Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1 Почвенные, агрохимические и климатические условия для выращивания льна-долгунца 10
1.2 Особенности технологий выращивания льна-долгунца 13
Глава 2. Объекты и методы исследований 30
2.1 Ботанико-систематическая и биологическая характеристика льна-долгунца и его сортов 30
2.2 Методы и условия проведения исследований 32
2.3 Характеристика биорегуляторов на льне 37
2.4 Метеорологические условия . 44
Глава 3. Действие биорегуляторов на рост и развитие льна-долгунца 49
3.1. Изучение физиологических показателей растений льна-долгунца на фоне применения биорегуляторов 49
3.2 Урожайность льносоломы при выращивании льна-долгунца на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева 63
3.3 Урожайность льносемян при использовании биорегуляторов 67
3.4 Структура урожая при использовании биорегуляторов 69
3.5 Влияние биорегуляторов на урожайность льнотресты, волокна и семян в производственных условиях 77
Глава 4. Изучение качества льнопродукции 82
4.1 Физико-механические характеристики льна-долгунца 82
4.2 Термохимический анализ льняного волокна 91
4.3 Микроэлементный состав волокна и семян 97
4.4 Определение химического состава льнопродукции методом ближней инфракрасной спектроскопии (БИК-анализ) .
Глава 5. Оценка экономической эффективности применения биорегуляторов при выращивании льна-долгунца 112
Выводы 119
Рекомендации производству 121
Список литературы 122
Приложение 149
- Особенности технологий выращивания льна-долгунца
- Характеристика биорегуляторов на льне
- Урожайность льносоломы при выращивании льна-долгунца на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
- Термохимический анализ льняного волокна
Введение к работе
Актуальность темы. Лен-долгунец - важная сельскохозяйственная культура, исторически возделываемая на территории России для получения натурального волокна. Льняное волокно . отличается высокими технологическими свойствами и служит одним из главных сырьевых ресурсов текстильной промышленности Российской Федерации. В настоящее время из-за отсутствия собственных сырьевых ресурсов хлопка для производства текстильных изделий и швейно-текстильных принадлежностей специального назначения лен приобретает стратегическое значение для сельского хозяйства страны и различных отраслей промышленности. Однако в последнее время в нашей стране производство бытовых и технических льняных тканей существенно отстает от постоянно растущего спроса. Из-за сокращения посевных площадей льна и уменьшения объемов выработки волокна льняная промышленность в настоящее время ощущает острый дефицит натурального сырья. Нарушение агротехнических процессов при переработке льна привело к снижению его качества. С середины 90-х годов XX века в сельском хозяйстве и текстильной промышленности снова стал проявляться интерес к выращиванию и переработке льна. Связано это с тем, что во всем мире спрос на продукцию изо льна достаточно высок, особенно на высококачественные тонкие, чисто льняные, и потому дорогие, ткани. В условиях рыночных отношений одна из важнейших задач - обеспечить высокорентабельное производство льнопродукции за счет ресурсосбережения, повышения урожайности льняных полей и улучшения качества сырья, применения прогрессивных технологий. Одним из приемов увеличения продуктивности культуры может быть применение обработок растений физиологически активными веществами (Рожмина Т.А., Жученко А.А. 2002, Кудрявцев Н.А., 2008, Захаренко А.В., 2009, Понажев В.П., 2007, Ковалев М.М., 2010 и др.). Этой проблеме и посвящена данная работа.
Цель и задачи исследования. Изучить влияние биорегуляторов нового поколения - Биопаг-Д и ЗСК на рост и развитие, продуктивность и качество льна-долгунца сортов ТОСТ 5 и Антей.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
Изучить влияние регуляторов роста нового поколения на рост и развитие растений льна-долгунца.
Установить влияние препаратов Биопаг-Д и ЗСК на фотосинтетическую деятельность посевов и продуктивность льна-долгунца.
Определить зависимость химического состава льноволокна и льносемян от обработки растений льна-долгунца препаратами Биопаг-Д и ЗСК.
Оценить действие биорегуляторов на показатели качества льноволокна и льносемян по физико-механическим и физико-химическим параметрам.
Определить экономическую эффективность применения изучаемых биорегуляторов при выращивании льна-долгунца.
Научная новизна. Впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны Российской Федерации на дерново-подзолистых почвах проведены комплексные исследования по изучению влияния биорегуляторов нового поколения ЗСК и Биопаг-Д на продуктивность и качество льнопродукции двух различных сортов льна-долгунца ТОСТ 5 и Антей. Для оценки качества льносемян и льноволокна применен метод ближней инфракрасной спектроскопии и термохимический анализ по усовершенствованным нами методикам.
