СОРБЦИОННО-СТИМУЛИРУЮЩИЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ НА ОСНОВЕ ФУМАРОВОЙ КИСЛОТЫ
SORPTION-STIMULATING PREPARATION FOR PRE-SOWING TREATMENT OF SPRING WHEAT SEEDS BASED ON FUMARIC ACID

Область техники
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к разработке препаратов-стимуляторов роста растений для предпосевной обработки семян яровой пшеницы. При предпосевной обработке начальные процессы прорастания семян протекают интенсивнее. Особенно это сказывается на развитии корневой системы. Зародышевые корни быстро входят в контакт с фронтом почвенной влаги и по мере роста растений не отрываются от него. У необработанных семян прорастание задерживается и протекает недружно. Это приводит к тому, что корни, растущие медленно, могут оторваться от фронта влаги и потерять возможность нормально обеспечивать растения водой.
Уровень техники
Одним из важнейших элементов современных агрономических технологий в растениеводстве является применение регуляторов (стимуляторов) роста. В настоящее время идет активный поиск безопасных для человека и окружающей среды препаратов -стимуляторов. Из уровня техники известно, что многие органические кислоты проявляют стимулирующее действие на растения. Например, стимулируют рост растений и повышают их устойчивости к засухе и другим неблагоприятным условиям уксусная, щавелевая, малеиновая, фумаровая, лимонная, муравьиная кислоты... Растворы фумаровой кислоты используют для замачивания семян (https://studfile.net/preview/1839914/page:10/), некорневой обработки растений, что позволяет:
усилить устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды, повышать их декоративные свойства, замедлять процесс старения растений,
подавлять в почве и на растении развитие вредных и нежелательных организмов снижать отпад цветов и завязей овощных растений. В источниках
- Гаврилова Л.В. Влияние янтарной и фумаровой кислот на рост, развитие и урожайность редиса и огурцов. Бюллетень Главного ботанического сада, Москва, Академия Наук СССР, выпуск 45, 1962, стр. 98-101;
- Благовещенский А.В., Петроченко У.А. Влияние обработки семян янтарной и фумаровой кислотами на некоторые физиологические процессы у растений. 1. Физиология растений, 1959, №>6, вып.I, с. 53-60;
- Сечняк Л.К., Киндрук Н.А., Слюсаренко O.K., Иващенко В.Г., Кузнецов Е.Д. Экология семян пшеницы. М.: Колос, 1983. 349 с.
подробно описан процесс использования фумаровой кислоты в качестве стимулятора роста у семян отдельных культур.
Из уровня техники известен способ стимулирования роста растений, включающий обработку семян и опрыскивание растений в период вегетации водными растворами предельных дикарбоновых кислот: щавелевой или яблочной, малоновой и фумаровой кислотами (RU №2267924).
Согласно изобретению RU №2093030 для обработки семян брюквы путем замачивания используют 0,3-1%-ный водный раствор фумаровой кислоты, что позволяет повысить всхожесть семян и урожайность.
Также повышение всхожести семян сельскохозяйственных культур, энергии их прорастания достигают обработкой семян перед посевом водными растворами биостимулятора трис-(2-оксиэтил)аммония фумарата согласно изобретению RU №2119284. Действие препарата изучено на семенах брюквы, огурцов, томатов, увлажнением 0,01-1,0%-ными водными растворами трис-2-оксиэтиламмоний фумарата.
Однако следует отметить, что все известные препараты на основе фумаровой кислоты не обеспечивают возможности обработки семян полусухим способом. В результате применение таких препаратов в реальных промышленных условиях на зерновых культурах становится затруднительным. Обработка семян посредством их замачивания подразумевает многостадийный процесс, включающий, собственно, замачивание, сушку и т.д„ что в промышленных масштабах ведет к значительному удорожанию и усложнению технологического процесса посадки.
С другой стороны, в качестве препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян известны растворы гуматов (Христева Л.А., Галушка A.M. Эффективность применения физиологически активных гумусовых веществ для предпосевной обработки семян / Теория и практика предпосевной обработки семян. Сборник научных трудов. К.: ЮО ВАСХНИЛ, 1984. - с. 16-20.), а также препараты на основе автолизата пивных дрожжей (АПД) (УДК 631.811; 631.417.1 РАЗРАБОТКА СТИМУЛЯТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ СЕМЯН НА ОСНОВЕ АВТОЛИЗАТА ДРОЖЖЕЙ* Т.Н. Федотов, С.А. Шоба, М.Ф. Федотова).
