Д

Д.с.-х.н. Ряховская Н.И.

К.с.-х.н. Гайнатулина В.В.

Камчатский научно-исследовательский институт сельского

хозяйства, Россия

Применение нанодисперсного кремнезёма и его препаратных форм, индуцирующих устойчивость к

Rhizoctonia solani в условиях Камчатского края

Перспективы широкого использования кремний содержащих препаратов и удобрений связаны, в первую очередь, с изучением особенностей влияния их на минеральное питание и развитие растений [1,2,3]. В связи с этим перспективным представляется поиск химических соединений, способных прямо или косвенно влиять на продуктивность сельскохозяйственных культур и их устойчивость к болезням, сохраняя при этом экологическую безопасность.

Географически Камчатский регион расположен в зоне активного вулканизма, где существуют крупные запасы аморфного кремнезёма. Запасы нанодисперсного аморфного кремнезема, получаемого после фильтрования жидкой фазы гидротермальных теплоносителей из скважин Мутновской ГеоЭС, составляют более 5 тысяч тонн в год [4]. При подъеме раствора на поверхность по продуктивным скважинам и снижения температуры раствор становится пересыщенным и в нем проходят поликонденсация и нуклеация молекул ортокремниевой кислоты, приводящие к формированию сферических наночастиц кремнезема с радиусами 5-100 нм (рис. 1 а). Для получения нанодисперсного порошка кремнезёма гидротермальные растворы концентрируют баромембранным фильтрованием с применением ультрафильтрационных мембран. Оставшийся в золях раствор удаляют с использованием крио химической технологии путем крио кристаллизации капель золя в жидком азоте с последующей сублимацией под вакуумом твердого льда. Получают порошки с размерами частиц в диапазоне 10-100 нм, удельной поверхностью до 400 м²/г, средними диаметрами пор 3-10 нм (рис. 1 б).

$D:\REPORT\MCRSC\Левачев-2009\Образцы\1с\1c_100k_053.tif$

а)

$D:\REPORT\MCRSC\Левачев-2009\Образцы\12с\12c_250k_108.tif$

б)

Рис 1. Изображения наночастиц кремнезема сканирующей электронной микроскопии. а) гель кремнезема; б) порошок кремнезема.

С целью изучения возможного использования кремнезёма в виде порошка и геля, а также кремний содержащего препарата мивал-агро для повышения урожайности и устойчивости картофеля к ризоктониозу были проведены исследования. По результатам 2013-2015 гг. при внесении в почву кремнезёма порошка и геля в норме 50 и 25 кг/га на фоне минерального питания (NPK)₁₂₀ и (NPK)₆₀получены прибавки урожайности картофеля от 16,1 до 25,7% (2,8-3,6 т/га). Применение кремнезёма и кремний содержащего препарата мивал-агро для обработки клубней, одно и двух опрыскиваний растений в период вегетации картофеля прибавки урожайности составили: от использования мивал-агро 2,2-3,0 т/га, кремнегеля 2,4-3,6 т/га, кремнезёма – порошка 1,9-2,9 т/га.

Наряду с повышением урожайности картофеля использование кремнезёма и мивал-агро способствовало снижению развития и распространенности ризоктониоза на стеблях и столонах. Снижение заболеваемости связано с тем, что растения, поглощая кремний в форме монокремниевой кислоты, аккумулируют и полимеризуют её в эпидермальных тканях (листьях, столонах, корнях), в них образуется двойной кутикулярный слой, защищающий и механически укрепляющий растения. Именно этот фактор в первую очередь влияет на устойчивость растений к заболеваемости ризоктониозом.

Применение кремнесодержащих препаратов не однозначно влияло на развитие и распространенность ризоктониоза. Обработка клубней и опрыскивание растений в период массовых всходов мивал-агро и кремнезёмом (гель, порошок) были наиболее эффективны против ризоктониоза. Поражение ростков не превышало 1,5% в контроле 3,4%; степень развития ризоктониоза к концу вегетации на этих вариантах ниже контроля в среднем на 12,7%, распространённость болезни - на 31,6% против 17,4% и 56,5% на контроле соответственно (таблица 1). Поражение клубней ризоктониозом за счет использование кремний содержащих препаратов снизилось в 1,9-2,4 раза по сравнению с контролем.