Проведенная работа вносит определенный вклад в развитие льноводства при изучении воздействия биорегуляторов на растения в определенные фазы развития, продукционный процесс льна-долгунца и качество получаемой льнопродукции.
Практическая значимость. На основании экспериментальных данных рекомендованы биорегуляторы Биопаг-Д (норма расхода 0,2 л/га) и ЗСК (норма расхода 0,5 л/га) для использования их в технологии выращивания при двукратной обработке растений льна-долгунца. Применение в технологии возделывания льна-долгунца обработки растений биорегуляторами способствует повышению урожайности льноволокна на 12-16%, льносемян - на 14-19%, получению высококачественного волокна с повышенными (на 11-26%) физико-механическими характеристиками. Для количественного химического анализа льнопродукции предложены высокопроизводительные методики оценки качества семян и волокна льна методами ближней инфракрасной спектроскопии и термического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
реакция сортов льна-долгунца Антей и ТОСТ 5 на обработку растений биорегуляторами ЗСК и Биопаг-Д;
морфологические показатели, показатели фотосинтетической деятельности растений льна-долгунца, урожайность разных сортов при обработке биорегуляторами ЗСК и Биопаг Д;
влияние биорегуляторов на показатели качества волокна по физико-механическим характеристикам и льносемян по химическим и физико-химическим параметрам;
показатели экономической эффективности выращивания льна с применением биорегуляторов.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов исследования подтверждается использованием общепринятых методик, ГОСТов, современных физико-химических методов анализа, различных методов статистического анализа и интерпретации результатов, апробацией результатов на конференциях, публикациями в разных изданиях. Научные положения, выводы и рекомендации производству, сформулированные в диссертации, обоснованы экспериментальными данными, полученными лично автором или при его непосредственном участии. Материалы диссертации обсуждались на Международной научно-практической конференции «Наука и инновации в сельском хозяйстве» г.Курск, Курская ГСХА , 2011г.; Всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение развития АПК в современных условиях», г. Ижевск, Ижевская ГСХА, 2011г.; Международной интернет-конференции «Растения и микроорганизмы» г. Казань, Казанский КФУ, 2011г.; Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов г. Москва, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011г.; Международной научно-практической конференции «Достижения науки и инновации в производстве, хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» г. Мичуринск, МичГАУ 2011г.; VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук» Польша, г. Пшемысль, 2012г.; Всероссийской молодежной научной школе «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» г. Казань, Казанский КНИТУ, 2012г.; VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» г. Владикавказ, Горский ГАУ, 2012г.; Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» г. Курск, Курская ГСХА, 2012г.; 1-ой Международной конференции "Искусство, наука и технологии: Взаимодействие трех культур" Израиль, Браудж колледж, г. Кармиель, 2011г. Результаты научных исследований прошли производственные испытания в 2011-2012 годах на базе агроэкологического стационара ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии (пос. Эммаус, Калининский район, Тверская обл.), представлены на 15-й Российской агропромышленной
выставке «Золотая осень», работа отмечена дипломом 1 степени и золотой медалью, г. Москва, 2013 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах, включает 25 таблиц, 15 рисунков, состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, содержит 10 приложений. Список литературы включает 220 источников, в том числе 40 на иностранном языке.
Особенности технологий выращивания льна-долгунца
Важным компонентом в агротехнологиях выращивания льна-долгунца является качество семенного материала. Семена льна-долгунца должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 52325-2005 «Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия». В настоящее время многие льноводческие хозяйства используют следующий прием: с 85-90% посевных площадей проводят уборку в фазу ранней желтой спелости на волокно, а 10-15% площадей – на семена и убирают в фазу полной спелости. Проблемой остается хранение льносемян, т.к. ряд льносемстанций в различных регионах страны закрыли (C.П. Кукреш, 2005, А.А. Линь, 2008, В.И. Скоблина, 2001, Е.С. Софронова, 2012, Д.Ф. Оробинский, 2008, Van den Oever M.J.A. , 2000). Весной перед посевом проводят протравливание и инкрустирование льносемян препаратами с фунгицидным (инсектицидным) спектром действия, рекомендованными справочником пестицидов и агрохимикатов. Основными протравителями на сегодняшний день являются: Витавакс 200 (75%) в дозе 1,5-2 кг/т, Фенорам (70%) - 2 кг/т, Винцит (5%) - 1,5-2 л/т, ТМТД (80%) - 2-3 кг/т. В последние годы стали широко использовать биопрепараты Агат-25К и Экост. Так Экост повышает устойчивость растений не только к болезням (особенно бактериальным), но и к вредителям. При этом норма расхода Экоста (сухой поро шок), содержащего биологически активный кремний и микроэлементы, составляет 0,4 кг/т. Повышению эффективности защиты растений способствует и инкрустирование семян вместе с микроудобрениями. Эффективным инсектофунгицидом является Рапкол (46%), который в дозе 3 л/т обеспечивает надежную защиту от антракноза и крапчатости, а также главного вредителя всходов - льняной блошки (Л.М. Захарова, 2007, Л.А. Зайцева, 2010, М.А. Старостина, 2004, Г.Г. Черепанов, 2001, Справочник пестицидов и агрохимикатов, 2012, Fengzhi Guan, Guangwen Wu, 2005).
