.4. Донорно-акцепторные отношения у пшеницы 101
3.3. Возможность использования кремния для снижения токсичного действия тяжёлых металлов
3.3.1. Влияние комплексного действия тяжёлых металлов и кремния на продуктивность пшеницы при различных способах его применения 112
3.3.2. Фотосинтетическая деятельность пшеницы в условиях загрязнения почвы тяжёлыми металлами 118
3.3.3. Действие кремния на накопление биомассы пшеницей при токсичном уровне тяжёлых металлов в почве 130
3.3.4. Влияние кремния на донорно-акцепторные отношения яровой пшеницы при угнетении растений 132
Выводы
Список литературы
- Устойчивость растений к неблагоприятным факторам
- Влияние кремния на продуктивность и качество различных культур
- Влияние обработки семян кремнием на рост и продуктивность яровой пшеницы в зависимости от условий водообеспечения и уровня азотного питания
- Возможность использования кремния для снижения токсичного действия тяжёлых металлов
Введение к работе
Согласно современным представлениям, кремний занимает важное место в жизни растений. Он влияет на многие физиолого-биохимические процессы, увеличивает урожайность растений и их устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды (мороз, засуха, повреждение насекомыми и др). Известно, что этот элемент широко распространён в природе, присутствует в золе всех растений (Вернадский, 1938; Воронков, 1975; Кузнецов, 1989). Изучение свойств кремния открывает большие возможности использования его в сельском хозяйстве. Некоторые соединения кремния (мивал, мигуген и др.) начали использовать ещё в 50 - 70 гг. прошлого века. Достаточно точно выяснено (Потатуева, 1968; Алёшин, 1982; Васильева, 1988; Кемечева, 2003), что кремний и его соединения стимулируют рост и созревание зерновых (рожь, пшеница, кукуруза, рис, овёс, ячмень) и овощных культур (огурцы, томаты, салат).
Наиболее изученными культурами являются в настоящее время рис и некоторые овощные, наименьшее число работ как у нас, так и за границей, посвящено яровой пшенице. Между тем яровая пшеница является очень важной кормовой и пищевой культурой, ей принадлежит одно из ведущих мест в зерновом балансе нашей страны. Её зерно характеризуется высоким содержанием белка (18-24%) и клейковины (28-40%), отличными хлебопекарными качествами. Поэтому проблема повышения её' урожайности и предохранения от неблагоприятного воздействия внешней среды в настоящее время стоит достаточно остро.
Нечернозёмная зона является не только зоной малоплодородных земель, но и зоной неустойчивого увлажнения, в которой выпадение большого количества осадков может чередоваться с периодами засухи. Особенно опасна засуха для яровой пшеницы в фазу выход в трубку-колошение, поскольку это критический период, во время которого происходит образование репродуктивных органов. Недостаток влаги в это время увеличивает бесплодность колосков, а при формировании и наливе зерна снижает его
выполненность и крупность, что приводит к значительному снижению урожая. Последующие обильные осадки не могут исправить это положение. Поэтому важен вопрос о способе защиты пшеницы от засухи.
В литературе имеются некоторые сведения о положительном влиянии кремния на засухоустойчивость растений, однако именно на яровой пшенице это вопрос почти не изучался. На этой культуре изучалось лишь применение кремния совместно с пестицидами (Строт, Шмакова, 2002). Не изучалась ранее роль кремния в формировании продуктивности пшеницы, действие его на фотосинтез и дыхание, а также сортовая специфика. Недостаточно ясно и его действие в связи с основными элементами питания (NPK). Нет работ, посвященных изучению роли кремния при действии на пшеницу тяжёлых металлов, поскольку в настоящее время это очень важная проблема. Не исследован вопрос о влиянии кремния на химический состав растений пшеницы. Все эти вопросы требуют дальнейшего исследования.
Цель исследования. Цель работы состояла в изучении влияния кремния на рост, развитие и продуктивность яровой пшеницы при различных условиях минерального питания и водообеспечения.
В диссертации были поставлены следующие задачи:
1. Изучить сортовую специфику действия кремния на рост, развитие и
продуктивность яровой пшеницы в зависимости от уровня минерального
питания.
