Переход сельского хозяйства на инновационный путь развития предъявляет определенные требования к науке и производству, акцентируя их внимание на продукции высоких технологий [1, 2, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. Среди них выделяются нанотехнологии, которые ввиду своей универсальности позволяют адаптировать их для решения задач АПК при производстве и переработке сельскохозяйственной продукции [1, 2, 6, 9, 10, 13, 14]. При этом известно, что использование нанообъектов с размерами, соизмеримыми с радиусом действия межмолекулярных сил, позволяет реализовывать новые явления и процессы, способствует формированию перспективных и ценных свойств [2, 6, 14]. Наночастицы участвуют в процессах переноса электронов, усиливают действие ферментов, переводящих нитраты в аммонийный азот, расширяют возможности воздействия на дыхание клеток, процессы фотосинтеза, синтез ферментов и аминокислот, углеводный и азотный обмен, а также оказывают непосредственное влияние на минеральное питание растений [2, 5, 6].
Таким образом, ценность для растениеводства современных препаратов, созданных на основе нанотехнологий, очень высока. Возникает потребность изучения их свойств и разработки приемов применения в различных технологиях, адаптированных к условиям современного сельскохозяйственного производства.
Целью наших исследований было изучение влияния наночастиц серебра в виде коллоидного раствора «AgБион-2» (концерн «Наноиндустрия», г. Москва) на формирование продуктивности посевов яровой пшеницы и овса при разных дозах, сроках и способах его применения в условиях Верхневолжья (Тверь).
Материалы и методы исследований
Комплексные исследования проведены в 2010–2012 гг. на опытном поле Тверской ГСХА в двух многофакторных полевых опытах на дерново-среднеподзолистой остаточно карбонатной глееватой почве на морене, супесчаной по гранулометрическому составу, осушенной закрытым дренажом. Почва хорошо окультурена, содержание гумуса – 1,5–2,0 %, Р2О5 – очень высокое, К2О – среднее, рН сол. – близкая к нейтральной.
Исследования с яровой пшеницей сорта Иволга проводили на двух фонах минерального питания (фактор А): 1 – без удобрений (по эффективному плодородию); 2 – расчетные дозы удобрений на урожайность 3,0 т/га. На этих фонах изучали для предпосевной обработки семян 10 вариантов:
1. Без обработки (вода) (БО) – контроль.
2. Биопрепарат «Планриз» (5,0 %-й рабочий раствор) (фактор В); 8 различных концентраций наносеребра (НС) со следующими соотношениями его к воде.
3. НС – 1:60 (1,70 %).
4. НС – 1:80 (1,25 %).
5. НС – 1:100 (1,00 %).
6. НС – 1:120 (0,83 %).
7. НС – 1:140 (0,71 %).
8. НС – 1:160 (0,63 %).
9. НС – 1:180 (0,56 %).
10. НС – 1:200 (0,50 %).
Норма расхода рабочей жидкости составляла 10 л на 1 т семян.
В трехфакторном опыте с овсом сорта Кречет изучали следующие факторы: А – фон минерального питания:
1. Без удобрения.
2. Р45К90; В – срок некорневой подкормки (фаза):
1. Всходы.
2. Кущение; С – вид подкормки:
1. Без подкормки (БП).
2. N45 – поверхностно.
3 N45 – поверхностно + удобрение на основе гуминовых кислот «Макс Супер-Гумат» (1,0 %-й рабочий раствор) (МСГ) – в виде некорневой подкормки.
4. N45 – поверхностно + Наносеребро «АgБион-2» (0,1 %-й рабочий раствор) (НС) – в виде некорневой подкормки. Норма расхода рабочей жидкости 250 л/га.
Площадь учетной делянки 35,6 м2, повторность – 3-кратная, размещение вариантов рандомизированное.