Семена льна протравливают на оборудовании типов ПС-10А, ПСШ-5, «Мобитокс супер», «Аграно» и «Пебер». При инкрустировании дополнительно используют смесительные емкости, где готовят раствор полимерного компонента. Подсушивают обработанные семена подогревателями воздуха. При отсутствии протравочного оборудования сухой препарат Экост можно засыпать непосредственно в мешки с семенами, к которым крепят этикетки с соответствующей информацией (С.Г. Карпова, 2004, Л.П. Кудрявцева, 2008, С.Ф. Лойко, 2009). В настоящее время в государственном реестре селекционных достижений Российской Федерации зарегистрировано более 40 сортов льна-долгунца, отличающихся по длине вегетационного периода, урожайности, содержанию и качеству волокна, устойчивости к полеганию, болезням и другими характеристиками (А.И.Капинос, 2009, С.Н.Кутузова, 2012, Г.А Мичкина, 2011). Подготовка почвы. Все операции по возделыванию льна-долгунца, включая обработку почвы, внесение удобрений и уход за посевами, за исключением посева и уборки, выполняются специализированным комплексом машин (М.М. Ковалев и др., 2013). Лучшими предшественниками льна-долгунца при семи- и восьмипольном севообороте возделывания являются озимые колосовые культуры, многолетние травы, бобово-злаковые смеси, горох, кукуруза. К размещению льна в севооборотах в каждом отдельном хозяйстве необходимо подходить дифференцированно в зависимости от плодородия почвы, обеспеченности удобрениями, урожайности предшественника и степени засоренности полей (Г.А. Васильев, 1991, Н.В. Веденеева, 2012, Л.М. Захарова,2010, 2012, Mankowski J, 2007). В настоящее время считается, что на плодородных хорошо окультуренных почвах, а также при систематическом внесении под все культуры севооборота достаточно высоких доз органических и минеральных удобрений лучшими предшественниками являются зерновые культуры, однолетние травы, рано убираемые кормовые культуры. На слабоокультуренных почвах при применении небольших доз удобрений лен лучше размещать по пласту многолетних трав или после озимых. Не рекомендуется сеять лен после подсолнечника, рапса и клещевины из-за сильного засорения посевов падалицей этих культур. В льняном севообороте необходимо один раз в пять-шесть лет проводить разуплотнение подпахотного горизонта почвы чизельными плугами или глубокорыхлителями (А.М. Конова, 2011, А.Н. Налиухин, 2012, А.А. Панкратова, 2007, В.Я. Тихомирова, 2009, П.А. Чекмарев и др., 2011, В.М. Шаков, 2007). Главным условием правильной системы обработки почвы под лен-долгунец независимо от предшествующей культуры является зяблевая вспашка на глубину 18-22см плугами с предплужниками. Не допускается вынос подзолистых слоев почвы, не опаханных поворотных полос, не заделанных свальных и развальных борозд. Для проведения гладкой пахоты применяют вместо обычных плугов оборотные, в этом случае отсутствуют свальные и развальные борозды. Перед вспашкой почву обрабатывают в два следа дисковыми боронами БДТ -7, БДТ-10. Ранняя запашка на глубину 23-25 см обеспечивает наиболее полное очищение поля от сорняков, которые по мере появления подрезают дисковыми орудиями (ЛДГ-10, ЛДГ-15). Полупаровая обработка повышает обеспеченность почвы влагой и элементами питания (Е.В. Климова, 2004, М.М. Ковалев, 2013, Н.Н. Попеляева и др., 2003, Nozkova J., 2001).
