Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.03 Сельскохозяйственная биология
The article presents the results of two summer studies on the use of nanostructured suspensions of sapropel and vermicompost on gray forest medium loamy soil under the conditions of a growing experiment when growing oats of Konkur variety. We see the supply of plants with nutrients in the use of substances created by nature itself, whose chemical composition allows them to be used as fertilizers. In agriculture and crop production, various doses of sapropel and vermicompost in the soil have been studied, but there are no data on the use of their nanostructured components. For the first time in the Republic of Tatarstan, research is underway to develop ways to use sapropel and vermicompost nanomaterials in crop production when growing crops. The nature and degree of influence of macro - and nanostructured suspensions on the main elements of the crop structure during their use for pre-sowing seed treatment and foliar treatment of plants, both in a separate and in a complex application, is revealed. Presowing treatment with suspensions of vermicompost and nanobiohumus increased the height and yield of plant biomass relative to other options by 3.8 ... 26.1% and 8 ... 58.2%, respectively, in terms of structure. The complex use of treatments with nanosuspensions of sapropel and vermicompost positively affected quantitative indicators: mass of 1000 grains, roots and grains. Nanostructured suspensions possessing biologically active properties, particle sizes of 20-30 nm, penetrating unhindered, without damaging the structure and without consequences for the plant organism, stimulating biochemical processes and having a prolonged effect on biological objects, provided better crop structure indicators compared to macro-suspension treatment.
sapropel, biohumus, nanosuspensions, seed and plant treatment, crop structure
Рост цен на производство удобрений приводят к необходимости использования местных природных нерудных минералов (агроминералов). Их применение для улучшения свойств почвы, в растениеводстве в качестве мелиорантов, удобрений и стимуляторов роста обусловлено наличием биогенных макро- и микроэлементов, высокими ионообменными, сорбционными и каталитическими свойствами [1, 2].
В качестве органического и органоминерального удобрения можно использовать биогумус и сапропель - вещества, созданные самой природой и экологически безопасные по своему составу, который позволяет использовать их в качестве экологически чистых удобрений для выращивания сельскохозяйственных культур [3].
Современный этап развития сельскохозяйственного производства характеризуется совершенствующимися технологиями возделывания культур, при этом особое внимание следует уделять рациональному использованию наноматериалов в земледелии и растениеводстве. Нанобиотехнология может внести существенный вклад в улучшение питания, сопротивляемости культур неблагоприятным погодным условиям, стрессовым ситуациям, а также борьбу с болезнями и вредителями [4, 5]. Очень важно изучение влияния различных видов наноматериалов на рост, развитие растений и их метаболические функции, поскольку они являются важнейшим звеном пищевой цепи [6]. Известно, что наноматериалы оказывают комплексное воздействие в отношении роста и развития растений [7-9]. Подавляющее число работ по исследованию влияния наноматериалов на количественные и качественные показатели растений посвящено нанопорошкам металлов и оксидов металлов в качестве средств предпосевной обработки семян [10-17].
Актуальной задачей является получение и разработка технологий применения высокоэффективных наноструктурных веществ из органоминерального сырья, активно воздействующих на рост и развитие растений и урожайность сельскохозяйственных культур.
Условия, материалы и методы исследований. Исследования выполнены в условиях вегетационного опыта в 2017-2018 гг. на серой лесной среднесуглинистой почве при выращивании овса сорта Конкур по методике Б.А. Доспехова (1985). Характеристика исходной почвы: гумус –2,6%, рНKCl. –5,9, Нг – 1,5 мг-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований –19,3 мг-экв./100 г почвы, Nщел. – 100,2 мг/кг, Р2О5 – 122 мг/кг, К2О – 115 мг/кг.