Объекты исследований: яровая пшеница – сорт Иволга (РГАУ МСХА имени К.А. Тимирязева); овес – сорт Кречет (ФГБНУ «Зональный НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», ФГБНУ «Фаленская селекционная станция НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого»); «Планриз» биопрепарат, полученный на основе почвенных бактерий специализированного штамма Pseudomonas Fluorescens и обладающий фунгицидным, бактерицидным и ростстимулирующим эффектами; наносеребро «АgБион-2» представляет собой водную дисперсию наночастиц средним размером 10 нм, объемной концентрацией (по серебру) 0,27–0,32 мг/мл (г/дм3), стабилизированную ПАВ диоктилсульфосукцинатом натрия (разрешенная к применению в РФ пищевая добавка Е480) в концентрации 0,04 моль/л; Макс Супер-Гумат – микроудобрение, содержащее не менее 60 % гуминовых кислот от сухого вещества препарата, водорастворимая форма которого обогащена микроэлементами, мг/л: железо – 1200, кальций – 600, марганец – 700, медь – 170, цинк – 200, бор – 200, молибден – 30 (ООО НПК «Колос-Агро», Республика Татарстан).
В опытах строго соблюдали запрограммированную технологию возделывания. Изучаемые культуры размещали в зерновом звене севооборота: занятый пар (вика-овес) – озимые – яровые зерновые культуры. Расчет доз удобрений под яровую пшеницу проводили балансовым методом, под овес вносили удобрения согласно принятой схеме опыта. На посев зерновых культур использовали высококачественные семена (категории ЭС) с нормами высева 6 млн всхожих семян на гектар. При уходе за посевами зерновых культур применяли обработку гербицидом «Гранстар» (20 г/га) + ПАВ «Тренд-90» (300 мл/га).
Погодные условия в годы исследований существенно отличались от среднемноголетней нормы: 2010 г. был резко засушливый (ГТК по Селянинову – 0,70 при норме 1,57), 2011 г. – близкий к норме (ГТК – 1,46), 2012 г. – повышенно влажный (ГТК – 1,94).
Анализы в опытах проводили по общепринятым методикам: густоту стояния, полевую всхожесть, сохранность, общую выживаемость (В.В. Гриценко, З.М. Калошина, 1984); элементы структуры урожая (по методике Госсортсети, 1989); показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах (И.С. Шатилов, М.К. Каюмов, 1978); распространенность болезней (по методике ВИЗР, 1998); расчет биологической урожайности яровой пшеницы (З.И. Усанова, 2002); учет урожая овса с помощью комбайна «Сампо-130» с каждой делянки опыта; статистическую обработку данных методами дисперсионного и корреляционно-регрессионого анализов (Б.А. Доспехов, 1985); экономическую эффективность рассчитывали на основе типовых технологических карт.
Результаты исследований и их обсуждение
В опытах с яровой пшеницей выявлено (табл. 1), что обработка семян растворами разной концентрации обеспечивает получение достоверных прибавок урожая зерна: на неудобренном фоне – 0,51–0,89 т/га (22,2–38,7 %), на удобренном – 0,41–1,14 т/га (12,1–33,6 %). Прибавка урожая от инкрустации семян наносеребром находится на уровне прибавки от применения для этих целей биологического препарата «Планриз», а в отдельных случаях превосходит его. Наибольшая урожайность зерна сформирована на 1-м фоне при применении 1,70 % (1:60) и 0,83 % (1:120) концентраций «АgБион-2» (3,18 и 3,19 т/га). Увеличение плотности раствора наносеребра свыше 0,71 % (1:140) на неудобренном фоне сопровождалось существенным снижением продуктивности посевов вследствие ухудшения структуры урожая. На удобренном фоне преимущество по урожайности (4,53 т/га) сохранилось за вариантом с наибольшей концентрацией «АgБион-2» (1,70 %). Наименее эффективным на этом фоне было разбавление наносеребра до 1:100, 1:120, 1:140.
