Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1 Применение гуминовых веществ в растениеводстве 10
1.2 Структура и свойства гуминовых веществ 27
1.3 Способы выделения и методы инструментальных исследований гуминовых веществ 35
Глава 2. Объекты и методы исследований 43
Глава 3. Экспериментальная часть 59
3.1 Химический состав льняной костры 59
3.2 Выделение из льняной костры и химический состав органо-минерального комплекса 61
3.3 Исследование физико-химических свойств органо-минерального комплекса. 66
3.4 Влияние препаратов ОМК на прорастание семян 73
3.4.1 Изменение кинетических параметров прорастания семян белого люпина при обработке препаратами ОМК 73
3.4.2 Влияние концентраций ОМК и температурных условий на динамику прорастания семян белого люпина 80
3.4.3 Изучение действия концентрацией ОМК на прорастание семян льна 84
3.5 Действие биорегуляторов на развитие и урожайность льна-долгунца 91
3.6 Влияние предпосевной обработки семян препаратом ОМК на развитие и урожайность белого люпина 101
3.7 Изучение качества продукции полученной в полевых испытаниях 108
3.7.1 Влияние обработок биостимуляторами на качество льнопродукции 108
3.7.2 Влияние предпосевной обработки семян белого люпина препаратом ОМК на химический состав зерна 128
Выводы 131
Список литературы
- Структура и свойства гуминовых веществ
- Способы выделения и методы инструментальных исследований гуминовых веществ
- Влияние препаратов ОМК на прорастание семян
- Влияние предпосевной обработки семян препаратом ОМК на развитие и урожайность белого люпина
Введение к работе
Актуальность темы. Рост антропогенной нагрузки на окружающую среду приводит к сокращению ресурсов и появлению задачи регулирования и рационализации природопользования. Это возможно путем внедрения малоотходных и безотходных технологий, основанных на использовании всех сырьевых ресурсов, в том числе целлюлозосодержащих отходов, которые образуются и накапливаются на предприятиях агропромышленного комплекса. Большинство побочных продуктов и отходов производства, образующихся после переработки сельскохозяйственного сырья, характеризуется ценным химическим составом и может быть использовано для получения различных веществ после соответствующей обработки (Русакова, 2012).
В настоящее время основная часть растительной биомассы - отходы АПК используются нерационально. В процессе переработки растительного сырья, например, льна, остаётся значительное количество отходов, которые, могут быть переработаны для получения физиологически активных веществ и других продуктов. Крупнотоннажным отходом при получении льняного волокна является - костра. До 80 гг. XX века лен-долгунец выращивали на площади более 2,0 млн. га, урожайность льносоломы составляла 30-32 ц/га, на долю отходов (костры) приходилось до 70 % биомассы (Белопухов, 2008). Соответственно 21-22,5 ц/га составляли отходы. В настоящее время урожайность льносоломы достигает 50-60 ц/га, что приводит к увеличению количества отходов - 35-42 ц/га. Растительные остатки после переработки льняной тресты, накапливаются в отвалах, либо сжигаются, что приводит к загрязнению окружающей среды. Растительные компоненты, находящиеся в отвалах, с течением времени под действием природно-климатических факторов и микроорганизмов подвергаются процессам гумификации и минерализации с образованием ценных гуминовых веществ (ГВ). Воздействуя различными экстрагентами, можно выделить органо-минеральный комплекс (ОМК), основными компонентами которого являются гуминовые и фульвокислоты. Спектр применения данных веществ в промышленности и сельском хозяйстве очень широк (Черников, 2007, Перминова, 2007, Безуглова, 2009). Глубокая переработка отходов льняного комплекса позволит рационально и экономически более эффективно использовать всю биомассу растений.