При весенней обработке почвы не допускается применение энергонасыщенных тракторов для исключения переуплотнения почвы. На легких по гранулометрическому составу почвах и в засушливую погоду вместо культивации можно проводить боронование зубовыми боронами в четыре следа. Завершающим приемом предпосевной обработки является прикатывание кольчато-шпоровыми катками. Прикатывание применяют на легких и средних суглинках в засушливую погоду, оно способствует выравниванию поверхности поля, подтягиванию влаги к семенам, появлению дружных всходов. Тяжелосуглинистые по гранулометрическому составу и переувлажненные почвы прикатывать не рекомендуется, так как это может привести к образованию почвенной корки и в итоге - снижению урожая (Г.А. Семеницкая, 2011, И.В. Ущаповский, 2010, Smirus Prokop, 2003).
Характеристика биорегуляторов на льне
В настоящее время для обработки льна-долгунца используют 11 регуляторов роста растений (Справочник пестицидов…, 2012). Для предпосевной обработки семян и растений по вегетации применяют следующие препараты: Агат-25К, ТП (д.в. 3-индолилуксусная кислота + -аланин + глутаминовая кислота, 18 + 60 + 70 мг/кг) норма расхода препарата 40-50 г/т семян, расход рабочей жидкости – 5 л/т. Для обработки растений по вегетации 30-40г/га и расход рабочей жидкости 200 л/га. Альбит, ТП (д.в. Поли-бета-гидроксимасляная кислота + магний сернокислый + калий фосфорнокислый + калий азотнокислый + карбамид, 6.2 + 29.8 + 91.1 + 91.2 + 181.5 г/кг), норма расхода препарата 0,05-0,07 г/т семян, расход рабочей жидкости 5 л/т, для обработки растений по вегетации 0,05 г/га и расход рабочей жидкости 200 л/га. Вэрва, ВЭ (д.в. Тритерпеновые кислоты, 10 г/л) норма расхода препарата 300 мл/т семян, расход рабочей жидкости 10 л/т, для обработки растений по вегетации 200 мл/га и расход рабочей жидкости 200-400 л/га. Карвитол, ВР (д.в. Ацетиленовый спирт, 10 г/л) норма расхода препарата 6 мл/т (замачивание семян в течение 2 часов), расход рабочей жидкости 10л/т. Лариксин, ВЭ (д.в. Дигидрокверцетин, 50 г/л) норма расхода препарата 250 мл/т семян, расход рабочей жидкости 10 л/т, для обработки растений по вегетации 100 мл/га и расход рабочей жидкости 300 л/га. Люрастим, ВЭ (д.в. -аминоглутаровая кислота + -аминоуксусная кислота: 0.00115 : 0.0018г/л) норма расхода препарата 50-70 мл/т семян, расход рабочей жидкости 5л/т, для обработки растений по вегетации 50 мл/га и расход рабочей жидкости 200 л/га. Мивал-Агро, КП (д.в. Ортокрезоксиуксусной кислоты триэтаноламмониевая соль + 1-хлорметилсилатран, 760 г/кг) норма расхода препарата 20 г/т семян, норма расхода рабочей жидкости 10 л/т и при обработке растений по вегетации 10 г/га и расход рабочей жидкости 300 л/га. Мивал-Агро, ТАБ (д.в. Ортокрезоксиуксусной кислоты триэтаноламмониевая соль + 1-хлорметилсилатран, 760 + 190 г/кг) норма расхода препарата 200 таб./т семян, расход рабочей жидкости 10 л/т, и при обработке растений по вегетации 300 таб./га, расход рабочей жидкости 300 л/га. Циркон, Р (д.в. гидроксикоричные кислоты, 0,1 г/л), норма расхода препарата 1 мл/га, расход рабочей жидкости 300 л/га. Экост 1 ГФ, П (д.в. Гидрофильный диоксид кремния + сульфат меди + сульфат цинка + сульфат марганца + борная кислота, 900 + 29 + 34 + 17 + 20 г/кг), норма расхода препарата 1 г/га, расход рабочей жидкости 200 л/га.