2. Оценить влияние кремния на развитие и формирование
продуктивности пшеницы при различных условиях водообеспечения и
уровнях азотного питания и на содержание основных элементов
питания.
3. Выявить возможность использования кремния для снижения
токсичного действия тяжёлых металлов на рост и продуктивность растений
пшеницы.
4. Выяснить действие кремния на интенсивность фотосинтеза и дыхания
при влиянии кадмия на проростки пшеницы.
Научная новизна работы. В диссертации впервые проведена оценка влияния различных способов применения кремния на рост, развитие и продуктивность яровой пшеницы при различных условиях минерального питания и водо обеспечения.
Также показана роль кремния в изменении донорно-акцепторных отношений пшеницы в сторону большего развития полезной части урожая. Показана сортовая специфика действия кремния.
Выяснено положительное действие кремния на снижение негативного действия тяжёлых металлов на формирование продуктивности и фотосинтетическую деятельность пшеницы.
Практическая значимость работы. Полученные в экспериментах данные о действии кремния на пшеницу при различных способах его применения могут быть использованы для практического применения в полевых условиях при выращивании пшеницы и для защиты её от негативного воздействия засухи и тяжёлых металлов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.
Структура и объём диссертации.
Диссертация изложена на 152 страницах, содержит 75 таблиц. Работа состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальной части, выводов и списка использованной литературы. Список использованной литературы включает 148 наименований, из них 47 - иностранных.
Устойчивость растений к неблагоприятным факторам
Одной из важных функций кремния в растениях является повышение устойчивости к неблагоприятным условиям среды. Наличие его в стеблях риса улучшает механическую прочность и делает стебли устойчивыми к полеганию (Першин,1995). Кремниевые удобрения используются для повышения урожайности культурных растений. Чаще всего это культурные шлаки, силикаты и др. кремнийсодержащие соединения. Кроме того, созданы сложные искусственные удобрения, содержащие кремний. Силикат натрия оказался эффективным средством для повышения растворимости удобрений. Кремний входит в состав смеси для обработки семян, клубней, луковиц, стимулирующей рост растений (Климович, Михайлова, и др., 1998; Кабашникова, Линг, 1998).
М. Epstein (1969) установил, что под влиянием кремния увеличивается содержание салициловой кислоты, фенольных соединений и фитоалексинов, активизирующих защитные механизмы, которые повышают устойчивость растений к болезням и вредителям. В опыте с огурцом он продемонстрировал, что введение кремнийсодержащего вещества в питательный раствор подавляло развитие мучнистой росы, активизировало синтез хлорофилла и полностью исключало применение фунгицидов.
По мнению некоторых исследователей (Tanaka,1975; Алёшин.1982; Алёшин,1993; Savant,1997; Кемечева,2003;) именно кремний определяет устойчивость риса к пиркуляриозу, гельминтоспориозу, рисовой стеблевой мухе и другим болезням и вредителям. Кроме того, усвоение кремния растениями сопряжено с поглощением натрия и кальция. Поэтому при почвенном засолении растения способны накапливать повышенное количество кремния, что увеличивает устойчивость их к засолению.
Кремний способен стимулировать естественные защитные реакции растений на различные стрессы. A. Sommer (1926) при обработке растений кремневой кислотой получил семена проса, обладающие иммунитетом к грибным заболеваниям.
В последние годы были получены данные, что кремнийсодержащие соединения повышают экологическую безопасность пестицидов, ограничивая их поступление в объекты окружающей среды и увеличивая эффективность направленного действия (Ермолаев, 1993; Дорожкина,1997; Сластя,1997; Строт, Шмакова, 2001). Этими авторами изучалась эффективность действия смесей кремнийсодержащих соединений с низкими нормами расхода пестицидов на вредные объекты и влияние данных смесей на урожайность ячменя, кукурузы, свёклы, картофеля и винограда. Использовались соединения кремния в смесях с пестицидами в концентрации 0,3-0,4% (тэтроэтоксисилан (ТЭС), этоксисилан-40 (ЭС).