Степень разработанности темы. Многочисленные исследования указывают на возможность применения ГВ в качестве стимуляторов роста и развития растений, для защиты растений в условиях различных абиотических стрессов, что приводит к повышению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции (Куликова, 2008, Portuondo, 2011, Billingham, 2012, Garcia с соавт., 2012, Selim с соавт., 2012). При этом важной нерешенной проблемой остается выбор оптимальных условий извлечения полезных компонентов из растительного сырья. Отсутствуют данные о влиянии
применения органо-минерального комплекса, полученного из льняной костры на урожайность и качество продукции льна-долгунца и белого люпина.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в исследовании влияния органо-минерального комплекса, выделенного из льняной костры на урожай и качество льна-долгунца {Linum usitatissimum L.) и белого люпина (Lupinus Albus L.). Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
Разработать оптимальные условия извлечения органо-минерального комплекса
из льняной костры, обеспечивающие максимальный выход физиологически
активных компонентов.
Исследовать состав и физико-химические свойства полученного органо-
минерального комплекса.
Установить оптимальные концентрации органо-минерального комплекса для прорастания семян льна-долгунца и белого люпина.
Исследовать действие препарата на динамику роста и развития растений, урожайность и качество льнопродукции.
Изучить влияние предпосевной обработки органо-минеральным комплексом на развитие, урожайность белого люпина и качество получаемых семян.
Научная новизна. Впервые проведена оценка эффективности щелочной экстракции компонентов из льняной костры. Исследованы физико-химические характеристики полученного органо-минерального комплекса. Впервые в лабораторных и полевых опытах проведены комплексные исследования по изучению ОМК на рост и развитие льна-долгунца и белого люпина. Установлено влияние исследуемого препарата на морфологические показатели развития. Выявлены оптимальные концентрации, обеспечивающие увеличение урожайности и улучшение качества продукции. Проведена оценка качества полученной продукции, не только традиционными методами, но и методами термического анализа и инфракрасной спектроскопии. Получены новые экспериментальные данные об особенностях влияния органо-минерального комплекса на накопление тяжелых металлов в семенах и волокне льна-долгунца
Теоретическая и практическая значимость. На основании экспериментальных данных предложены оптимальные условия для экстракции из льняной костры органо-минерального комплекса. Экспериментально обоснованы наиболее эффективные концентрации применения органо-минерального комплекса при выращивании белого люпина и льна-долгунца. Установлено, что предпосевная обработка семян белого люпина ОМК 0,1 % способствует повышению урожайности семян на 13-19 %, сбор протеина возрастает на 14-23 %. Применение двукратной обработки ОМК 0,01 % в фазу елочки льна-долгунца способствует увеличению урожайности льноволокна на 14-16 %, получению качественного волокна с повышенными на 15-20 % физико-механическими характеристиками. Результаты исследования могут служить
обоснованием для разработки рекомендаций по использованию органо-минерального комплекса в технологиях возделывания белого люпина и льна-долгунца
Методология и методы диссертационного исследования. При выполнении диссертационной работы осуществление наблюдений за растениями в период вегетации, определение продуктивности, показателей качества урожая полевых культур при применении органо-минерального комплекса проведено по рекомендованным методикам и ГОСТам с применением современных методов физико-химических исследований (инфракрасной спектроскопии, термического анализа, атомно-эмиссионной спектроскопии).
Основные положения, выносимые на защиту. Льняная костра является ежегодно возобновляемым источником растительных остатков, который может служить исходным материалом для получения органо-минерального комплекса, обладающего физиологической активностью. Эффективность действия органо-минерального комплекса определяется технологическими параметрами получения и условиями применения. При применении ОМК на растениях льна-долгунца сорта Антей увеличивается урожайности соломки, волокна и семян, улучшаются физико-механические характеристики волокна, изменяется соотношение химических веществ и элементов в растениях.
Предпосевная обработка семян белого люпина сорта Дега органо-минеральным комплексом способствует увеличению урожайности и улучшению качества зерна.