Таким образом, ассортимент применяемых регуляторов ограничен и мало проводится исследований по применению регуляторов на современных интенсивных сортах льна-долгунца. Важной задачей, поставленной государством перед льноводством России в последние годы, является увеличение производства и повышения качества льносемян и льноволокна. На производство и получение высококачественной льнопродукции влияют многие факторы, важнейший из них - возделывание высокопродуктивных, устойчивых к болезням и полеганию сортов, научно обоснованное использование агротехнических приёмов и химических средств защиты растений, механизация технологических процессов, система семеноводства, своевременная уборка урожая. Этому способствует рациональное применение защитных мероприятий, которые являются составной частью технология возделывания льна – долгунца (Захарова Л.М., 2007).
При протекании большинства химических реакциях биоцидные свойства «Биопаг – Д» сохраняются, так как гуанидиновые группировки объединены в общую полимерную цепь и в химической реакции всегда может участвовать лишь часть из них, при этом неизменённые группировки придают новому соединению биоцидные свойства.
Принцип антисептического действия полиалкилгуанидинов основан на поражении поликатионами анионных центров клеточных мембран бактерий. Являясь олигомерами, молекулы полиалкилгуанидинов имеют достаточно длинную молекулярную структуру, что препятствует их проникновению через клеточную мембрану и снижает аллергическое действие полиалкилгуанидиов на организм. На рисунке 1 представлена молекула олигомера полиалкилгуанидина. Катионные центры молекулы при контакте с клеточной мембраной бактерии притягиваются к анионным центрам на ее поверхности и блокируют их, в результате чего бактерия погибает (Мельников А.П. и др., 2011). Рисунок 1. Молекула олигомера полиалкилгуанидина (синим цветом отмечены атомы азота, как катионные центры молекулы (по Мельникову А.П. и др., 2011) Как химическое вещество «Биопаг - Д» может вступать в различные химические реакции, как с низкомолекулярными, так и с высокомолекулярными соединениями с образованием, как растворимых, так и сетчатых интерполимерных комплексов и ковалентно связанных полимеров. «Биопаг - Д» - хлорид выпускается в двух формах (производитель -Институт эколого-технических проблем, г. Москва): жидкая форма - 20%-ный водный раствор «Биопаг - Д», представляющий собой прозрачную жидкость от бесцветного до жёлтого цвета (рH раствора 7-9,5); твёрдая форма, содержащая не менее 95%-ов «Биопаг - Д» и представляющая собой твёрдое стеклообразное вещество в виде мелких частиц. Водные растворы «Биопаг - Д» длительно сохраняют свои физико-химические свойства и биоцидную активность. Спектр биоцидного действия «Биопаг – Д» очень широк. Он эффективен против грамположительных и грамотрицательных бактерий, различного рода грибов (плесневых, дрожжеподобных, и др.). «Биопаг – Д» может не только воздействовать на аэробную и на аэробную микрофлору, но и подавлять вирусы. ПГМГ-ГХ: относится к 3 классу умерено опасных веществ при введении в желудок, к 4 классу малоопасных веществ при нанесении на кожу по ГОСТ 12.1.007-76. В концентрации 0,05-4% по действующему веществу при однократном воздействии на кожу не оказывает раздражающего действия.
В настоящее время проведен достаточно большой объем испытаний препарата Биопаг, как и его аналогов, на рост и развитие растений (Осипова Л.В., 2012). Так изучение действия Биопаг на семена яровой пшеницы показало снижение общей зараженности патогенными грибами на 35-60%, относительно контроля и стимулированию прорастание семян и рост проростков. Препарат Биопаг способствовал лучшему росту и развитию растений яровой пшеницы во время вегетации, увеличению озерненности колоса на 17,8-21,4 зерен в колосе, и массы 1000 зерен на 25,8-27,8 г относительно контроля (Лазарев В.И., 2011). Обработка семян сахарной свеклы Биопагом способствовала проявлению фунгицидного действия препарата против грибов рода Fusarium, Alternaria, Helminthosporium, Macrosporium, Cladosporium развивающиеся на всходах свеклы и в период вегетации культуры, и улучшению сохранности корнеплодов (Лазарев В.И., 2012). Применение Биопага на томатах улучшило приживаемость рассады растений, увеличивало массу плода и уменьшало пораженность растений фузариозом 10-15% (Лапунова Т.Н., 2010).
Урожайность льносоломы при выращивании льна-долгунца на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
При выращивании льна-долгунца в условиях Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева проведен контроль показателей технической длины и урожайности льносоломы при использовании биорегуляторов. На рисунке 6 представлены данные за 2010 год, на рисунке 7 - за 2011 год и на рисунке 8 - за 2012 год. Обработка растений биорегуляторами в фазу елочки, в среднем за три года исследований, способствовала увеличению урожайности льносоломы на всех вариантах. В наших исследованиях максимальная урожайность льносоломы 62,5 ц/га была получена при обработке растений льна-долгунца ЗСК в 2011 году на сорте ТОСТ 5 (рисунок 7).