Основным недостатком перечисленных препаратов - стимуляторов роста является низкая эффективность стимуляции, связанная с использованием одного действующего вещества в составе, а также невоспроизводимость получаемых положительных результатов в промышленных масштабах.
Среди комплексов стимулирующих препаратов, содержащих более одного компонента, известен, например, препарат для использования в качестве стимулятора зерновых культур, полученный следующим образом: фумаровую кислоту смешивают с моноэтаноламином в мольном соотношении 1:1, расплавляют при температуре 99-101°С, охлаждают полученные кристаллы оксалата моноэтаноламмония и готовят 0,001%-ный водный раствор оксалата моноэтаноламмония (RU №2595901).
Известен комплексный препарат (RU №2671167), включающий в свой состав гиббереллин, гумат калия или натрия, биофунгицид «Фитоспорин-М» и неочищенный автолизат пивных дрожжей, содержащий в количестве 0,5-1,0% живые дрожжевые клетки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является комплексный препарат, раскрытый в патенте РФ №2625957, и включающий в свой состав соли гиббереллиновых кислот (гиббереллины), гумат калия (натрия) и неочищенный автолизат пивных дрожжей (АПД), содержащий живые дрожжевые клетки, при дозе автолизата пивных дрожжей 1,5-3 кг на тонну семян, дозе гиббереллинов 6,4-9,6 г на тонну семян и дозе гумата калия (натрия) 50-200 г на тонну семян.
Основным недостатком описанных выше препаратов также является низкая эффективность действия стимулятора и невоспроизводимость получаемых положительных результатов при применении на реальных почвах в промышленных масштабах. Связано это с тем, что при создании комплексного препарата необходимо не просто учитывать суммарный эффект от каждого из стимулирующих компонентов, а обеспечить наличие в препарате компонентов в определенных концентрациях, обеспечивающих определенный компонентный баланс, что способствует кратному увеличению стимулирующей способности в реальных почвах.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет создания сорбционно-стимулирующего препарата, обладающего повышенной, по отношению к однокомпонентным препаратам, стимулирующей способностью при предпосевной обработке семян яровой пшеницы за счет обеспечения снижения поступления аллелотоксинов из почв в семена и уменьшения ингибирования почвенными аллелотоксинами прорастания семян. Таким образом, с одной стороны, известно влияние фумаровой кислоты на рост семян, с другой стороны, использование фумаровой кислоты в качестве стимулятора роста при обработке семян в промышленных масштабах (полусухим способом) не дает ожидаемого эффекта. Таким образом, для промышленного использования полусухим способом известные препараты на основе фумаровой кислоты не применимы, что и представляет собой проблему, решаемую посредством заявляемого изобретения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении стимулирующей способности препаратов для предпосевной обработки семян полусухим способом, что находит свое отражение в ускорении прорастания семян яровой пшеницы и развития их проростков.
Технический результат достигается тем, что сорбционно-стимулирующий препарат для предпосевной обработки семян яровой пшеницы полусухим способом, включающий гумат калия или натрия и автолизат пивных дрожжей, согласно техническому решению, дополнительно содержит кальциевый бентонит и фумаровую кислоту, и представляет собой бентонито-гуматовый комплекс в виде водной суспензии, включающей указанные компоненты в следующей концентрации:
фумаровая кислота 800-1200 мг/л,
гумат 8-12 г/л,
кальциевый бентонит 35-45 г/л,
автолизат пивных дрожжей 10-14 г/л.