Было установлено, что можно резко снизить пестицидную нагрузку и получить безопасную и экологически ценную продукцию. ТЭС и силикат натрия усиливают поглощение гербицидов в течение первых 4 часов в 140-160 раз, что способствует резкому возрастанию гербицидной активности. Результаты, характеризующие уменьшение поражённости растений корнеедом при обработке семян свёклы, фитофторозом при обработке клубней картофеля, указывают на целесообразность применения ТЭС. Исследования, проведённые И.В. Сластя (1997) на ячмене и кормовой свёкле, показали целесообразность и высокую эффективность применения кремнийсодержащих соединений, выявили способность ТЭС и силиката натрия ингибировать развитие корневых гнилей, и ли сто стебельных заболеваний ячменя.
При выращивании овощей в закрытом грунте довольно остро стоит вопрос о снижении пестицидной нагрузки, поскольку нормы расхода препаратов здесь значительно выше, чем в открытом грунте. В исследованиях возможности применения кремния для увеличения урожайности огурца и томата и снижения нормы применения пестицидов Л.А. Дорожкиной., А.С. Коваленко и др.,(2002) было установлено, что двукратная обработка вегетирующих растений препаратами кремния (ТЭС) оказала положительное действие. Прибавка урожая огурца составила 27%. Во время вегетации отмечалось снижение поражё нности растений бактериальной пятнистостью и антракнозом, но при этом отмечалась высокая поражённость корневыми гнилями.
Достаточно большое значение имеет применение кремния на овощных культурах. Ермаков Е.И. и Мухоморов В.К.,(2001) изучали закономерности накопления биомассы и формирования листовой поверхности рассады огурца при некорневой обработке растений кремни йсодержащим хелатным микроудобрением в условиях различной освещённости и температуры среды обитания. Установили, что некорневая обработка растений оказывает положительное, в том числе антистрессовое воздействие на рассаду огурца при дефиците лучистой энергии. Кроме того, кремнийсодержащее хелатное микроудобрение способствует поддержанию высокой продуктивности растений огурца в неблагоприятных условиях.
Ещё на одну возможность использования кремния указывал академик В. Пойченко. Он заметил, что виноград на песчаной почве не поражается филлоксерой. Исходя из своего наблюдения, он предложил изолировать корни виноградных кустов кремнеземистым материалом, стекловолокном, стекловатой или стекловойлоком. Это позволило не только защитить виноградники от филлоксеры, но и избавиться от трудоёмких операций (катаровка, удаление корней привоя и поросли подвоя). Применение кремния внесением в почву способствовало повышению устойчивости к неблагоприятным условиям растений винограда за счёт повышения облиственности. Повысился урожай за счёт увеличения числа плодоносных побегов, количества и массы гроздей на кусту. Кроме того, лоза раньше вызревала, побеги отличались короткими и значительно утолщёнными междоузлиями, повышенной прочностью и компактностью тканей, что облегчало их перезимовку. Качественный состав Сахаров изменялся в сторону увеличения содержания ди- и олигосахаридов.
При внесении кремния в почву наблюдалось положительное влияние на растения риса. Кремний накапливался в них в основном в виде силикагеля, который образует кремниево-кутикулярный двойной слой. По данным S. Yoshida (1962) кремний накапливается либо в покровных, либо в механических тканях, что создаёт устойчивость против болезней и вредителей. Кроме того, кремний ослабляет неблагоприятное действие азота на устойчивость риса к таким болезням, как пиркуляриоз.
В Среднем Приуралье Н.В. Шмакова, (2002) изучала эффективность ТЭС и силиката натрия для защиты яровой пшеницы от болезней. Установлено, что ТЭС ингибировал развитие септориоза и корневой гнили при неблагоприятных условиях вегетации. Силикат натрия достоверно уменьшал поражаемость растений бурой ржавчиной на 23% и септориозом — на 42%. Однако ТЭС не оказал токсичного действия против возбудителей корневой гнили на семенах яровой пшеницы. Было отмечено ростостимулирующее действие ТЭС на яровую пшеницу, которое проявляется в увеличении листовой поверхности в 1,1-1)4 раза, наблюдалось также антистрессовое действие, в результате чего повысилась выживаемость растений в неблагоприятных условиях вегетации.