Степень достоверности и апробация результатов. Диссертация является самостоятельной завершенной научной работой, в которой все результаты принадлежат лично автору или получены при его непосредственном научно-методическом руководстве и участии. Исследования химических и физико-химических свойств органо-минерального комплекса, волокна и семян проведены на аттестованном испытательном оборудовании в учебно-научном центре коллективного пользования «Сервисная лаборатория комплексного анализа химических соединений» РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (аттестат аккредитации испытательной лаборатории № РОСС RU.0001.516875, действителен до 19.10.2016г.). Материалы диссертации были доложены на Международной научно-практической конференции «Наука и инновации в сельском хозяйстве» г. Курск, Курская ГСХА, 2011; VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук» Польша, г Пшемысль, 2012; VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» г. Владикавказ, Горский ГАУ, 2012; Международной научно-практической экологической конференции «РИО 20: Итоги и перспективы» г. Великие Луки, Великолукская ГСХА, 2012;
Международной научно-практической конференции посвященной 75-летию профессора С.Х. Дзанагова «Актуальные вопросы применения удобрений в сельском хозяйстве» г. Владикавказ, Горский ГАУ, 2012; XVII Международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий», Новосибирск, 2012; Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ, работа отмечена золотой медалью, 2013г.; Всероссийской научно-практической конференции «Инновации сельскому хозяйству» г. Калининград, КГТУ, 24-27 сентября 2013г. VII Всероссийской выставке «Золотая осень», работа «Усовершенствование агротехнологий в выращивании прядильных культур» отмечена дипломом и золотой медалью, 2013г.; VIII Всероссийской выставке «Золотая осень», работа «Разработка инновационных технологий возделывания белого люпина с применением высокоэффективных защитно-стимулирующих комплексов для предпосевной обработки семян» отмечена дипломом и золотой медалью, 2014г.
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, описание методов исследований, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах, содержит 34 таблицы, 30 рисунков, список литературы содержит 214 источников, в том числе 96 иностранных авторов, приложение состоит из 7 таблиц и 12 рисунков.
Структура и свойства гуминовых веществ
Гуминовые вещества (ГВ), такие как гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин играют важную роль в почвенном плодородии и питании растений. Растения, выращенные на почве, содержащей достаточное количество ГВ, меньше подвержены стрессам, дают более высокие урожаи, при этом качество получаемой продукции значительно выше (Petit R.E., Atiyeh R.M., 2002, Norman Q.,2006, MuscoloA.,2013, Garcia A.C., 2013, 2014, Behzad S., 2014).
В настоящее время существует несколько теоретических точек зрения о механизме активности ГВ, однако все авторы констатируют благоприятное действие ГВ на растения (Muscolo А. с соавт., 2013; Zandonadi D.B. с соавт., 2013). Некоторые авторы выделяют до 16 различных факторов благотворного влияния гуматов на систему вода-растение-почва, а наиболее важными называют следующие факторы: стимулирование роста и развития растений, защитное действие и транспорт микроэлементов, других необходимых растению соединений (Piccolo А., 1992, Nardi S. 1994, Безуглова О.С, 2009, Trevisan S., 2011, Pizzeghello D., 2013).
Некоторые исследования показывают, что ГК действуют как миметики ауксинов, которые стимулируют рост корней через механизм, стимулирующий активность Н+-АТФазы (Zandonadi D.B. с соавт., 2013). Canellas L.P. соавт. (2012) установили, что ГК, независимо от источника выделения, имеют гидрофобные и гидрофильные области, и разрыв в структуре может привести к высвобождению гидрофильных компонентов, структурно сходных с ауксинами.
Гормоноподобную активность ГВ связывают с азотсодержащими компонентами, проявляющими действие подобно ауксинам и полиаминам (Nardi S. с соавт.,2000, Young and Chen, 1997). Canellas L.P. с соавт. (2012) показал, что действие ГВ, проявляющееся в стимулировании роста корней, связано с содержанием гидрофильных кислородосодержащих алкильных, метоксильных, азотосодержащих алкильных функциональных групп. Менее гумифицированные ГВ содержат больше полярных азотных и карбоксильных функциональных групп, а также обладают большей способностью к образованию хелатных соединений с микроэлементами Zn, Си, and Fe (Chen Y. с соавт., 2004, Garcia-Minac соавт., 2004).