Использовался сапропель месторождения озера Белое РТ и биогумус производства
«Грин-ПИКъ» (г. Ковров, Владимирской области) в виде водных и наноструктурных суспензий. Состав сапропеля, % (на сухое вещество): органическое вещество – 31,3; рН – 7,8; СаО – 18,9; SiO2 – 11,7; Al2O 3– 5,1; Nобщ. – 1,23; Р2О5 – 0,45; К2О – 0,82; SO3 – 1,27; Fe2O3 – 2,42; влажность – 59; микроэлементы – Mn, Cu, Zn и др., не превышающие ПДК. Состав биогумуса, %: органическое вещество – 30,0; рН – 7,5; Nобщ – 1,85; Р2О5 – 1,78; К2О – 2,33; СаО – 1,03; влажность – 35,0; содержит комплекс микроэлементов, наличие солей тяжелых металлов незначительное.
Для получения наноструктурных агроминералов из сапропеля и биогумуса был использован метод ультразвукового воздействия [7].
В качестве минеральных удобрений (фон) использовалось сложное удобрение – азофоска. Размер вегетационного сосуда Вагнера составлял 0,018 м2. Количество растений в сосуде 10 штук. Схема опыта представлена в табл. 1, повторность – трехкратная.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Вегетационный период 2017 и 2018 гг. характеризовался оптимальными погодными условиями для роста и развития овса. Фенологические наблюдения показали, что ранние всходы овса появились в вариантах с предпосевной обработкой семян наносуспензией биогумуса и аналогичной суспензией с сочетанием дражирования с сапропелем. Растения с обработкой семян наносуспензиями в своем развитие визуально отличались от других вариантов: дружные всходы, ускоренное прохождение этапов онтогенеза, раннее созревание и лучшие морфометрические параметры, что, вероятно, связано с лучшей проницательностью наночастиц в клетки растений и активизацией клеточного метаболизма. Диффузная пропитка семенного материала наноструктурными суспензиями способствовала насыщению тканей элементами питания, оказывая ревитализирующее действие.
Длина растений овса в среднем находилась в пределах от 56,7 до 71,5 см (табл. 2). Разница длины стебля между контрольным и фоновым вариантом составила 7,7 см. Наибольшая длина растений отмечена в варианте с предпосевной обработкой семян суспензиями биогумуса и нанобиогумуса 70,6 -71,5 см соответственно.
1. Abuzyarov R.Kh., Akhmetov F.G., Ablyamitov P.A. and others. Agromineralnye resursy Tatarstana i perspektivy ikh ispolzovaniya. [Agromineral resources of Tatarstan and prospects for their use. Edited by Yakimov A.V.]. Kazan: Fen, 2002. - P. 3, 175
2. Ishkaev T.Kh. Tekhnologicheskie priemy effektivnogo ispolzovaniya mestnykh agromineralov v zemledelii Respubliki Tatarstan. [Technological methods for the effective use of local agrominerals in agriculture of the Republic of Tatarstan]. / T.Kh. Ishkaev, A.Kh. Yapparov, Sh.A. Aliev. - Kazan: Tsentr innovatsionnykh tekhnologiy, 2010. - P. 112.
3. Sukhanova I.M. Evaluation of the effect of biohumus and sapropel and its nanostructured analogues on the productivity and quality of buckwheat. [Otsenka deystviya biogumusa i sapropelya i ikh nanostrukturnykh analogov na urozhaynost i kachestvo grechikhi]. / I.M. Sukhanova, A.A. Lukmanov, A.Kh. Yapparov, R.R. Gazizov // Agrokhimicheskiy vestnik. - Agrochemical Herald. №6. - 2018. - P. 49-52.
4. Fedorenko V.F., Buklagin D.S. and others. Mirovye tendentsii nanotekhnologicheskikh issledovaniy v sfere selskogo khozyaystva. [Global trends in nanotechnology research in agriculture]. - M.: FGBNU “Rosinformagrotekh”, 2012.- P. 160.
5. Fedorenko V.F., Erokhin M.N. and others. Nanotekhnologii i nanomaterialy v agropromyshlennom komplekse: nauchnoe izdanie. [Nanotechnology and nanomaterials in the agricultural sector: scientific publication]. - M.: FGBNU “Rosinformagrotekh”, 2011. - P. 312.