Влияние кремния на продуктивность и качество различных культур
Открытие биологической активности и полезных свойств кремния даёт возможность использовать его соединения в сельском хозяйстве. В широкую практику кремнийорганические соединения начали входить лишь в 1957 году. Кремнезём и силикаты стимулируют рост и созревание зерновых (рожь, пшеница, кукуруза, овёс, ячмень) и других растений. По данным F.H. Wagner (1940) и В.М. Дьякова (1974), обработка томатов в теплице раствором С-силатранилхолиниодида в период цветения привела к значительному увеличению урожайности и сокращению сроков созревания. Показано, что благодаря использованию кремниевых удобрений (аморфный тонкодисперсный диоксид кремния, силикат натрия или калия) восстанавливается и повышается плодородие почв и увеличивается урожайность различных культур на 30 - 50% (Дьяков, Матыченков, 1997). Высокая стоимость этих соединений, слабая изученность механизмов их влияния на растения и почву, а также трудности с определением оптимальных доз внесения в почву препятствуют широкому внедрению этих удобрений в практику. Кремниевые удобрения восполняют дефицит кремния как элемента питания растений: улучшают всхожесть семян, усиливают развитие корневой системы, повышают стрессоустойчивость растений, ускоряют созревание плодов. (Матыченков, 1990. Аммосова, Матыченков, 1994; Бахнов,2001) А.А. Ермолаев (1993) проводил эксперименты по применению кремния на винограде, кукурузе и сахарной свёкле.
Он установил, что более рациональным способом применения кремнийсодержащих препаратов является предпосевная обработка семян. Урожайность зелёной массы кукурузы возросла на 52% по сравнению с контролем, а початков - на 28%. Применение фунгицидов совместно с соединениями кремния обеспечило увеличение урожайности ячменя на 20-27% и кормовой свёклы на 26-28%. При использовании силиката натрия урожайность при одной обработке у огурца возросла достоверно, а при двух - не достоверно. При двукратном опрыскивании урожайность несколько снижается. Урожайность томата увеличилась на 11-26%, в 2 раза снизилась поражённость корней нематодой. Оказалось, что на фоне обработки семян препаратами кремния лучше применять однократное опрыскивание вегетирующих растений. Установлено, что введение ТЭС в рабочие составы фунгицидов позволило сократить расход препаратов и повысить урожайность на 17%. Большое значение имеет кремний для риса. Ряд работ (Алёшин,1993;Алёшин,1997; Першин,1995; Корляков,1996; Кемечева,2003) показал его роль. Так, выяснено, что предпосевная обработка семян кремнием улучшает энергию прорастания и дружность всходов, а также лабораторную и полевую всхожести. Также увеличивается высота растений, повышается накопление сухой массы надземными органами и корнями. Значительно увеличивается площадь листьев, их обеспеченность хлорофиллом. Всё это вместе приводит к росту чистой продуктивности фотосинтеза. Урожайность зерна также достоверно увеличилась за счёт повышения продуктивного стеблестоя и формирования более продуктивной метёлки, снижения пустозёрности и увеличения массы 1000 зёрен. Кремниевые удобрения широко применяются в Японии и других странах для повышения урожайности риса и других злаковых и овощных культур. В нашей стране в качестве кремниевого удобрения применяются силикатные бактерии, переводящие в усвояемую растениями форму почвенный кремнезём и силикаты.
Они могут удержать в корнеобитаемом слое почвы внесённые минеральные удобрения и тем самым приводят к повышению продуктивности растений. Были исследования возможностей использования кремнийорганических биостимуляторов (Воронков, 1975). К числу наиболее интересных принадлежат мивал и мигуген. Их можно использовать достаточно широко. Так, замачивание перед посевом семян хлопчатника, пшеницы, овса, кукурузы, гороха, сои, томатов, редиса, винограда и других культур в 0,01—0,001% растворах мивала ускоряет их прорастание, повышает жизнеспособность и урожайность. Проведённые У.И. Мандраимовым (1975-1980) исследования влияния мивала на всхожесть семян, рост, развитие и урожайность хлопчатника в условиях вегетационных опытов и полевых испытаний показали перспективность использования мивала в хлопководстве. С помощью обработки семян хлопчатника 0,005-0,02% растворами удаётся предотвратить вредное влияние неблагоприятных погодных условий. При этом всхожесть выше, всходы появляются на 30-40 часов раньше, а общий урожай хлопка-сырца возрастает на 12%. Аналогичный эффект даёт предпосевная обработка семян хлопчатника растворами мигугена.