В 2010 году техническая длина была при обработке растений ЗСК составила 86,3 см, что на 4,1 см больше контроля на сорте ТОСТ 5. При обработке растений препаратом Биопаг -Д техническая длина увеличилась на 3,8 см. Урожайность льносоломы в 2010г. была выше при обработке ЗСК и составила 43,2 ц/га на сорте ТОСТ 5, что выше на 11% по сравнению с контролем, а при обработке препаратом Биопаг-Д урожайность была 39,1 ц/га, что выше контроля только на 0,4 ц/га.
В 2011 году на сорте Антей при обработке препаратом ЗСК техническая длина стебля льна-долгунца была 70,1 см, что выше контроля на 3 см. На сорте ТОСТ 5 на варианте с этой же обработкой техническая длина составила 79,8 см, что выше контроля на 8,4 см. При обработке растений льна-долгунца препаратом Биопаг на сорте ТОСТ 5 техническая длина была выше контроля на 6,2 см и составила 77, 6 см. Техническая длина стебля льна сорта Антей при обработке препаратом Биопаг существенно не изменилась по сравнению с контролем.
Урожайность льносоломы на сорте Антей при обработке препаратом ЗСК в условиях 2011 года составила 59,5 ц/га, что выше контроля на 5,1 ц/га, а для сорта ТОСТ 5 была выше на 10,5% по сравнению с контролем. Обработка препаратом Биопаг-Д также способствовала увеличению урожайности льносоломы для обоих сортов на 9-11%. Следовательно, в 2011 году двукратная обработка как препаратом Биопаг-Д, так и ЗСК, приводила к формированию более высоких растений льна-долгунца двух сортов и увеличивала урожайность льносоломы. В 2012 году на сорте Антей при обработке препаратом ЗСК техническая длина стебля льна была 68,1 см, что выше контроля на 3,9 см. При обработке препаратом ЗСК на сорте ТОСТ 5 техническая длина стебля составила 78,2 см, что выше контроля на 2,9 см. На сорте Антей при обработке препаратом Биопаг-Д техническая длина составила 66,9 см. что выше контроля на 3,5%. На сорте ТОСТ 5 при обработке препаратом Биопаг-Д техническая длина стебля растений льна была максимальной и составила 78,7 см, что больше контроля на 4,5%. Таким образом, влияние двукратной обработки льна в фазу елочки препаратами Биопаг-Д и ЗСК проявлялось в увеличении технической длины стебля льна на 3,0 – 4,5%, а также в повышении урожайности льносоломы на 9-12%. Урожайность семян зависит от элементов структуры урожая. Важными показателями урожайности льносемян являются: количество коробочек на растении (шт.), количество семян в коробочке (шт.) и масса 1000 семян (г). Данные по урожайности льносемян за 2010 – 2012 годы представлены на рисунках 9-11. Как следует из результатов опытов, в среднем за годы исследований обработка препаратами способствовала увеличению урожайности льносемян. Обработка препаратом ЗСК 2010 году на сорте Антей повышала урожайность на 0,3 ц/га по сравнению с контролем, а на сорте ТОСТ 5 – на 0,8 ц/га. Обработка препаратом Биопаг-Д увеличивала урожайность льносемян на сорте Антей на 0,2 ц/га, на сорте ТОСТ 5 – на 0,3 ц/га по сравнению с контролем (рисунок 9). В 2010 году урожайность семян была на сорте Антей при обработке Биопаг -Д была выше на 0,2 ц/га, при обработке препаратом ЗСК на 0,3 ц/га. На сорте ТОСТ 5 урожайность семян на варианте с Биопаг -Д была выше на 0,3 ц/га, на варианте с ЗСК на 0,8 ц/га. В 2011 году при обработке растений льна-долгунца препаратом ЗСК урожайность льносемян увеличилась на сорте Антей на 2,1 ц/га по сравнению с контролем и составила 10,3 ц/га, на сорте ТОСТ 5 при обработке ЗСК урожайность увеличилась на 1,6 ц/га и составила 10,7 ц/га. При обработке растений Биопагом на сорте Антей урожайность увеличилась на 1,5 ц/га, на сорте ТОСТ 5 на 0,7 ц/га (рис. 10). Урожайность льносемян была выше, по сравнению с 2010 годом. В 2012 году максимальная урожайность семян была получена на сорте ТОСТ 5 (рисунок 11) при обработке растений препаратом ЗСК