Таблица 1
Влияние фона минерального питания и варианта обработки семян на формирование густоты стояния и продуктивности растений яровой пшеницы, в среднем за 3 года
|
Номер в-та |
Вариант обработки семян (В) |
Биологический урожай зерна, т/га |
Полевая всхожесть, % |
Общая выживаемость, % |
Продуктивных побегов, шт./м2 |
Масса зерна с колоса, г |
|||||
|
Фон минерального питания (А) |
|||||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
||
|
1 |
БО |
2,30 |
3,39 |
55,2 |
54,8 |
33,9 |
48,5 |
315 |
326 |
0,73 |
1,04 |
|
2 |
«Планриз» |
2,94 |
4,23 |
63,4 |
60,3 |
56,6 |
51,6 |
363 |
365 |
0,81 |
1,16 |
|
3 |
НС (1:60) |
3,18 |
4,53 |
60,6 |
63,2 |
55,2 |
56,0 |
365 |
394 |
0,87 |
1,15 |
|
4 |
НС (1:80) |
3,06 |
4,45 |
64,7 |
62,5 |
57,3 |
53,9 |
392 |
374 |
0,78 |
1,19 |
|
5 |
НС (1:100) |
3,03 |
4,08 |
58,6 |
60,5 |
52,8 |
52,5 |
352 |
358 |
0,86 |
1,14 |
|
6 |
НС (1:120) |
3,19 |
3,80 |
62,6 |
58,6 |
56,3 |
51,7 |
380 |
352 |
0,84 |
1,08 |
|
7 |
НС (1:140) |
3,06 |
4,09 |
59,6 |
60,0 |
53,6 |
52,4 |
356 |
356 |
0,86 |
1,15 |
|
8 |
НС (1:160) |
2,81 |
4,24 |
60,2 |
57,5 |
54,7 |
50,1 |
365 |
353 |
0,77 |
1,20 |
|
9 |
НС (1:180) |
2,93 |
4,18 |
58,2 |
61,0 |
53,0 |
53,3 |
353 |
370 |
0,83 |
1,13 |
|
10 |
НС (1:200) |
2,87 |
4,18 |
58,5 |
60,2 |
52,7 |
52,5 |
346 |
373 |
0,83 |
1,12 |
Примечание. НСР05 (урожай зерна): для А – 0,04; для В – 0,09; для АВ – 0,14 т/га
Рост урожайности пшеницы в лучших вариантах обусловлен повышением сохранности и общей выживаемости растений, густоты продуктивного стеблестоя и массы зерна с колоса. Так, продуктивность соцветия от обработки семян наносеребром возрастала на фоне без удобрений – на 0,04–0,14 г (5,5–19,2 %), на фоне расчетных доз удобрений – на 0,04–0,16 г (3,8–15,4 %). Результаты корреляционно-регрессионного анализа показали, что уровень урожайности яровой пшеницы наиболее сильно коррелирует с массой зерна с колоса (r = 0,966, где tфакт = 16,01 при t05 = 2,09), чем с густотой продуктивного стеблестоя (r = 0,439, где tфакт = 2,07 при t05 = 2,09). Это свидетельствует о стимулирующем действии наночастиц серебра на ход продукционного процесса, что проявляется в росте продуктивности соцветия и посева в целом.
Таблица 2
Эффективность азотных и некорневых подкормок при формировании элементов продуктивности овса, в среднем за 3 года
|
Номер в-та |
Срок подкормки (В) |
Вид подкормки (С) |
Урожай зерна, т/га |
Общая выживаемость, % |
Продуктивных побегов, шт./м2 |
Масса зерна с метелки, г |
Озерненность соцветия, шт. |
|||||
|
Фон минерального питания (А) |
||||||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|||
|
1 |
всходы |
БП |
2,30 |
2,44 |
59,1 |
65,7 |
396 |
425 |
0,59 |
0,59 |
18 |
19 |
|
2 |
N45 |
3,34 |
3,47 |
60,8 |
66,0 |
416 |
492 |
0,81 |
0,73 |
24 |
22 |
|
|
3 |
N60 |
3,50 |
3,71 |
64,6 |
67,7 |
428 |
514 |
0,83 |
0,75 |
25 |
23 |
|
|
4 |
N45 + МСГ |
3,43 |
3,76 |
71,6 |
72,9 |
505 |
540 |
0,71 |
0,70 |
21 |
21 |
|
|
5 |
N45 + НС |
3,44 |
3,81 |
69,7 |
70,0 |
462 |
535 |
0,75 |
0,73 |
22 |
22 |
|
|
6 |
кущение |
БП |
2,21 |
2,39 |
56,5 |
63,4 |
366 |
413 |
0,63 |
0,60 |
20 |
19 |
|
7 |
N45 |
3,19 |
3,74 |
67,2 |
73,1 |
445 |
490 |
0,73 |
0,77 |
22 |
23 |
|
|
8 |
N60 |
3,34 |
3,88 |
68,6 |
73,5 |
499 |
494 |
0,68 |
0,80 |
21 |
24 |
|
|
9 |
N45 + МСГ |
3,62 |
3,91 |
71,6 |
78,7 |
488 |
534 |
0,75 |
0,75 |
22 |
21 |
|
|
10 |
N45 + НС |
3,56 |
3,95 |
76,9 |
76,1 |
520 |
514 |
0,69 |
0,76 |
20 |
22 |
|
Примечание. НСР05 (урожай зерна) для А – 0,08; для В – 0,10; для С – 0,07; для АВ – 0,14; для АС – 0,16; для ВС – 0,02; для АВС – 0,10 т/га.