Производственные испытания этого препарата показали, что предпосевная обработка семян хлопчатника ускоряет раскрытие коробочек на 5-7 дней и увеличивает их количество на 2-4 шт.уки. В 1979 году в совхозе «Ангарский» были проведены полевые испытания мивала на кукурузе, пшенице и картофеле. Семена пшеницы и кукурузы перед посевом обрабатывались 0,01% раствором. В результате урожай зёрен пшеницы возрос на 17%, кукурузы на 60%. Предпосевная обработка семян овса тем же раствором повысила урожай зёрен с колоса с 6,1 до 20 г. При посадке картофеля в лунку вместе с клубнем вносился в почву литр 3,1-4% раствора мивала, что приводило к повышению урожая на 38,5%, При внесении в полевых условиях под корни рассады томатов 200 мл 0,001% водного раствора мивала и последующем опрыскивании таким же раствором в период цветения и бутонизации ускорялось созревание томатов и повышается их выход более чем в 1,5 раза - за счёт увеличения количества плодов. Изучалось влияние предпосевной обработки семян мивалом на рост яровой пшеницы (Корнильева, Скорнякова и др., 1976) Отмечено положительное действие мивала на рост и развитие пшеницы.
Влияние обработки семян кремнием на рост и продуктивность яровой пшеницы в зависимости от условий водообеспечения и уровня азотного питания
Проведённые эксперименты позволили проанализировать эффективность действия кремния на урожай и его элементы при разных уровнях азотного питания как при оптимальном водообеспечении, так и при почвенной засухе. Как показывают результаты опытов (таблица 28), при оптимальном водообеспечении на протяжении всей вегетации растения формируют довольно большой урожай зерна и биомассы. Рассмотрим основной показатель продуктивности массу зерна с растения.
Масса зерна с растения достоверно увеличивалась под воздействием кремния, однако при различном уровне азота увеличение происходило по-разному. При низком уровне азота она возрастала на 0,09 г, что лишь немного выше НСР. При уровне азота 120 мг/кг почвы это увеличение значительнее -на 0,21 г. При повышенной дозе (240 мг/кг почвы) влияние кремния находилось в пределах НСР и не являлось достоверным. Очевидно, действие кремния на массу зерна наиболее эффективно на среднем уровне азотного питания. Поскольку имеются данные о том, что кремний положительно влияет на поглощение растениями азота (Воронков, 1975 и др.) можно предположить, что он улучшает его потребление из удобрений и почвы. На высоком уровне азотного действие кремния не достоверно.
Масса 1000 зёрен достоверно увеличивалась в вариантах без внесения азота и с его дозой 120 мг/кг почвы. Так, в первом случае увеличение составляет 1,60 г; при дозе азота 120 мг/кг почвы 2,50 г и при повышенной дозе (240 мг/кг почвы) 0,70 г. Наибольшее возрастание массы 1000 зёрен происходило на среднем уровне азотного питания при обработке семян кремнием. При повышении уровня азота увеличение массы 1000 зёрен замедляется. Таким образом, проведённый эксперимент позволил сделать вывод, что для наибольшей эффективности действия кремния нужно создавать определённый уровень азотного питания растений, при котором кремний позволит реализовать потенциальные возможности пшеницы.