В то же время, исследования с растениями Арабидопсиса не показали сходного действия ГВ с ауксинами (Schmidt W. с с соавт., 2007). Показано, что в ГВ, полученных из леонардита, нет веществ, структурно похожих на гормоны растений, что свидетельствует о том, что эффект стимуляции происходит через механизмы, которые не зависят от путей, используемых ауксинами (Diane Е. с соавт., 2009).
Исследования Garci a с соавт. (2012, 2014), показали, что ПС могут образовывать кластеры в корнях растений риса, стимулируя выработку кислородных радикалов, а также стимулировать некоторые ферменты, связанные с антиоксидантным защитным механизмом. Опыты применения ГВ на растениях кукурузы выявили, что происходит стимулирование фермента каталазы (Cordeiro F.C. и соавт., 2011).
Л.А. Христева предположила возможные механизмы непосредственного воздействия ГВ на растения: воздействие ГВ на биологические мембраны, что способствует улучшению поступления гуминовых веществ в растение, а также воздействие ГВ на основные внутриклеточные метаболические процессы (Безуглова О.С., 2009).
ГВ оказывают непосредственное влияние на растения, а также они могут действовать косвенно, оказывая комплексное действие на почву, посредством улучшения химических, физических и биологических свойств. Также ГВ проявляют защитное действие, связывая тяжелые металлы, ксенобиотики, тем самым препятствуя их поступлению в растения (Орлов Д.С, 1993; Abelmann К. с соавт., 2005; Gu С. с соавт., 2006; Skyllberg U. с соавт., 2006).
Наиболее важным аспектом для понимания свойств и механизма действия гуминовых веществ является сложность их структуры (Muscolo А., 2013). По данным последних исследований, ГК имеют супрамолекулярную структурную организацию, которая состоит из больших гидрофобных компонентов и небольших гидрофильных. Гидрофобные фракции в основном состоят из гуминовых фракций линейных алифатических цепей и конденсированных ароматических колец, в то время как гидрофильные фракции состоит из менее упорядоченных гуминовых фракций. Таким образом, супрамолекулярная структура ГВ образуется в результате взаимодействия гетерогенных гуминовых молекул, которые влияют друг на друга в зависимости от их размера, формы, химического сродства (Piccolo А., 2001 Nebbioso А., 2012).
Неоднородность и изменчивость ГВ, как структурная, так и с точки зрения разнообразия функциональных групп, позволяет понять многие химические, физические и биологические процессы, в которых они участвуют в окружающей среде. Среди наиболее изученных процессов, в которых участвуют ГВ, их способность взаимодействовать с катионами металлов и возможность влияния на корневую систему растений, приводящие к увеличению их биомассы и повышению урожайности (Nuzzo A.S. с соавт., 2013; Xitao L. с соавт., 2013; Wang-Wang с соавт., 2014).
Что касается взаимодействия ГВ и металлов, известно, что эти реакции происходят благодаря наличию таких функциональных групп как (карбоксильные -СООН, карбонильные -С=0, и фенольные- ОН), что позволяет образовывать металлоорганические соединения. Взаимодействие с металлами влияет на структуру ГВ, например, при образовании соединений с А1 ,Са увеличивается структурная прочность связей и размер гидрофобных участков (Nebbioso А., Piccolo А, 2009).
ГК оказывают протекторное действие при стрессовых воздействиях. Влияние гуминовых кислот на растения риса в условиях водного стресса исследовали Garcia С. А. с соавт (2013). Ученые отметили, что при обработке растений ГК уровень пероксидазной активности ниже, чем у необработанных растений. Перекисное окисление липидов в корнях и листьях ниже в вариантах с применением гуминовых кислот, по сравнению с растениями находящимися в состоянии стресса, но не обработанными ГК.
Способы выделения и методы инструментальных исследований гуминовых веществ
В качестве объектов исследований были выбраны лен-долгунец сорта Антей и белый люпин сорта Дега, сорта являются районированными для данных условий (ГатаулинаГ.Г., 2009, Белопухов С.Л. 2011).