Таблица 1-Влияние кремнесодержащих препаратов на развитие, распространенность ризоктониоза и урожайность картофеля (среднее 2013-2015 гг.)

Варианты опыта

Пора-жение

рост-ков, %

Степень развития и распространенность,%

Пора-жение

клуб-ней,%

Уро-жай-ность, т/га

Прибавки к контролю, т/га

период бутонизации

перед уборкой

Контроль - (без обработки)

3,4

19,6

52,1

17,4

56,5

14,8

17,7

Мивал-агро 2 г/т обработка клубней

2,0

11,3

40,6

9,2

37,5

7,6

20,2

+2,5

Мивал-агро 10 г/га обработка растений в фазу массовых всходов

1,9

11,6

40,6

8,4

30,3

8,0

20,7

+3,0

Мивал-агро 2 г/т обработка клубней + 10 г/га обработка растений в фазу массовых всходов

1,5

9,2

35,0

4,7

24,5

7,7

19,9

+2,2

Мивал-агро 10 г/га обработка растений (в фазу массовых всходов и бутонизации)

1,8

8,7

36,0

6,0

28,8

8,2

20,7

+3,0

Кремнезём 200 г/т (гель) обработка клубней

1,7

9,3

26,9

6,5

26,1

7,6

20,8

+3,1

Кремнезём 1000 г/га (гель) обработка растений в фазу массовых всходов

2,3

11,4

45,0

7,2

29,0

10,1

20,1

+2,4

Кремнезём 200 г/т (гель) обработка клубней + обработка растений 1000 г/га в фазу массовых всходов

1,5

7,0

37,0

4,7

24,1

6,2

20,5

+2,8

Кремнезём 1000 г/га (гель) обработка растений в фазу массовых всходов и бутонизации

2,1

8,3

26,2

5,3

24,0

8,5

21,3

+3,6

Кремнезём 20 г/т (порошок) обработка клубней

1,0

8,5

30,4

5,4

21,3

8,6

19,6

+1,9

Кремнезём 100 г/га (порошок) обработка растений в фазу массовых всходов

3,0

8,6

25,9

6,0

28,0

9,4

19,8

+2,1

Кремнезём 20 г/т (порошок) обработка клубней + обработка растений 100 г/га в фазу массовых всходов

1,2

7,7

32,0

4,8

26,1

7,1

20,0

+2,3

Кремнезём 100 г/га (порошок) обработка растений в фазу массовых всходов и бутонизации

3,2

8,2

33,0

5,8

24,0

8,1

20,6

+2,9

НСР₀₅т/га

1,1

Внесение кремнезёма (порошок и гель) в почву в дозе 50 кг/га способствовало максимальному снижению развития и распространенности ризоктониоза перед уборкой, которое составило в среднем 8,4% и 22,1% по отношению к фону(NPK)₁₂₀; 8,2% и 21,4% к фону (NPK)₆₀соответственно (таблица 2). Поражение ростков не превышало 3,0%, клубней нового урожая – 7,1% против 3,9 и 13,0% в контроле соответственно.

Таблица 2 - Влияние кремнезёма на развитие, распространённость ризоктониоза и урожайность картофеля (среднее 2013-2015 гг.)

Варианты опыта

Пора-жение

ростков, %

Степень развития

на стеблях, %

Пора-жение

клуб-ней, %

Урожай-ность, т/га

+ к конт-ролю, т/га

+ к фону, т/га

1 учёт

2 учёт

Контроль – (без удобрений)

3,9

18,6

58,0

21,9

50,0

13,0

8,8

(NPK)₁₂₀–фон₁

3,7

12,7

38,6

15,1

51,4

10,2

17,4

+8,6

Фон₁+ кремнезём в дозе 50 кг/га (порошок)

2,0

10,0

36,3

6,6

28,5

7,1

20,2

+11,4

+2,8

Фон₁+кремнезём в дозе 25 кг/га (порошок)

1,7

12,5

49,5

8,6

20,7

7,2

20,6

+11,8

+3,2

Фон₁+ кремнезём в дозе 50 кг/га (гель)

