СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ УРОЖАЯ ПЛОДООВОЩНОЙ И РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
METHOD FOR HIGHER YIELD OF FRUIT AND VEGETABLE AND CROP PRODUCTION

Изобретение относится к технологии производства и сохранения плодоовощной и растениеводческой продукции - ягод, фруктов, овощей, растений (петрушка, укроп) и др.
В настоящее время наиболее значимым фактором, обусловливающим низкую продуктивность садоводческих и овощеводческих хозяйств, а также большие потери при хранении урожая, является усиление нестабильности и стрессорности погодных условий. В результате изменения климата, усиления его нестабильности и техногенного загрязнения окружающей среды растения все в большей мере подвергаются многократному воздействию комплекса неблагоприятных (стрессовых) факторов. При нарастании комплекса неблагоприятных факторов устойчивость агроценозов снижается, а растения становятся более восприимчивыми к повреждению вредными организмами.
Не менее значимо изменение погодных условий сказывается и на видовом составе вредных объектов растений и их плодов. В частности, наблюдается накопление фитопатогенной инфекции (парши, филлостикты, плодовой гнили), а также нарастание неинфекционной патологии на различных культурах. Зарегистрированы виды насекомых, которые ранее не отмечались в массовом размножении: долгоносики, клещи, моли, листоблошки и др.
Наряду с грибными болезнями все большую опасность для садоводческих и овощеводческих хозяйств начинают представлять различные болезни вирусного происхождения. К ним относятся хлоротическая пятнистость листьев, ямчатость и бороздчатость древесины на яблоне и груше, хлоротическая и некротическая пятнистость листьев и шарка на вишне и сливе, курчавость листьев на кустарниковых ягодных культурах, мозаики на землянике.
Обобщая вышеизложенное, можно утверждать, что растения постоянно находятся под прессингом широкого спектра агрессоров разной природы и интенсивности (абиотические - резкие перепады температур, переувлажнение, засуха, высокая солнечная активность и др.; биотические - поражение болезнями, вирусами, вредителями). Это вызывает глубокие повреждения растений и в первую очередь их иммунной системы, причем интенсивность повреждения зависит не столько от количества стрессовых факторов, сколько от их сочетания, степени напряженности и энергоемкости фазы развития самого растения. Все это оказывает существенное негативное влияние на протекание всех обменных процессов в организме, происходит нарушение обменных цепей, а окислительно-восстановительный баланс в клетках растений сдвигается в сторону окисления.
Таким образом, можно сказать, что основными причинами потерь урожая плодоовощной и растениеводческой продукции, снижения качества и непродолжительного срока его хранения являются повреждение его вредителями, поражение болезнями, а также повышенное содержание эндогенного этилена в плодах перед его уборкой и закладкой на хранение. Последнее - высокое содержание эндогенного этилена в растительной массе - является реакцией (откликом) растений на вышеуказанные стрессовые ситуации, которым они подвергаются в течение всего периода вегетации. [Стресс плодовых растений: монография / В.А.Гудковский, Н.Я.Каширская, Е.М.Цуканова; Всерос. науч.-исслед. ин-т садоводства. - Воронеж: Кварта, 2005.; Система сокращения потерь и сохранение качества плодов и винограда при хранении (методические рекомендации/В.А.Гудковский, Всесоюз. науч.-исслед. ин-т садоводства. - Мичуринск, 1990.]
Известно, что основными приемами борьбы с болезнями и вредителями является обработка растений фунгицидами и инсектицидами на различных стадиях вегетации. В качестве фунгицидов и инсектицидов обычно используют широкий спектр химических препаратов, а в последнее время - все чаще биопрепараты.
В качестве приемов, повышающих устойчивость растений и плодов к различным заболеваниям, используют обработку растений элементами минерального питания (внекорневые обработки). Для внекорневой обработки обычно используют композиции, содержащие соединения кальция, магния, марганца, цинка, фосфора, бора, азота и других элементов.