Техническая сущность изобретения заключается в том, что препарат, характеризующийся заявленными диапазонами концентраций компонентов, обеспечивает активацию фумаровой кислоты за счет снижения поступления аллелотоксинов из почв в семена, что приводит к уменьшению ингибирования почвенными аллелотоксинами прорастания семян. Для этого при создании препарата к фумаровой кислоте добавляют кальциевый бентонит с гуматом, и дополнительно вводят АПД в заявленных концентрациях. При взаимодействии гумусовых веществ (гуматы) с бентонитом образуются бентонито-гуматовые комплексы, обладающие значительно большей сорбционной способностью по отношению к органическим веществам (например, пестицидам), которые закрепляют аллелотоксины из почв, не позволяя им поступать в семена и ингибировать их развитие. То есть, введение в состав препарата кальциевого бентонита значительно усиливает поглощение препаратом аллелотоксинов из почв, снижая их количество, поступающее в семена. Это снижает ингибирующее действие аллелотоксинов на семена и позволяет лучше проявиться стимулирующей способности фумаровой кислоты. Вводя в препарат АПД, блокируют активные центры гумусово-бентонитного (бентонито-гуматового) комплекса, способные поглощать из почв биологически активные вещества, оказывающие положительное влияние на развитие семян. Это позволяет получать высокую эффективность стимуляции развития семян яровой пшеницы при их обработке полусухим способом, что недостижимо при известных применениях фумаровой кислоты. В реальных же производственных условиях применения стимуляторов развития семян зерновых культур альтернативы полусухой обработке семян не существует из-за высокой производительности данного способа, позволяющего за короткий посевной период провести обработку семян для посева на больших площадях реальных хозяйств.
Подобраны интервалы концентраций, в которых препарат действует наиболее эффективно. Выявлено, что при определенных соотношениях «бентонит кальция-гумат», возникает бентонито-гуматовый комплекс, обладающий максимальной сорбционной способностью по отношению к органическим веществам (аллелотоксинам).
Для обеспечения сбалансированного количества бентонито-гуматового комплекса в препарате эмпирическим путем определены и проверены границы интервала его концентрации. Значение нижних границ интервалов кальциевого бентонита и гумата обусловлены способностью бентонито-гуматового комплекса эффективно поглощать и закреплять аллелотоксины, поступающие в семена из почв, а верхняя граница обусловлена тем, что количество биологически активных веществ из почв, способных стимулировать развитие семян, закрепляется на сорбенте в минимальной степени.
Для АПД выбранная нижняя граница интервала концентраций связана с необходимостью дополнительного блокирования активных центров сорбента, способных закреплять стимулирующие биологически активные вещества из почв, а верхняя граница обусловлена вытеснением стимулирующими биологически активными веществами из почв аллелотоксинов и увеличением их количества, поступающего в семена, что приводит к усилению ингибирования развития семян. Вместе с тем, следует учитывать, что на этот процесс накладывается поступление из АПД в семена веществ, стимулирующих развитие семян (например, витаминов).
Для фумаровой кислоты, которая является субстратом дыхательного метаболизма, выбранные границы значений обусловлены наличием оптимальных концентраций фумаровой кислоты в семенах (растениях), при которых биохимические реакции проходят с максимальной скоростью с учетом того, что часть фумаровой кислоты закрепится на бентонито-гуматовом комплексе при приготовлении заявляемого препарата.
Осуществление изобретения
Дальнейшее описание сущности изобретения выполнено с использованием примеров конкретного выполнения.
Опыты проводили на семенах яровой пшеницы сорт «Любава» на дерново-подзолистой почве из окрестностей поймы реки Яхрома влажностью 18,1%.
Для оценки эффективности того или иного препарата использовали методику, основанную на существовании линейной зависимости между длиной проростков больших массивов семян и их насыпным объемом в воде, раскрытую, например, в патенте РФ №2683504. Известный способ оценки стимулирующей активности препаратов-стимуляторов позволяет обрабатывать большие партии семян за короткое время, что делает его применимым в промышленных масштабах. Суммарная длина проростков семян определяет их насыпной объем. Чем больше длина проростков, тем больше насыпной объем проросших семян. Таким образом, изменение насыпного объема проросших семян характеризует общую длину их проростков и дает возможность сравнивать проросшие семена, обработанные стимулятором с контрольными необработанными образцами.
Для оценки длины проростков для каждой опытной партии семян выполняли следующие действия. На дно чашки диаметром 95 мм помещали 30 г почвы, затем ровным слоем размещали 7,5 г семян (необработанных, контрольных, или обработанных с использованием модифицированного препарата), а сверху - 30 г почвы. После этого в чашку равномерно добавляли из мерной пипетки воду. Использовали шестикратную повторность с последующей статистической обработкой результатов.