2,7

11,5

39,2

6,8

30,2

7,2

20,4

+11,6

+3,0

Фон₁+ кремнезём в дозе 25 кг/га (гель)

2,7

14,1

42,6

11,6

27,5

7,0

20,6

+11,8

+3,2

(NPK)₆₀–фон₂

3,9

15,9

58,6

15,2

54,2

9,9

14,0

+5,2

Фон₂+ кремнезём в дозе 50 кг/га (порошок)

3,0

11,9

46,7

7,5

35,7

7,0

17,3

+8,5

+3,3

Фон₂+ кремнезём в дозе 25 кг/га (порошок)

3,4

13,2

52,8

7,8

25,0

8,5

16,8

+8,0

+2,8

Фон₂+ кремнезём в дозе 50 кг/га (гель)

2,9

10,5

38,1

6,7

29,8

6,7

17,2

+8,4

+3,2

Фон₂+ кремнезём в дозе 25 кг/га (гель)

2,7

14,0

30,7

9,2

31,8

6,3

17,6

+8,8

+3,6

НСР_{05 общая}

Фактор А (фон)

Фактор Б (варианты)

1,2

0,5

0,8

Примечание: фаза бутонизации -19.08; перед уборкой - 28.09; числитель - развитие, знаменатель - распространенность ризоктониоза.

Существует ряд специфических механизмов влияния кремниевых удобрений на плодородие почв. Наиболее изученным является их влияние на содержание доступного для растений фосфора [5]. Термодинамические расчеты показывают возможность реакции вытеснения фосфат - аниона силикат - анионом из труднорастворимых фосфатов с образованием соответствующих силикатов [5]. Таким образом, кремниевые удобрения способствуют переходу недоступных растениям почвенных фосфатов в доступные формы, а также препятствуют трансформации фосфорных удобрений в недоступные для растений соединения. По нашим данным за счет внесения кремнезёма в почву идет накопление подвижного фосфора из труднодоступных соединений, высокие показатели получены от применения кремнегеля в дозе 25 и 50 кг/га, перед уборкой превышение доступного фосфора составило 36,1 и 42,5% к фону (NPK)₁₂₀; 70,1 и 93,1% к (NPK)₆₀соответственно.

Содержание обменного калия в почве увеличилось за счет поступления его из кремнезёма в почвенный раствор путем ионного обмена. При внесении кремнезёма порошка и геля в дозе 50 кг/га содержание его в почве перед уборкой было выше соответственно на 31,7 и 65,2% на фоне (NPK)₁₂₀; на 30,2 и 56,2% на фоне (NPK)₆₀.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено положительное влияние нанодисперсного кремнезёма и мивал-агро на повышение урожайности картофеля и улучшение фосфорно-калийного питания растений, снижение заболеваемости картофеля Rhizoctonia solani, как при внесении кремнезёма в почву, так и при использовании кремнесодержащих препаратов для обработки клубней и опрыскивания растений.

Литература:

1. Гладкова К.Ф. Роль кремния в фосфатном питании растений // Агрохимия. 1982. № 3. С. 133-140.

2. Рочев В.А., Барсукова Г.А. Влияние кремнегельсодержащего удобрения на содержание подвижных форм кремния и фосфора в почве и накопление их в растениях // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1984. № 3. С.1-6.

3. Ряховская Н.И., Гайнатулина В.В., Потапов В.В. Способы применения кремнесодержащих препаратов для повышения продуктивности и качества семенного картофеля» / РАЕН отделение «физико-химическая биология и инновации» Сельскохозяйственная биотехнология, растениеводство. «Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты» сб. науч. тр. Выпуск 21. М. 2013. С. 65-85.

4. Потапов В.В., Аллахвердов Г.Р., Сердан А.А. (мл.), Мин Г.М., Кашутина И.А. Получение водных золей кремнезёма мембранным концентрированием гидротермальных растворов // Химическая технология. 2008. № 6. С. 14-22.

5. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Влияние аморфного кремнезёма на некоторые свойства дерново-подзолистых почв // Почвоведение, 1994. №7. С. 52-61.