Для защиты растений от последствий стрессовых ситуаций используют обработку растений так называемыми антидепрессантами. В качестве антидепрессантов может быть использован широкий спектр веществ, однако в последнее время лучшие результаты были достигнуты при использовании так называемых этиленмодуляторов, которые препятствуют биосинтезу этилена в растениях или блокируют действие этилена на растения.
++
++
++
В качестве этиленмодуляторов используют вещества, которые ингибируют превращение S-аденозилметионина в 1-аминоциклопропан-1-карбоновую кислоту (производные винилглицина - аминоэтоксивинилглицин, метоксивинилглицин и др.); вещества, которые блокируют превращение 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты в этилен (ионы Со или Ni и др.); а также вещества, которые прочно связываются с рецепторами этилена растительной ткани и блокируют действие этилена на растения (циклопропен и его производные, 2,5-норборнадиен, 3-амино-1,2,4-триазол, ионы Ag) [WO 2005044002].
Нетрудно заметить, что в зависимости от типа растения, его сорта, погодных условий и других явлений для надежной защиты растений от всего спектра вышеуказанных вредных факторов за сезон требуется выполнить от 6 до 20 достаточно трудоемких обработок растений композициями, содержащих фунгициды, инсектициды, антидепрессанты и элементы минерального питания. Однако несмотря на такие затраты, достаточно значительная часть растений и плодов гибнет в процессе вегетации, а другая часть - в процессе хранения урожая.
В патенте ЕР 1856976 описан метод увеличения выхода урожая плодоовощной и растениеводческой продукции путем обработки его на стадиях вегетации композициями, содержащими в качестве этиленмодуляторов - циклопропены. Несмотря на то, что в описании патента говорится, что композиции, помимо циклопропенов, могут содержать вещества, проявляющие фунгицидную активность, а также на то, что один или несколько активных компонентов композиции может присутствовать в виде комплекса, например комплекса циклопропена с циклодекстринами, краун-эфирами и т.п., либо в адсорбированном на поверхности твердого пористого материала виде (например, цеолите), во всех примерах, иллюстрирующий способ, используют композиции, представляющие собой водную суспензию порошка, содержащего только один активный компонент 1-метилциклопропен.
Основным недостатком данного способа является то, что предлагаемые композиции необходимо использовать практически сразу (в течение 1 часа) после их приготовления. Кроме того, обычно для получения заметного результата (заметного увеличения урожая) необходимо проведение как минимум двух обработок такими композициями в течение 1 месяца (см. пример 2 способа по патенту ЕР 1856976). Это, вероятно, связано с тем, что активные компоненты композиции либо взаимодействуют между собой еще до попадания на растения, превращаясь в неактивные соединения, либо очень быстро высвобождаются из комплекса (или композиции), и при этом часть активного компонента вступает во взаимодействие с растением, а другая, не менее значительная часть, либо испаряется в окружающую среду либо превращается в неактивное соединение.
В патенте WO 2005044002 для увеличения урожая предлагается обрабатывать растения в период вегетации композициями, которые включают в себя фунгициды группы стробилуринов и несколько типов этиленмодуляторов. Композиции могут быть использованы в виде раствора, эмульсий, суспензии, мелких пылевидных частиц (дуста), порошков, пасты и гранул. Отмечается также, что композиции могут применяться в смеси с другими веществами - гербицидами, инсектицидами, другими фунгицидами и удобрениями. Однако ни одного примера использования таких смесей не приводится. Несмотря на достаточно впечатлительные результаты, полученные при обработке сои, основным недостатком данного метода является очень высокие нормы расхода компонентов препарата. Причиной этого, вероятно, как и в способе по патенту ЕР 1856976, является быстрая дезактивация активных ингредиентов композиции на поверхности растений.
Задачей настоящего изобретения является увеличение урожая плодоовощной и растениеводческой продукции путем обработки растений на стадиях вегетации водными композициями, содержащими этиленмодуляторы, фунгициды, инсектициды и элементы минерального питания, при сохранении норм расхода вышеуказанных активных ингредиентов.