В опытах с овсом (табл. 2) установлено, что применение раствора наночастиц серебра в виде некорневой подкормки также оказывает положительное влияние на урожайность, которое сопоставимо с действием препарата на основе гуминовых кислот – «Макс Супер-Гумат», применяемого в качестве ростстимулирующего вещества. Исследования показали, что наибольшую эффективность наносеребро имеет на удобренном фосфором и калием фоне, где обеспечивает дополнительно к варианту N45 прибавки урожая зерна от 0,21 т/га (кущение) до 0,34 т/га (всходы) или от 5,6 до 9,8 %. Варианты с опрыскиванием посевов МСГ на фоне N45, а также подкормка азотом в дозе N60 характеризуются меньшими прибавками урожая, в отличие от неудобренного фона. Наименьшее влияние на урожайность некорневые подкормки оказывают при проведении их в фазу всходов на неудобренном фоне, где прирост урожая к варианту N45 составляет 2,7–3,0 %.
Максимальная в опыте урожайность (3,95 т/га) получена при опрыскивании посевов наносеребром в сочетании с поверхностным внесением азота в фазу кущения на фосфорно-калийном фоне. Корреляционно-регрессионный анализ данных показал, что наибольшей взаимосвязью с урожайностью из показателей структуры урожая характеризовались густота продуктивного стеблестоя (r = 0,85, где tфакт = 6,99 при t05 = 2,09) и масса зерна с метелки (r = 0,80, где tфакт = 5,75 при t05 = 2,09), а наименьшей – число зерен в соцветии (r = 0,67, где tфакт = 3,88 при t05 = 2,09).
Выявлено, что прибавки урожая овса от некорневых подкормок наносеребром обусловлены: 1 – повышением выживаемости растений; 2 – ростом количества продуктивных побегов; 3 – усилением фотосинтетической деятельности (табл. 3). Так, сохранность растений от всходов до уборки увеличилась на фосфорно-калийном фоне относительно варианта N45 на 5,8–7,5, на неудобренном фоне на 1,3–5,1 %, КПД ФАР возрос на 0,31–0,40 и 0,20 % соответственно. Повышение выживаемости растений и фотосинтетической деятельности в вариантах с наносеребром объясняется также снижением распространенности болезней в посевах (красно-бурой пятнистости, бактериального ожога, стеблевой ржавчины): на 1 фоне на 11,8–13,1, на 2 фоне на 13,9–14,2 %. Некорневая подкормка удобрением «Макс Супер-Гумат» также характеризовалась существенным ростстимулирующим эффектом, однако на фоне внесения полного удобрения (N45Р45К90) эффект от нее был ниже, чем от наносеребра.
Некорневые подкормки оказывают положительное влияние на технологические качества зерна овса. Так, относительно варианта N45, в среднем по фонам питания и срокам подкормки, в варианте с «АgБион-2» натура зерна увеличилась на 3–8 г/л, а пленчатость снизилась на 1,8–2,4 %. Подкормка «Макс Супер-Гуматом» также улучшала эти показатели соответственно на 7–10 г/л и 1,7–2,1 %.