В опытах № 11-13 изучали действие препарата ОМК (экстрагент 0,1М NaOH) на динамику роста и развития, а также урожайность льна-долгунца сорта Антей. Данный препарат был выбран в результате предварительной оценки, проведенной в лабораторных экспериментах.
В качестве сравнительного контроля использовался препарат Лигногумат (ЛГ), производитель Мивал-Агро, так как данный препарат содержит действующие вещества аналогичные ОМК. Лигногумат - высокоэффективное и технологичное (безбалластное) гуминовое удобрение с микроэлементами в хелатной форме со свойствами стимулятора роста и антистрессанта. Применение лигногумата направлено на: увеличение урожайности сельскохозяйственных культур (в зависимости от культуры и агротехники на 10-25%); повышение качества сельскохозяйственной продукции (клейковины у пшеницы в среднем 2-2,5%, сахаристости у сахарной свеклы, витамина С в овощах, сахара в винограде и плодовых культурах); усиление иммунитета у растений; повышение морозо- и засухоустойчивости растений, в основном за счет увеличения корневой системы растений; повышение эффективности обработок семенного материала совместно с протравителями (повышается полевая всхожесть семян, усиливается подавление патогенов, повышается иммунитет растений); снятие стресса и при увеличении эффективности внекорневых обработок пестицидами и сложными баковыми смесями (стимулирует рост и развитие растений, снимает стресс при комплексных обработках, стимулирует процесс фотосинтеза); повышение эффективности применения минеральных удобрений (растет коэффициент использования азота и фосфора растениями, возможно снижение норм внесения на 20-30%). Как правило, наибольшую эффективность имеют обработки, проведенные в ранние фазы развития растений (на стадии кущения у зерновых, 2-3 настоящих листа у свёклы, в фазу "елочки" у льна). (Лигногумат. Общая информация, методика и результаты применения. Рекомендации для агрономов, 2010).
Для исследований использовался сухой лигногумат марки "А", имеющий в своем составе: соли гуминовых веществ, 80-90% от сухих веществ, массовая доля калия 1%, серы 3% от сухих веществ. В микроколичествах присутствуют: кальций, кремний, магний, железо, марганец, медь, цинк, рН=8,5-10,0. Рекомендуемые нормы расхода: обработка семян - 100 г/т., по вегетации - 30 г/га. Класс опасности: IV (малоопасный продукт).
Обработка ОМК на льне-долгунце проводилась двукратно. Первая обработка - в начале фазы «елочка», вторая - через две недели после первой обработки, концентрация препарата 0,01%, при расходе рабочего раствора 300 л на 1 га. (Понажев В.П., 2011).
Почва опытных участков дерново-подзолистая, среднесуглинистая со следующей агрохимической характеристикой: содержание гумуса 2,0-2,3 %, рН сол. - 4,9 - 5,6, содержание Р205 (по Кирсанову) 280 - 300 мг/кг, К20 (по
Кирсанову), 95-110 мг/кг. Размер опытной делянки 4 м , учетная площадь -1м. Повторность опыта - 4-кратная. Расположение делянок - рендомизированное. Норма высева семян - 22 млн. шт. всхожих семян на 1 га.
Предшественник льна-долгунца - горчица белая на семена. После уборки предшественника была проведена вспашка почвы с осени МТЗ 12+21+UNIA 2+1 (плуг оборотный маленький). Весеннее боронование - закрытие влаги МТЗ 80+БЗТС - 1,0. Культивация МТЗ - 80 + ZBC - 300. Посев МТЗ - 80 +AMAZON D 9-30. В фазу «елочка» проведено опрыскивание гербицидом Каргес 5-6 г/га (по д.в).