Технический результат достигается тем, что обработку растений на стадии вегетации осуществляют водными композициями, содержащими в качестве активных ингредиентов этиленмодуляторы, а также фунгициды и/или инсектициды и/или элементы минерального питания, у которых, по крайней мере, один из активных ингредиентов иммобилизован в микрокапсулы биоразлагаемого полимерного материала.
В качестве фунгицидов могут быть использованы различные химические вещества, обладающие фунгицидной активностью, например α-(метокси имино)-2-{(2-метилфенокси)метил}-бензен уксусная кислота (Е)-метиловый эфир (Крезокси-метил, CAS №143390-89-0 - активное вещество препарата под торговой маркой «Строби»), 1-[2-[4-(4-хлорфенокси)-2-хлорфенил]-4-метил-1,3-диолоксан-2-илметил]-1Н-1,2,4-триазол (Дифеноконазол, CAS №119446-68-3 - активное вещество препарата под торговой маркой «Скор»), сульфат меди и др. Однако предпочтительно использование биофунгицидов, в частности микроорганизмов Bacillus subtilis, Trichoderma viride и других.
В качестве инсектицидов могут быть использованы различные химические вещества, такие как этил 2-(4-феноксифенокси) этилкарбамат (феноксикарб, CAS№72490-01-8 - активное вещество препарата «Инсегар»), (RS)-α-Циано-3-феноксибензил-(Z)-(1RS, 3RS)-3-(2-хлор-3,3,3-трифторпропенил) - 2,2-диметил-циклопропанкарбоксилат (Цигалотрин, САS №68085-85-8 - действующее вещество препарата «Каратэ Зенон»), и ряд других соединений, обладающих инсектицидной активностью. Однако предпочтительно использование биоинсектицидов, в частности микроорганизмов Bacillus thuringiensis, Streptomyces, Beauveria bassiana и других.
В качестве этиленмодуляторов могут быть использованы все вещества, описанные в патенте WO 2005044002. Однако предпочтительно использовать аминоэтоксивинилглицин (АВГ), алкилциклопропены (препарат «Фитомаг по патенту RU 2267272, содержащий 1 мас.% 1-метилциклопропена, комплекс 1-метилциклопропена с α-циклодекстрином (КЦМЦП), содержащий 1,5 мас.% 1-метилциклопропена) и соединения кобальта.
В качестве элементов минерального питания могут быть использованы кальций, магний, молибден, медь, цинк, марганец, бор и другие.
Иммобилизация активных ингредиентов композиции может быть осуществлена различными методами, однако предпочтительно использовать метод поверхностной полимеризации частиц, содержащих смесь мономера и активного ингредиента, путем контакта данных частиц со средой, содержащей сшивающий агент (кросс-агент). В частности, путем распыления смеси мономера и активного ингредиента над раствором, содержащим сшивающий агент. [Иммобилизованные клетки микроорагнизмов. А.П.Синицын, Е.И.Райкина, В.И.Лозинский, С.Д.Спасов/Изд-во МГУ, 1994, с.157-181].
Следующие примеры иллюстрируют способ.
Приготовление иммобилизованных форм компонентов композиции
Пример 1. Приготовление микрокапсул, содержащих биоинсектицид и элементы минерального питания - соли кальция (Форма 1)
В качестве активного вещества использовали клетки бактериальной культуры Bacillus thuringiensis spp.kurstaki, которую применяют для защиты плодоовощных культур от ряда вредителей (яблоневая плодожорка, яблоневая и плодовая моль, американская белая бабочка, шелкопряд, листовертка, капустная и репная белянка, капустная совка, моль, огневка и др.).
9
Коническую колбу емкостью 750 мл, содержащую 250 мл среды (L-бульон), стерилизовали в автоклаве 30 мин при давлении 0,5 ати. После охлаждения в колбу вносили 2 мл посевной культуры бактерии - Bacillus thuringiensis spp.kurstaki. Культуру инокулировали при комнатной температуре на роторной качалке при скорости 140 об/мин до концентрации клеток 2·10 КОЕ/мл.