Проросшие в почве семена отмывали от субстрата и помещали порциями в мерный цилиндр на 100 мл с водой, размещенный на вибростоле, колеблющемся с частотой 50 Гц. После помещения каждой порции проросших семян в цилиндр, которые создавали ажурную пористую структуру на них на 15-20 секунд помещали небольшой грузик массой 8 г в виде резиновой пробки, что приводило к уплотнению структуры. После помещения всех проросших семян в цилиндр на них ставили грузик и проводили дополнительное уплотнение структуры легкими постукиваниями (30-40) цилиндра с семенами о стол. Эти операции позволяли создать достаточно однородную структуру, а нижняя граница груза позволяла определять насыпной объем с точностью до 0,5 мл.
Перед проведением опытов по определению стимуляции развития семян препаратами определяли оптимальную исходную влажность почвы, при которой и проводили испытания. Для этого по описанной выше методике определяли количество добавляемой к почве воды, которое обеспечит максимальную суммарную длину проростков необработанных семян за 2 суток. Оптимальная величина навески добавляемой к почве воды составила 9 г.
Для подтверждения эффективности заявляемого препарата подготовили несколько групп контрольных и исследуемых образцов препаратов, которыми обрабатывали соответствующие навески семян и определяли в каждом случае длину проростков указанным выше методом. Проращивание семян во всех случаях вели в течение 2 суток при идентичных условиях.
Группа 1 - семена без обработки (за двое суток суммарная длина проростков составляла 5300 мм).
Группа 2 - семена, обработанные водным раствором фумаровой кислоты. Концентрация раствора составила 1000 мг/л. Обрабатывали семена раствором препарата полусухим способом с расходом раствора 40 л на тонну семян. Эффект стимуляции по суммарной длине проростков 7,5 г семян, вырастающих в дерново-подзолистой почве, не превысил 5% по отношению к длине проростков семян без обработки (группа 1).
Группа 3 - семена, обработанные комплексным препаратом, изготовленным в соответствии с патентом №2625957 (прототип). Концентрация раствора составила: автолизат пивных дрожжей - 100 г/л; гумат - 10 г/л; гиббереллины - 320 мг/л. Расход раствора составил 20 литров на тонну семян. Эффект стимуляции по суммарной длине проростков 7,5 г семян, вырастающих в дерново-подзолистой почве, не превысил 7% по отношению к длине проростков семян без обработки (группа 1).
Группа 4 - семена, обработанные препаратами заявляемого состава.
Для получения заявляемого состава использовали:
гумат калия (натрия), произведенный ООО НВЦ «Агротехнологии» из бурого угля ТУ 2189-001-58758374-05;
кальциевый бентонит по ОСТ 18-49-71;
автолизат пивных дрожжей (АПД), выпускаемый промышленностью для применения в качестве добавки к корму скота, произведенный ООО «Биотех плюс» (Россия);
фумаровую кислоту.
Из этих компонентов готовили водные суспензии заявляемого препарата необходимых концентраций, добавляя к выбранным навескам сухих препаратов воду и необходимые количества (навески) предварительно приготовленного для удобства работы из сухого препарата раствора фумаровой кислоты концентрации 5 г/л, проводя простое перемешивание. Затем обрабатывали приготовленными растворами (суспензиями) семена пшеницы полусухим способом с расходом раствора препарата 40 л на тонну семян.
Величину стимуляции при обработке семян препаратами также определяли по длине проростков семян, выросших за 2 суток, в сравнении с необработанными семенами, выражая увеличение длины проростков в процентах, а также семенами групп 2 и 3. Результаты измерений и оценки длины проростков описанных групп сведены в Таблицу 1.
Из полученных данных видно, что оптимальными параметрами обработки являются: суспензия с концентрациями гумата 8-12 г/л, бентонита 35-45 г/л, автолизата пивных дрожжей 10-14 г/л, фумаровой кислоты 800-1200 мг/л. Из таблицы следует, что состав с приведенными концентрациями входящих компонентов (с учетом их вариативности в рамках заявленных концентраций) обеспечивает кратное увеличение длины проростков семян по отношению к необработанным семенам группы 1, что свидетельствует об эффективности стимуляции в соответствии с выбранной методикой оценки. Выход за границы заявленных концентрационных интервалов компонентов суспензии приводит к снижению эффективности применения препаратов.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить эффективность стимулирующей обработки семян яровой пшеницы препаратами на основе фумаровой кислоты с 5-7 до 25%. Следует также отметить устойчивость полученного результата. Эффективность стимуляции сохраняется на максимально достигнутом уровне даже при некоторых колебаниях значений концентраций компонентов заявляемого состава внутри заявленных диапазонов.