Метеорологические условия вегетационных периодов на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева представлены по данным метеорологической обсерватории им. В.А. Михельсона за 2011-2013 года на рисунках 5-7. Метеорологические условия вегетационных периодов по годам различались по температурным характеристикам, количеству осадков, и характеру их распределения в течение периода вегетации. Метеорологические условия 2011 года были благоприятными для роста и развития льна-долгунца (рисунок 5). Весна 2011 года была теплой, температура превышала на 2,4С средние многолетние значение. Количество осадков в этот период было на 26,1 мм ниже средних многолетних значений. Летний период по агроклиматическим характеристикам был благоприятным. В период быстрого роста количество осадков было выше нормы на 3,3 мм, что привело к конечном итоге к формированию качественного волокна.
Вегетационный период 2012 года согласно данным метеорологической обсерватории им. В.А. Михельсона был благоприятным для льна-долгунца (рисунок 6). Количество осадков, выпавших в период высева, составило 45,7 мм, что превысило среднегодовую норму, а температура воздуха также была выше среднегодовой, что повлияло на появление ранних всходов. В дальнейшем на развитие льна пришлось достаточное количество осадков за июнь, в сумме количество осадков составило 98,8 мм, что выше нормы на 28,4 мм. Наибольшее количество осадков 50 мм выпало именно в первой декаде мая. Температура воздуха за весь период вегетации была выше средней многолетней на 1-4 С. В конце вегетационного сезона перед уборкой и укладкой в снопы для росяной мочки, количество осадков было выше средних многолетних на 15 мм, а температура воздуха выше на 1-2 С относительно средних многолетних данных. Вегетационный период 2013 года по предоставленным метеорологической обсерватории им. В.А. Михельсона данным был благоприятным для роста и развития льна-долгунца (рисунок 7). Температура воздуха на протяжении периода вегетации в разные месяцы была выше средних многолетних данных на 4-9 С.
Рисунок 6. Метеорологические условия вегетационного периода 2012 года, Полевая опытная станция РГАУ-МСХА
Сумма осадков за период наблюдений составила 301 мм, что превышает среднее многолетнее значение на 39мм. Наибольшее количество осадков 71 мм пришлось на конец мая, а также на вторую декаду июля. Наименьшее количество осадков наблюдалось в начале июня и второй декаде августа. В целом метеорологические условия вегетационного периода 2013 года оцениваются как благоприятные для роста и развития льна-долгунца.
Влияние препаратов ОМК на прорастание семян
По результатам опытов проращивания белого люпина установлено, что энергия прорастания на 20% в условиях более низких температур выше в варианте с использованием ОМК. Изучена кинетика прорастания семян белого люпина в условиях предпосевной обработки семян ОМК. Рассчитаны дифференциальные и интегральные скорости прорастания семян, выявлено, что максимальные скорости прорастания наблюдаются на 3 сутки в варианте проращивания (ОМК1 рН-7,4, ОМКЗ рН-8,3) при температуре 20 С. Определены эффективные константы скорости роста, которые можно использовать в качестве критерия оценки влияния различных регуляторов роста и развития растений. Использование ОМК приводит к более высокой скорости прорастания в условиях низких температур. Проведена оценка термодинамических характеристик (АН, AS, AG) процессов прорастания семян при использовании предпосевной обработки ОМК, которые также можно использовать для сравнения эффективности применения различных регуляторов роста растений.
Для изучения действия препарата ОМК на прорастания семян белого люпина сорта Дега закладывался опыт по проращиванию семян при различных температурных условиях и концентрациях препарата. Семена замачивали в течение 3 часов с использованием препарата ОМК 0,1% и 0,01%, контроль замачивали в дистиллированной воде. Данные измерения длины проростов при температурах 8, 16 и 24С представлены на рисунке 13 .
Динамика прорастания семян белого люпина а) контроль, б) 0,01% р-р ОМК, в) 0,1% р-р ОМК На графиках показано, что в контроле длина проростков семян через 7 суток достигает максимального значения 4,3 см при температуре 24С, в то время как при температуре 8С - не превышает 1,5 см. Аналогичные закономерности наблюдаются для вариантов с замачиванием семян в растворах ОМК.