Отдельно в стеклянном стакане емкостью 250 мл смешивали 1 г ионотропного блок-сополимера - альгината натрия с водой (99 мл) до получения гелеобразной массы. К полученной смеси при перемешивании добавляли 10 г питательной добавки - крахмала и после получения однородной массы при перемешивании вносили 5 мл ранее приготовленной культуры клеток Bacillus thuringiensis spp.kurstaki.
Иммобилизацию осуществляли следующим образом:
Однородную смесь альгината натрия, крахмала и клеток микроорганизмов распыляли над поверхностью водного раствора, содержащего 2мас.% хлористого кальция (кросс-агента). Для этого данную смесь под давлением 5 бар пропускали через инжекторную установку, а в область отрыва капель подавали поток воздуха. Образующиеся при отрыве от сопла инжекторной установки мелкодисперсные капли смеси попадали в раствор хлористого кальция, где за счет химической реакции между альгинатом натрия и сшивающим агентом (кросс-агентом) происходила поверхностная полимеризация альгината с образованием микрокапсул полимера с заключенными внутри них клетками микроорганизмов.
Полученные микрокапсулы, содержащие иммобилизованные клетки микроорганизмов Bacillus thuringiensis spp.kurstaki и элемент минерального питания -кальций, отфильтровывали от раствора сшивающего агента (хлористого кальция), сушили и смешивали с раствором консервирующего агента - лактозой. Срок хранения данных микрокапсул - 1 год.
Пример 2. Приготовление микрокапсул, содержащих биофунгицид, элементы минерального питания (кальция) и модулятор этилена (кобальт) (Форма 2)
В качестве активного вещества использовали клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis 26Д, которые применяют для защиты плодоовощных культур от ряда заболеваний (фитофторы, корневой гнили, парши, мучнистой росы и др.).
9
Коническую колбу емкостью 750 мл, содержащую 250 мл среды (L-бульон), стерилизовали в автоклаве 30 мин при давлении 0,5 ати. После охлаждения в колбу вносили 2 мл посевной культуры бактерии - Bacillus subtilis 26Д. Культуру инокулировали при комнатной температуре на роторной качалке при скорости 140 об/мин до концентрации клеток 2·10 КОЕ/мл.
Отдельно в стеклянном стакане емкостью 250 мл смешивали 1 г ионотропного блок-сополимера - альгината натрия с водой (99 мл) до получения гелеобразной массы. К полученной смеси при перемешивании добавляли 10 г питательной добавки - желатина и после получения однородной массы при перемешивании вносили 5 мл ранее приготовленной культуры клеток Bacillus subtilis.
Иммобилизацию осуществляли следующим образом:
2
2
Однородную смесь альгината натрия, крахмала и клеток микроорганизмов распыляли над поверхностью водного раствора, содержащего 1%масс.хлористого кальция и 1% хлористого кобальта (кросс-агентов) аналогично примеру 1. Образующиеся при отрыве от сопла инжекторной установки мелкодисперсные капли смеси попадали в раствор CaCl и CoCl, где за счет химической реакции между альгинатом натрия и сшивающими агентами происходила поверхностная полимеризация альгината с образованием микрокапсул полимера с заключенными внутри них клетками микроорганизмов.
Полученные микрокапсулы, содержащие иммобилизованные клетки микроорганизмов Bacillus subtilis 26Д, элемент минерального питания - кальций и этиленмодулятор - кобальт, отфильтровывали от раствора сшивающих агентов, сушили и смешивали с раствором консервирующего агента - лактозой. Срок хранения данных микрокапсул - 1 год.
Пример 3. Приготовление микрокапсул, содержащих модулятор этилена (1-метилциклопропен) и элементы минерального питания (кальций и магний) (Форма 3).
В качестве модулятора этилена использовали 1-метилциклопропен, который связан в комплекс с α-циклодекстрином. Данный комплекс представляет собой белый порошок с содержанием 1-метилциклопропена 2 мас.%
В стеклянном аппарате емкостью 250 мл, снабженным мешалкой, смешивали 1 г ионотропного блок-сополимера - альгината натрия с водой (99,0 мл) до получения гелеобразной массы и после этого постепенно, при перемешивании добавляли 25 г порошка (комплекса 1-метилциклопропена с α-циклодекстрином).