и составила 9,8 ц/га, что выше контроля на 1,4 ц/га. На сорте Антей урожайность льносемян при обработке ЗСК составила 8,3 ц/га, что больше контроля на 1,1 ц/га. При обработке растений льна-долгунца препаратом Биопаг-Д урожайность семян увеличилась на сорте Антей на 0,6 ц/га, а на сорте ТОСТ 5 на 1,4 ц/га по сравнению с контролем. В 2010 году при обработке биорегулятором ЗСК на сорте Антей число коробочек на 1 растении было равно 4,8 шт./раст., что выше контроля на 0,32 шт./раст. На сорте ТОСТ 5 при обработке препаратом ЗСК число коробочек на растении увеличилось на 2,62 шт./раст. по сравнению с контролем. При обработке препаратом Биопаг-Д на сорте Антей число коробочек снизилось на 0,23 шт./раст., но при той же обработке сорта ТОСТ 5 - увеличилось на 0,48 шт./раст., по сравнению с контролем. При обработке препаратом ЗСК на сорте Антей число семян на растении увеличилось на 6,3 шт, по сравнению с контролем. На сорте ТОСТ 5 обработка препаратом ЗСК увеличила количество семян на растении на 26,7 шт., по сравнению с контролем. Обработка препаратом Биопаг -Д на сорте Антей увеличила количество семян на растении на 3 шт. по сравнению с контролем. При этом на сорте ТОСТ 5 при обработке препаратом Биопаг -Д количество семян на 1 растении увеличилось на 7,8 шт. по сравнению с контролем.
Термохимический анализ льняного волокна
При сравнении различных агротехнологий и способов возделывания льна, в том числе с применением экологически безопасных высокоэффективных защитно-стимулирующих комплексов, содержащих в своем составе физиологически активные вещества, позволяющих увеличить урожай и качество волокна, семян, снизить себестоимость производства льнопродукции, получить модифицированное волокно нового качества с улучшенными физико механическими свойствами важная роль принадлежит контролю качества льнопродукции (Калабашкина Е.В. и др., 2011). При этом контроль качества волокна, выращенного на разных почвах страны, при различных агрохимических и агроклиматических условиях, остается актуальной задачей. В настоящей работе для изучения качества льняного волокна использован метод термогравиметрии (ТГ) и дифференциально-термического анализа (ДТА), который широко применяют для изучения органических и минеральных компонентов почвенных образцов, химических веществ, различных биологических образцов.
После выделения волокна, как было указано ранее, проведено его исследование дифференциальным термическим и термогравиметрическим методами. Масса навески образца волокна составила 50-200 мг, нагрев осуществляли от 20 до 950оС. При идентификации учитывали потери различных форм воды, органических и минеральных компонентов, изменение энтальпии вещества, интегральную и дифференциальную потери массы. Основой для идентификации компонентов волокна служили физико-химические реакции, протекающие в образцах в процессе их нагревания. Из образца выделяются различные формы воды, обусловленные различием химического состава волокна, окисляется органическое вещество, плавятся и разлагаются соли органических и минеральных кислот.
На кривых ДТА в низкотемпературной области (рисунок 20) отмечается
эндотермический эффект при температуре 70-120С, свидетельствующий об удалении гигроскопической влаги, а при температуре около 150С – потеря низкотемпературной (молекулярной) воды, характерный для минеральной составляющей. Содержание гигроскопической влаги в волокне, по данным термохимического анализа, составляет от 7 до 12%. При температуре более 300С сгорает органическое вещество. На кривой ДТА в этой области отмечается интенсивный экзотермический эффект при температуре 330С. Другой экзотермический эффект в области температур от 400 до 500С свидетельствует о разнокачественном состоянии органического вещества волокна, полученного в 2010 году (таблица 12).