Максимальное значение длины проростков через 168 часов в случае применения 0,01% ОМК на 23% выше, по сравнению с контролем, а для 0,1% раствора ОМК - на 30%. При более высоких температурах рост проростков проходит интенсивнее, однако применение биорегуляторов способствует интенсификации биохимических процессов, что наблюдается даже для пониженных температур на уровне 8С. Это согласуется наблюдениям, проведенными другими авторами в полевых опытах, когда понижение температуры резко замедляло темпы развития и удлиняло фазы развития люпина (Гатаулина Г.Г., с соавт., 2010).
Таким образом, полученные данные подтверждают наши предположения, что применение ОМК способствует более быстрым темпам развития семян белого люпина на первоначальных этапах, особенно в условиях пониженных температур.
На основе данных измерения длины проростков семян, рассчитана дифференциальная скорость прорастания (Рисунок 14-16).
Дифференциальные скорости роста семян белого люпина, контроль Максимальная скорость роста в контрольном варианте составляет 0,04 см/ч при 24С. Необходимо отметить, что при оптимальной температуре при проращивании люпина 16С не отмечается значительного разброса по скоростям роста, что подтверждает достаточно плавную динамику роста и развития при данных условиях проращивания. V, см/ч і 0,04 0,03 0,02 0,01
Более выскую дифференциальную скорость, наблюдаемую при проращивании семян с применением препаратов ОМК, можно объяснить тем, что при увеличении концентрации в растворе органических комплексов, например, в форме ОМК, происходит дополнительная координация низкомолекулярных веществ и ионов в растворе, которые образуются в результате реакций гидролиза органических компонентов на первоначальных этапах развития растения, причём эти процессы идут с выделением теплоты (экзотермические реакции). В таблице 17 приведены данные по энергии прорастания и всхожести семян белого люпина при использовании различных концентраций ОМК. Таблица 17 - Энергия прорастания и всхожесть семян белого люпина
Энергия прорастания выше у семян люпина, проращиваемых при температуре 16 и 24С по сравнению с более низкой температурой (8С). Как отмечалось ранее, это может быть связано с более высокой интенсивностью протекания экзотермических химических реакций гидролиза запасающих веществ при повышенных температурах (Гришина Е.А., с соавт, 2012). При этом отмечается увеличение на 12-25 % энергии прорастания семян в контроле и в вариантах с обработкой ОМК при более высоких температурах. Также необходимо отметить, что всхожесть семян при 24С выше, чем при более низких температурах для всех вариантов, а, следовательно, применение биорегуляторов приводит к увеличению контролируемых показателей.
Для изучения действия различных концентраций ОМК на прорастание семян льна и определения кинетики прорастания проводили измерения проростков льна-долгунца и льна масличного сортов Северный и Исток через каждые 12 часов. Результаты измерений представлены в таблице 18.
Из полученных данных следует, что динамика прорастания семян льна трех изученных сортов в условиях предпосевной обработки семян существенно различалась. Длина проростков семян сорта Антей при действии биостимулятора в среднем увеличивалась на 5,6-6,7 мм по сравнению с контролем, у сорта Северный на 9,0-10,1мм и у сорта Исток на 8,1 -8,6 мм.
Влияние предпосевной обработки семян препаратом ОМК на развитие и урожайность белого люпина
По данным 2011 г. число коробочек при обработке препаратами ОМК увеличилось на 0,3шт. и на 0,6 шт. при обработке ЛГ по сравнению с контролем. При этом обработка препаратами ОМК увеличила число семян в коробочке - 7,4-шт. по сравнению с контролем 5,9 шт., а количество семян на одном растении увеличилось на 9 семян. При обработке ЛГ число семян увеличилось на 0,4 шт., а число семян на растении на 5,6 шт. Масса 1000 семян не имеет существенных отличий по сравнению с контролем.
В 2012 г. число коробочек при обработке ОМК увеличилось на 1 шт., при обработке ЛГ - на 0,5 шт. по сравнению с контролем. Число семян в коробочке, а также общее число семян на растении в этом опыте были аналогичны данным 2011 года, при этом масса 1000 семян и для контроля и для вариантов с обработкой препаратами выше на 0,6-0,7 г.