Иммобилизацию осуществляли аналогично примеру 1, распыляя смесь альгината натрия и комплекса над поверхностью водного раствора, содержащего кросс-агенты: 1,0 мас.% хлористого кальция и 0,2% хлористого магния.
Полученные микрокапсулы, содержащие 1-метилциклопропен, а также элементы минерального питания - кальций и магний, отфильтровывали от раствора сшивающих агентов, сушили и хранили в сухом виде. Срок хранения данных микрокапсул - 1 год.
Пример 4. Приготовление микрокапсул, содержащих биофунгицид и элемент минерального питания (бор) (Форма 4)
В качестве активного вещества использовали клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis 26Д, полученной в примере 2.
В колбе объемом 250 мл смешивали 60 мл 20%-ного водного раствора поливинилового спирта и 20 мл культуры, выращенной в примере 2.
Полученную смесь распыляли аналогично примеру 1 над поверхностью емкости, заполненной сшивающим агентом - насыщенным раствором борной кислоты. Полученные микрокапсулы отфильтровывали, промывали водой и сушили на воздухе.
Полученная иммобилизованная форма фунгицида представляет собой микрокапсулы из поливинилового спирта, сшитые бором и содержащие клетки микроорганизмов. Срок хранения данных микрокапсул - 0,5 года.
Приготовление композиций
Композиции для обработки растений готовили путем диспергирования иммобилизованных форм (микрокапсул) в воде или в заранее приготовленном водном растворе, содержащем растворимые в воде формы фунгицидов и/или инсектицидов и/или элементов минерального питания, а также вспомогательные вещества - поверхностно-активные вещества, полиолы и др. Процесс диспергирования осуществляли в аппарате с мешалкой.
В качестве поверхностно-активных веществ использовали оксиэтилированные высшие жирные спирты марок Кремофор А-6 и А-25; алкилполигликозид марки Agnique PG 8107; смесь цетеарилалкилполигликозида и цетеарилового спирта марки Emulgade PL 68/50; оксиэтилированный лаурат сорбитана марки Tween 20; оксиэтилированное растительное масло марки Ecosurf™ SA-4, лаурат сорбитана марки Span 20. В качестве полиолов - глицерин, пропиленгликоль, поливиниловый спирт и др.
Композиция 1
4
Состав, мас.%: Форма 1-1.0; Препарат «Фитомаг» - 1.0; MgSO-0.2;
Глицерин - 0.2; Кремофор А-6-0.2; Хитин - 0.1; вода - остальное.
Композиция 2
4
Состав, мас.%: Форма 3-1.0; Дифеноконазол - 0.005; MgSO-0.2; Поливиниловый спирт - 0.3; Tween 20-0.2; вода - остальное.
Композиция 3
2
Состав, мас.%: Форма 2-1.0; КЦМЦП - 0.5; Феноксикарб - 0,01; CaCl-0.2; Emulgade PL 68/50-0.1; вода - остальное.
Композиция 4
Состав, мас.%: Форма 1-1.0; Форма 4-1.0; АВГ - 0.001; Ecosurf™ SA-4-0.1, Кремофор А-25; Пропиленгликоль - 0.3; вода - остальное.
Композиция 5
Состав, мас.%: Форма 3-0.7; Форма 4-0.7; Agnique PG 8107-0.2; Полиэтиленгликоль (ПЭГ-13) - 0.2; вода - остальное.
Композиция 6
4
Состав, мас.%: Форма 4-0.3; Крезокси-метил - 0.01; Препарат «Фитомаг» - 0.4; MgSO-0.2; Span 20-0.3; Agnique PG 8107-0.1; вода - остальное.
Композиция 7
4
4
2
4
Состав, мас.%: Форма 3 - 0.8; MgSO-0.1; (NH)MoO-0.004; Поливиниловый спирт - 0.2; Tween 20-0.3; вода - остальное.