По кривым ДТГ и ТГ можно рассчитать количественное содержание органического вещества в исследуемом образце. Результаты расчета макрокомпонентов в волокне, энергии активации для них представлены в таблице 13 и таблице 14. Для идентификации макрокомпонента в волокне в виде целлюлозы нами были изучены термограммы бумаги производства Советского целлюлозно-бумажного комбината Калининградской области (рисунок 21). Из термограммы бумаги видно, что экзотермический эффект, обусловленный дегидратацией воды наблюдается при 95оС, а экзотермический эффект на кривой ДТА отмечен при температуре 330оС и соответствует целлюлозе. Необходимо отметить, что для сорта Антей обработка защитно-стимулирующим комплексом и препаратом Биопаг-Д приводит к смещению температуры дегидратации воды в сторону более высоких температур (на 15-18оС). Для сортов ТОСТ 5 и Мерилин температуры дегидратации воды в зависимости от варианта обработки практически не изменяются. В варианте с обработкой растений сорта Антей ЗСК наблюдается снижение второго максимума экзоэффекта по сравнению с контролем на 16оС, а по сравнению с обработкой Биопагом-Д – на 29оС (таблица 13). Для сорта ТОСТ 5 обработка каждым из биорегуляторов приводит к снижению максимума экзоэффекта на 25-27оС, при этом для сорта Мерилин таких изменений не наблюдается. Энергии активации для процесса дегидратации воды находятся на уровне 29-31 кДж/моль для всех вариантов. Различия имеются для энергии активации целлюлозы, которая имеет максимальные значения в варианте обработки ЗСК сорта Антей и Биопаг-Д - для сорта Мерилин. Повышение значений энергий активации для изученных компонентов свидетельствует об интенсификации процессов биосинтеза целлюлозы, при этом, вероятно, степень полимеризации ее также повышается (Shamolina I.I., 2003, 2004). А это проявляется в повышении качества волокна по физико-механическим характеристикам. На основании проведенных термохимических испытаний волокна показано, что двукратная обработка защитно-стимулирующим комплексом и Биопаг-Д в фазу елочки способствует образованию в льноволокне большего количества органического вещества, которое в наших опытах достигает 90,4-91,5%, в том числе и целлюлозы, от массы воздушно-сухого вещества, что на 2-4% больше по сравнению с контролем.
Методом термогравиметрии и дифференциально-термического анализа установлено, что содержание целлюлозы увеличивается на 4-5% и составляет для сорта ТОСТ 5 - 79-80%, а для сорта Антей - 79-81%, что выше на 4-6% относительно контроля. Также отмечены различия для энергии активации органических компонентов, прежде всего, целлюлозы, которая имеет максимальное значение (103 кДж/моль) в варианте обработки ЗСК льна сорта Антей, что выше на 14,3 кДж/моль по сравнению с контролем и подтверждает повышенное качество волокна по физико-механическим характеристикам. В ранее проведенных исследованиях было показано, что в волокне, полученном из растений льна с обработкой физиологически активными веществами и без неё содержатся одни и те же химические элементы, и накопления новых макро- и микроэлементов не происходит (Белопухов С.Л., Жевнеров А.В., 2012). Из 19 определенных химических элементов (таблица 15 и таблица 16) по данным в среднем за годы исследований можно выделить четыре группы элементов по их концентрации в волокне: высокое – 7950-1000 мг/кг (Ca, K, Mg, Fe, Na); среднее – 30-3 мг/кг (Ni, Si, Zn, Al, Ba, Mn, Cr, Sn), низкое – 1,5-0,1 мг/кг (Cu, Pb, Co, Li); очень низкое – 0,06-0,01 мг/кг (Hg, Cd). Микроэлементный состав льнопродукции определяет ее качественные характеристики, а также медико-гигиенические свойства льноволокна (Живетин В.В., 2002). В волокне льна-долгунца при обработке растений ЗСК и Биопаг-Д уменьшается концентрация железа на 70-230 мг/кг у сорта ТОСТ 5 и на 70-390 мг/кг у сорта Антей. Снижается содержание в волокне Cr, Mn, Sn, Zn, Ni, Sn, Pb на 0,1-6,1 мг/кг, увеличивается содержание Cu 0,2-0,8 мг/кг по двум сортам относительно контроля. В волокне происходит увеличение Ca, K, Mg, Na, Ba, Li при действии Биопаг-Д и уменьшение содержания этих же элементов при действии ЗСК относительно контроля. Происходит накопление алюминия в волокне льна сорта ТОСТ 5 на 3,3-12,4 мг/кг и уменьшение концентрации Al на 1,6-7,7 мг/кг в волокне сорта Антей относительно контроля, что также может являться характеристикой разной отзывчивости сортов льна-долгунца на действие физиологически активных веществ. При действии Биопаг-Д наблюдается снижение концентрации кремния на 2,0-9,7 мг/кг, а ЗСК, наоборот, способствует увеличению содержания Si на 4,2-8,4 мг/кг в волокне относительно контроля по двум сортам льна.