Остальные показатели продуктивности сорта Эстер (общее и продуктивное число колосков, число зёрен в колосе и общая биомасса) возрастают равномерно при повышении уровня азотного питания. Действие кремния на эти показатели достоверно в первых двух вариантах и недостоверно при повышенной дозе азотных удобрений. Так, число зёрен в колосе увеличивается: без внесения азота — на 1,4 шт.; при его дозе 120 мг/кг почвы - на 4,2 шт.; при дозе 240 мг/кг почвы - на 1,1 шт.. Продуктивное число колосков: без внесения азота - на 1,6 шт.; при 120 мг/кг почвы - на 2,3 шт.; при 240 мг/кг почвы - на 0,8 шт.. Увеличение биомассы происходило следующим образом: без внесения азота на 0,19; 120 мг/кг почвы - на 0,36; 240 мг/кг почвы - на 0,12 г. Следовательно, в условиях оптимального водообеспечения обработка семян кремнием лучше всего улучшает продуктивность пшеницы при среднем уровне азотного питания. При повышенном уровне азота происходит перераспределение питательных веществ, и биомасса растения увеличивается за счёт массы листьев и стеблей, а не за счёт массы зерна (Кумаков, 1980). Похожие изменения продуктивности наблюдались и у сортообразца Л-907 (таблица 29).
Масса зерна в этом опыте увеличивалась на 0,06 г(без внесения азота); на 0,16 г(120 мг/кг почвы) и на 0,04 г (240 мг/кг почвы). Это увеличение ненамного превосходит сорт Эстер. Масса 1000 зёрен возрастала: на 2,10 (без внесения азота); на 3,25 (120 мг/кг почвы) и на 0,6 г (240 мг/кг почвы). Эти два показателя увеличивались сильнее у сортообразца Л-907. Другие показатели продуктивности возрастали следующим образом: число зёрен в колосе - на 1,3 шт.. (без внесения азота); на 3,2 шт., (120 мг/кг почвы) и на 0,5 шт.. (240 мг/кг почвы). Продуктивное число колосков - на 1,1шт.. (без внесения азота); на 2,1 шт., (120 мг/кг почвы) и на 0,5 шт.. (240 мг/кг почвы). Общая биомасса растения - на 0,11 г (без внесения азота); на 0,23 г (120 мг/кг почвы) и на 0,06 г (240 мг/кг почвы). Из сравнения изменения показателей продуктивности растений сорта Эстер и сортообразца Л-907 при обработке семян кремнием при оптимальных условиях водообеспечения можно сделать вывод, что продуктивность растений лучше всего реализовывается при средней дозе азота. При этом у сорта Эстер реакция на оптимальную дозу азота наблюдалась в большей мере, чем у сортообразца Л-907. Реакция изменения остальных показателей (биомасса растения, продуктивное число колосков и число зёрен в колосе) также эффективнее у сорта Эстер. Лишь масса 1000 зёрен сильнее изменяется у Л-907. Итак, наиболее достоверное увеличение продуктивности растений, а также других показателей (озернённости колоса, числа колосков, массы 1000 зёрен) наблюдалось при дозе азота 120 мг/кг почвы. Как видно, данные этого эксперимента отличаются от данных эксперимента №4. Очевидно, это связано с различными условиями выращивания растений (в первом случае растения выращивались при искусственных температурно-световых условиях, а в экспериментах №5 и № 6 - при естественных). Получено, что в условиях оптимального водообеспечения кремний обеспечивает прибавку урожая лишь до определённой дозы азотных удобрений, выше этой дозы прибавка статистически недостоверна.
В настоящее время в связи с глобальным изменением климата, наряду с повышением парциального давления С02 в атмосфере и потеплением, согласно мировым прогнозам увеличится количество, продолжительность и жёсткость засух. В связи с этим важной проблемой является разработка путей повышения устойчивости растений к засухе. Большинство физиологических исследований, которые позволяют оценить засухоустойчивость растений, основываются на определении ростовых функций растений при моделировании уровня их водообеспеченности. Семена растений, устойчивых к засухе благодаря своей сортовой специфике или применяемым обработкам их перед посевом специальными растворами, прорастают в растворах осмотиков, имитирующих засуху, лучше, что является показателем степени их адаптационной способности к засухе на первых этапах органогенеза.