Оценку эффективности композиций 1-6, содержащих иммобилизованные формы (микрокапсулы) этиленмодуляторов, фунгицидов, инсектицидов и элементов минерального питания, проводили путем сравнения величины урожая плодоовощной продукции, полученной после обработки растений на различных стадиях вегетации данными композициями и композициями аналогичного состава, но содержащих неиммобилизованные формы активных ингредиентов.
Обработку проводили путем распыления композиций над поверхностью произрастания следующих растений:
1. Яблони сорта Ренет Симиренко. Подвой М9, полукарликовый. Схема посадки 4×2 м. Год посадки - 2003. Количество контрольных и опытных деревьев - по 10 шт.
2
Фазы обработки и используемая композиция: обособление бутона (композиция 2), конец цветения (композиция 1), опадение избыточной завязи (композиция 5), рост плодов: плод размером с грецкий орех (композиция 4), за 30 дней до уборки урожая (композиция 3). Расход композиций - 0,06 л/м. Всего 5 обработок.
2
2
Урожайность после обработки композициями составила - 3.7 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила - 3.0 кг/м.
2. Яблони сорта Айдаред. Подвой ММ-106, схема посадки 5×3 м, год посадки - 1998, количество опытных деревьев - по 10 шт.
2
Фазы обработки и используемая композиция: опадение избыточной завязи (композиция 1), плод размером с грецкий орех (композиция 5), за 30 дней до уборки урожая (композиция 6). Расход композиций - 0,07 л/м. Всего 3 обработки.
2
2
Урожайность после обработки композициями составила - 3.5 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила - 2.8 кг/м.
3. Груша сорта Августовская роса. Подвой айва С, схема посадки 5×4 м, год посадки 2002, количество опытных деревьев - по 10 шт.
2
Фазы обработки и используемая композиция: опадение избыточной завязи (композиция 2), плод размером с грецкий орех (композиция 3), за 30 дней до уборки урожая (композиция 4). Расход композиций - 0,05 л/м. Всего 3 обработки.
2
2
Урожайность после обработки композициями составила - 1.1 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила - 0.9 кг/м.
4. Слива сорт Стенли. Схема посадки 5×4 м, система поддержания почвы - черный пар, год посадки 2003, количество опытных деревьев - по 10 шт.
2
Фазы обработки и используемая композиция: опадение избыточной завязи (композиция 3), за 30 дней до уборки урожая (композиция 5). Расход композиций - 0,07 л/м. Всего 2 обработки.
2
2
Урожайность после обработки композициями составила - 1.2 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила -1.0 кг/м.
2
5. Томаты сорта Мираж. Количество контрольных и опытных кустов - по 20 шт. Фазы обработки и используемая композиция: через 15 и 30 дней после высадки рассады в грунт (композиция 6), стадия бутонизации (композиция 3), формирование первой (композиция 5) и третьей (композиция 2) кисти. Всего 5 обработок. Расход композиций - 0,04 л/м.
2
2
Урожайность после обработки композициями составила - 3.7 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила - 2.9 кг/м.
2
6. Кукуруза гибридная. Количество контрольных и опытных кустов - по 20 шт.Фазы обработки и используемая композиция: после цветения (композиция 7), налив зерна (композиция 7). Расход жидких композиции - 0,05 л/м. Всего 2 обработки.
2
2
Урожайность зерна после обработки композициями составила - 0.48 кг/м. Урожайность при обработке неиммобилизованными формами аналогичных веществ (контроль) составила - 0.39 кг/м.
Положительные результаты были также получены при обработке других сельскохозяйственных культур - пшеница, подсолнечник, петрушка, укроп и др.
Таким образом, обработка растений на стадии вегетации композициями, у которых, по крайней мере, один из активных ингредиентов иммобилизован в микрокапсулы биоразлагаемого полимерного материала, позволяет увеличить урожай сельскохозяйственной продукции на 20-28%.