6. Koleda K.V. Rastenievodstvo. [Plant growing]. / K.V. Koleda, A.A. Duduk. - Minsk: IVTS Minfina, 2008. - P. 480.
7. Nanotekhnologii v selskom khozyaystve: nauchnoe obosnovanie polucheniya i tekhnologii ispolzovaniya nanostrukturnykh i nanokompozitnykh materialov. [Nanotechnology in agriculture: the scientific rationale for the production and use of nanostructured and nanocomposite materials]. / Edited by Yapparova A.Kh. - Kazan: Tsentr innovats. tekhnologiy. - 2013. - P. 252.
8. Polischuk S.D. The use of nanopowders as fertilizers for oilseeds. [Primenenie nanoporoshkov v kachestve udobreniy dlya maslichnykh kultur]. / S.D. Polischuk, A.A. Nazarova, M.V. Kutskir and others. // Nanotekhnika. - Nanotechnology. - 2013. - №3(35). - P. 67-74.
9. Smirnova E.A. Carbon nanotubes penetrate tissues and cells and have a stimulating effect on seedlings of sainfoin Onobrychis Arenaria (Kit.). [Uglerodnye nanotrubki pronikayut v tkani i kletki i okazyvayut stimuliruyushchee vozdeystvie na prorostki espartseta Onobrychis Arenaria (Kit.)]. Ser./ Ye.A. Smirnova and others. // Acta Naturae. - 2011. - Vol. 3. - №1. - P. 106-113.
10. Tarasova E.Yu. The use of nanotechnology in agriculture. [Primenenie nanotekhnologiy v selskom khozyaystve]. / E.Yu. Tarasova, V.P. Korosteleva, V.Ya. Ponomarev / Vestn. Kazan. tekhnolog. un-ta. - The Herald of Kazan Technological University. - 2012. - Vol. 15. - №21. - P. 121-122.
11. Usanova Z.I. The use of nanomaterial based on silver and the biological preparation albite to increase the productivity of corn. [Primenenie nanomateriala na osnove serebra i biologicheskogo preparata albit dlya povysheniya produktivnosti kukuruzy]. / Z.I. Usanova, I.V. Shalnov // Vestn. Saratov. gosudar. agrar. un-ta im. N.I. Vavilova. - The Herald of Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov. - 2012. - №8. - P. 31-33.
12. Churilov G.I. Ekologo-biologicheskie effekty nanokristallicheskikh metallov: Dis… dokt. biol. nauk. (Ecological and biological effects of nanocrystalline metals: Dissertation for a degree of Doctor of Biological sciences). / G.I. Churilov. - Balashikha, 2010. - P. 332.
13. Feizi H. Phytotoxicity and stimulatory impacts of nanosized and bulk titanium dioxide on fennel (Foeniculum vulgare Mill) / H. Feizi, M. Kamali, L. Jafari et al. // Chemosphere. - 2013. - V. 91. - P. 506-511.
14. Khot, L.R. Applications of nanomaterials in agricultural production and crop protection: A review / L.R. Khot, S. Sankaran, J.M. Maja // Crop Prot. - 2012. - V. 35. - P. 64-70.
15. Kumar V. Gold nanoparticle exposure induces growth and yield enhancement in Arabidopsis thaliana / V. Kumar, P. Guleria // Sci Total Environ. - 2013. - V. 461-462. - P. 462-468.
16. Larue, C. Accumulation, translocation and impact of TiO2 nanoparticles in wheat (Triticum aestivum spp.): Influence of diameter and crystal phase / C. Larue, J. Laurette, N. Herlin-Boime // Sci Total Environ. - 2012. - V. 431. - P. 197-208.
17. Nair, R. Nanoparticulate material delivery to plants / R. Nair, S.H. Varghese, B.G. Nair et al. // Plant Sci. - 2010. - V. 179. - P. 154-163.