Данные 2013 года подтверждают данные предыдущих полевых опытов в 2011, 2012 гг. В 2013 году обработка льна-долгунца препаратами ОМК привела к увеличению числа коробочек на одном растении на 0,5 шт. Число коробочек и число семян на растениях, обработанных ЛГ, совпадает с контролем. Масса 1000 семян у растений, обработанных препаратами, была выше на 0,45 г.
Таким образом, установлено, что применение препарата ОМК способствовало увеличению технической длины стеблей льна, увеличению числа семян и коробочек на растениях, что оказало существенное влияние на урожайность волокна и семян. Усиление роста растений при применении препаратов может быть обусловлено влиянием на корневую систему гуминовых веществ входящих в состав органо-минерального комплекса и лигногумата. Стимулирование роста корневой системы, связано с содержанием гидрофильных кислородосодержащих алкильных, метоксильных, азотосодержащих алкильных функциональных групп (Canellas L.P. с соавт., 2012). Гуминовые вещества влияют на увеличение массы корней, усиление поглотительной способности, процессы синтеза, транспорта веществ по растению, способствуя интенсивному росту, закладке и формированию органов (Чудинова Ю.В., 2010, Nuzzo A.S. с соавт., 2013; Xitao L. с соавт., 2013; Wang-Wang с соавт., 2014).
В 2012 году обработка препаратом ОМК привела к увеличению урожайности волокна на 1,0 ц/га по сравнению с контролем и составила 9,6 ц/га, при обработке препаратом ЛГ выход волокна составил 9,2 ц/га. Урожайность семян была наибольшей в варианте с обработкой ОМК 6,1 ц/га, в варианте с обработка ЛГ урожайность была 5,8 ц/га, в контрольном варианте - 5,3 ц/га
В опыте 2013 года выход волокна в контроле составил 7,0 ц/га, семян - 4,6 ц/га. Обработка препаратом ОМК привела к увеличению выхода волокна на 1,3 ц/га, семян 0,8 ц/га, в варианте с обработкой ЛГ прибавка урожайности волокна была 1,1 ц/га, семян - 1,0 ц/га.
Анализируя результаты полевых опытов, проведенных в 2011-2013 гг. можно сделать вывод, что двукратная обработка препаратами ЛГ и ОМК в фазу елочки способствовала более динамичному развитию растений льна-долгунца, что привело к увеличению урожайности соломы волокна и семян. При этом выход соломы при обработке препаратами в среднем увеличился на 5,9 - 6,1 ц/га, волокна на 1,0 -1,3 ц/га, семян на 0,7- 1,0 ц/га.
Для оценки результатов полевых испытаний проводился контроль показателей динамики роста и развития растений, урожайности, определение элементов структуры урожая, анализ химического состава и энергетической ценности семян. Оценка действия предпосевной обработки семян изучаемым препаратом проводили путем сопоставления полученных данных с результатами опыта на контрольном варианте и по сопоставлению со средними данными пятилетних испытаний белого люпина сорта Дега в условиях Центрально-Черноземного региона (таблица 22).
Результаты наших исследований показали, что продолжительность вегетации растений белого люпина в полевых испытания 2012-2013 гг. зависела от метеорологические условий. В 2012 г. вегетационный период от всходов до созревания составил 102 дня, благоприятные погодные условия во время цветения и образования плодов определили их высокую завязываемость и урожайность семян. В 2013 г. вегетационный период составил 108 дней. Показано, что в более короткий вегетационный период урожайность зеленой и сухой массы по вариантам опытов была выше (Таблица 23).
Максимальная высота растений отмечается по окончании периода цветения и образования бобов. В контрольном варианте высота растений составила 79 см в 2012 году и 63 см в 2013 г. Влияние предпосевной обработки семян люпина препаратом ОМК отразилось на росте и развитии белого люпина, отмечено увеличение высоты растений на 7,5% по сравнению с контролем в 2012 г. и на 12,6%- в 2013.