Таблица 3
Показатели фотосинтетической деятельности растений овса в посевах, в среднем за 3 года
|
Номер в-та |
Срок подкормки (В) |
Вид подкормки (С) |
Площадь листьев, тыс. м2/га |
Урожай сухой фитомассы, т/га |
ЧПФ, г/м2∙сутки |
КПД ФАР, % |
||||||
|
средняя |
максимальная |
|||||||||||
|
Фон минерального питания (А) |
||||||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|||
|
1 |
всходы |
БП |
17,9 |
20,4 |
23,6 |
26,6 |
6,55 |
8,06 |
5,39 |
5,89 |
1,01 |
1,25 |
|
2 |
N45 |
22,4 |
24,1 |
30,8 |
34,5 |
8,12 |
9,63 |
5,76 |
6,06 |
1,25 |
1,49 |
|
|
3 |
N60 |
24,4 |
26,7 |
34,6 |
38,7 |
9,21 |
10,61 |
5,88 |
6,15 |
1,42 |
1,64 |
|
|
4 |
N45 + МСГ |
26,6 |
27,0 |
37,3 |
39,4 |
10,66 |
11,37 |
5,85 |
5,99 |
1,64 |
1,75 |
|
|
5 |
N45 + НС |
26,8 |
27,7 |
37,4 |
38,4 |
10,09 |
10,98 |
5,55 |
5,90 |
1,56 |
1,69 |
|
|
6 |
кущение |
БП |
18,2 |
20,4 |
25,2 |
25,9 |
6,41 |
7,66 |
5,46 |
5,78 |
0,99 |
1,18 |
|
7 |
N45 |
23,4 |
27,1 |
34,8 |
39,7 |
8,82 |
10,53 |
5,67 |
6,04 |
1,36 |
1,62 |
|
|
8 |
N60 |
25,3 |
29,0 |
36,7 |
40,5 |
9,33 |
11,15 |
5,69 |
6,12 |
1,44 |
1,72 |
|
|
9 |
N45 + МСГ |
26,2 |
29,7 |
38,0 |
40,7 |
10,95 |
12,32 |
6,17 |
6,24 |
1,69 |
1,90 |
|
|
10 |
N45 + НС |
26,7 |
28,5 |
40,2 |
40,7 |
11,42 |
11,80 |
6,18 |
6,29 |
1,76 |
1,82 |
|
Важным критерием оценки целесообразности применения агроприема является его экономическая эффективность. Расчет уровня дополнительного условно чистого дохода от применения различных вариантов обработки семян яровой пшеницы и подкормок овса показал, что для инкрустации семян наиболее эффективным является использование «АgБион-2» с концентрацией 1,70 % (1:60). В этом варианте на обоих фонах получен наибольший дополнительный условно чистый доход 5,28 и 6,84 тыс. руб./га. Также при экстенсивной технологии возделывания яровой пшеницы эффективна обработка семян 0,83 % (1:120) раствором, обеспечивающая повышение дополнительного УЧД до 5,34 тыс. руб./га. Некорневые подкормки овса наносеребром на фоне полного N45Р45К90 более экономичны при применении их в фазу всходов, что обеспечивает получение дополнительно 2,04 тыс. руб./га условно чистого дохода. На неудобренном фоне преимущество имеют некорневые подкормки в фазу кущения. Дополнительный УЧД при опрыскивании МСГ составляет 2,58, АgБион-2 – 2,22 тыс. руб. с 1 га.
Заключение
Таким образом, наносеребро «АgБион-2» при использовании его в технологии возделывания зерновых культур для инкрустации семян и некорневых подкормок является эффективным средством повышения урожайности и качества урожая на дерново-подзолистых почвах Центрального Нечерноземья. Использование «АgБион-2» в разных концентрациях для обработки семян яровой пшеницы обеспечивает повышение урожайности на 12,1–38,7 %. Оптимальным является разведение его 1:60, обеспечивающее повышение урожайности на удобренном фоне на 1,14 т/га (33,6 %), получение дополнительно 6,8 тыс. руб./га условно чистого дохода.
Некорневую подкормку овса наносеребром «АgБион-2» целесообразно на фоне N45 проводить в фазу кущения, а на фоне N45Р45К90 – в фазу всходов, что позволяет получать дополнительно 0,37 и 0,21 т/га зерна, 2,22 и 2,04 тыс. руб./га условно чистого дохода.
Усиление продукционного процесса и повышение конечной продуктивности посевов яровой пшеницы и овса обеспечивается в основном за счет ростостимулирующих и элиситорных свойств наносеребра. Экономически наиболее целесообразно применение раствора наночастиц серебра для предпосевной обработки семян в связи со снижением затратности производства.
Рецензенты:
Фирсов С.А., д.б.н., профессор, директор, ФГБУ ГЦАС «Тверской», г. Тверь;
Сутягин В.П., д.с.-х.н., профессор кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии, ФГБОУ ВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия», г. Тверь.