Возможность использования кремния для снижения токсичного действия тяжёлых металлов
В своих исследованиях мы изучали возможность снижения токсичного действия тяжёлых металлов (ТМ), таких как кадмий и цинк, на растения пшеницы, при использовании кремния. Литературы по этому вопросу очень мало, имеются лишь отдельные указания об эффективности этого приёма (Wang Ligun, Chen Qing, 2000). Эти данные свидетельствуют, что кремний может вступать в конкуренцию с тяжёлыми металлами и предотвращать их избыточное поступление в растения. Они установили, что коллоидный кремний обладает высокими адсорбционными свойствами. Исследования действия кремния в условиях загрязнённости кадмием начали с краткосрочного эксперимента с различными сортами пшеницы. Было определено (таблицы 58, 59, 60), что кремний положительно влияет на увеличение таких показателей, как всхожесть и энергия прорастание, а также на число и среднюю длину всех корней и длину проростков. По сравнению с контролем это влияние являлось достоверным.
Однако снижение токсичного действия кадмия под воздействием кремния оказалось недостоверным. Аналогичное явление можно было увидеть и у сортообразца Л-907 (таблица 59). У него также происходило достоверное увеличение показателей под влиянием кремния в контроле: всхожесть возросла на 6%, энергия прорастания на 4%, число корней на 0,5 см и длина на 1,2 см. Средняя длина проростков увеличилась на 0,6 см. При действии кадмия на растения пшеницы отмечалось снижение всех показателей, но в варианте с кремнием они вновь приближались к контрольному варианту. При действии кадмия кремний действовал недостоверно. Эти увеличения достоверны и подтверждают данные о положительном влиянии кремния на прорастание и всхожесть семян. При обработке кремнием семян пшеницы сорта Лада в контрольном варианте кремний увеличивал всхожесть и энергию прорастания (таблица 60). Но, в отличие от сорта Эстер и сортообразца Л-907 кремний достоверно уменьшал токсичное действие кадмия. Так, всхожесть увеличивалась на 10%, энергия прорастания на 4%, число корней на 0,5 шт. и средняя длина их на 0,7 см; длина проростков возрастала на 2,0 см. Эти увеличения превышают НСР и потому являются достоверными. Таким образом, можно сказать, что сорт Лада наиболее подходит для выращивания в почвах, загрязнённых тяжёлыми металлами, поскольку из трёх перечисленных сортов только на него кремний оказывает достоверно положительное влияние.
Проведённый далее с сортом Лада длительный эксперимент позволил оценить действие кремния в зависимости от доз кадмия и цинка и от способа внесения кремния на основные показатели продуктивности (таблица 61). Из таблицы видно положительное влияние кремния как при внесении его в почву, так и при обработке им семян. Но в форме обработки семян кремний оказывал большее воздействие, чем при внесении его в почву. Масса зерна с растения в контрольном варианте достоверно возрастала при обработке кремнием семян, что подтверждает данные предыдущих длительных экспериментов. В варианте с дозой кадмия 50 мг/кг почвы отмечено достоверное возрастание массы зерна с растения при обработке кремнием семян - на 0,09 г. Масса 1000 зёрен снижалась: при дозе кадмия 5 мг/кг почвы на 0,22 г (внесение кремния в почву) и на 2,95 г (обработка кремнием семян). Уменьшение было достоверным лишь во втором случае; при большой дозе кадмия этот показатель достоверно снижался при обоих способах применения кремния: в первом случае на 3,03 г (внесение в почву), во втором на 5,17 г (обработка семян). Остальные показатели (озернённость колоса, число колосков и общая биомасса растения) при разных уровнях загрязнения почвы кадмием достоверно повышались при обработке кремнием семян, при внесении его в почву увеличение находилось в пределах НСР. При загрязнении почвы цинком наблюдалось достоверное повышение массы зерна при использовании кремния: при дозе цинка 100 мг/кг почвы она возрастала на 0,10 г (внесение кремния в почву) и на 0,17 г (при обработке семян кремнием). При дозе цинка 500 мг/кг почвы - соответственно на 0,04 г и на ОДЗ г. При малой дозе кремний достоверно повышал продуктивность растений при обоих способах его внесения, при большой - только при обработке им семян.
