Модифицирование азотнокислотной вытяжки микроэлементами

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

В.Г. Артеменко, О.П. Акаев, Т.И. Озерова, И.А. Романова, Ю.В. Семенова

МОДИФИЦИРОВАНИЕ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ВЫТЯЖКИ МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ

В северных районах России гармонично сочетается выращивание овощных культур в открытом грунте и теплицах. Однако суровый климат не позволяет получать хорошие урожаи, и производство овощей является сезонным и высокозатратным.

Интенсификация тепличного овощеводства направлена на возможно более полное удовлетворение биологических требований культур в условиях произрастания к теплу, свету, влаге, воздуху, включая оптимизацию питания.

В последние годы используются малообъемные технологии выращивания овощных культур, основанные на системе капельного полива и питания, подаче их в зону корней. Успешному внедрению таких технологий взамен существующих грунтовых без существенной реконструкции теплиц способствуют: получение более высокой (на 30-50%) урожайности экологически чистой продукции хорошего качества при меньших затратах труца и средств, т.к. отпадает необходимость в проведении предпосадочной дезинфекции и применения гербицидов; экономия энергии и тепла за счет меньших объемов обогрева субстрата; резкое снижение расходов воды на промывку грунта; снижение затрат на оптимизацию микроклимата и др.

Для улучшения питательных свойств поливочных растворов в них вводят макро- и микроэлементы [1-5].

При недостаточном или избыточном количестве отдельных элементов в поливочном растворе возможно изменение товарного вида плодов, ухудшение качества, проявление физиологических нарушений, из-за чего вероятны неинфекционные заболевания.

Целью наших исследований было изучение влияния элементов 2п, Си, Мо, Fe и Mg на устойчивость системы азотнокислотной вытяжки (АКВ) с ПФА (полифосфатом аммония) и без него, установление концентрации этих ионов и времени, в течение которого не происходит выпадение осадков.

Цинк способствует поступлению через листья углекислоты, т.е. фотосинтезу, активизирует многие ферменты, сказывается на ростовых процессах, азотно-углеводном обмене. Недостаток его ведет к появлению желтой пятнистости и ро-зеточности листьев, опадению цветков и завязей, избыток - к общей задержке роста, некрозу кончиков листа, уродливости корней. Оптимум цинка в листьях - 30-80 мг/кг.

Медь важна для регуляции жизненно-важных функций, таких, как дыхание, нормальный водный режим, углеводный и азотный превращения, устойчивость к грибковым болезным, временным изменениям (против оптимума) температур. Недостаток меди приводит к падению тургора, побелению кончиков листьев, медленному образованию семян в плодах, избыток - к хлорозу и последующему опадению листьев. Хорошее медь-питание улучшает качество плодов. Содержание меди в листьях к началу плодоношения -8-12 мг/кг сухого вещества.

Магний необходим растениям в течение всей жизни, особенно в начале их развития и в период плодоношения. Магний всегда содержится в растениях, т.к. входит в состав молекул хлорофилла и пектинов, активирует многие ферменты, стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растительными организмами, обеспечивает (вместе с кальцием и марганцем) стабильность в клетках структуры хромосом и коллоидных систем, повышает защитные реакции, например, засухоустойчивость. Магний поглощается корнями растений главным образом как катион Mg2+, и в растении остается преимущественно в ионной форме. При недостатке магния в сельскохозяйственных культурах (менее 0,2% оксида магния на сухую массу) усиливается активность пероксидазы, снижается содержание аскорбиновой кислоты и глюкозы. Это вызывает так называемое магниевое голодание - хлороз и мраморность листьев.

Молибден - жизненно-важный элемент, активизирующий азотные превращения, а том числе

© В.Г. Артеменко, О.П. Акаев, Т.И. Озерова, И.А. Романова, Ю.В. Семенова, 2006

О О О О

О О О О

Zn Zn

Рис. 1.

превращение солей аммония в нитроформу, участвует в синтезе нуклеиновых кислот, дыхании, фотосинтезе. Дефицит молибдена приводит к деформации, отмиранию стебля, изменению его окраски до красновато-буровато-зеленого, а листьев - до светло-зеленого цвета, избыток - к хлорозу и некрозу старых листьев, засыханию их кончиков. В листьях к плодоношению содержится около 1 мг/кг сухого вещества.

Железо сказывается на содержании хлорофилла в листьях, деятельности систем, определяющих интенсивность дыхания. Недостаток железа ведет к хлорозу молодых листьев (без отмирания тканей), устранение дефицита повышает продуктивность фотосинтеза.

Введение микроэлементов 2и, Си, Мо, Mg в раствор АКВ проводили в два этапа: с полифосфатом аммония (2%) и без него.

В результате предыдущих исследований установлено, что раствор АКВ с 2% ПФА устойчив в течение 9 дней. Медь, цинк, магний и молибден вводили в виде солей Си(0Н^03, 2и^03)2, Mg(NOз)2.6H2O, ^4)6Мо7024.4Н20.

В Таблице 1 приведены данные о времени выпадения осадков с различным содержанием ионов 2и2+ в АКВ с ПФА и без ПФА.

Как видно из экспериментальных данных (табл. 1), увеличение концентрации ионов 2и2+ приводит к стабилизации системы. Время, в течение которого выпадает осадок, увеличивается. Причем, в растворах с содержанием 2% ПФА время выпадения осадков в 2 раза больше по сравнению с аналогичным раствором без ПФА. Очевидно, это связано с образованием полифосфатов цинка, обладающих хорошей растворимостью (рис. 1).

Таким образом, увеличение концентрации ионов 2и2+ и добавление к раствору АКВ 2% ПФА приводит к стабилизации системы.

Экспериментальные данные по влиянию концентрации ионов Си2+ на содержание Р2О5 и СаО в растворе приведены в Таблице 2.

По данным таблицы 2 строим графики (рис. 2 и рис. 3).

Как видно из результатов эксперимента, концентрация меди до 4% практически не влияет на содержание Р2О5 и СаО в растворе. С увеличением концентрации меди от 4 до 6% содержание Р2О5 и СаО в растворе резко уменьшается (до 13,3 и 8,43% соответственно). Можно предположить, что в осадок выпадают фосфаты кальция, что и подтвердил химический анализ осадка: 41,3% фосфора (в пересчете на Р2О5), 17,4% кальция (СаО) и 3,3% меди.

Результаты эксперимента по влиянию различных концентраций молибдата аммония на устойчивость раствора АКВ свидетельствуют о том, что до 0,054% молибдена раствор устойчив, осадок не выпадает. После 0,07% молибдена содержание Р2О5 и СаО в растворе резко уменьшается (с 15,16 до 13,45% и с 9,0 до 6,2% соответственно), что свидетельствует о выпадении в осадок орто-фосфата кальция (рис. 6, 7). Это наблюдалось и ви-

Таблица1

Зависимость времени выпадения осадков из раствора АКВ от концентрации ионов Zn2+ с ПФА и без ПФА

№ Концентрация Время выпадения осадка, сутки

пробы ионов цинка, г/л без ПФА с ПФА

1 1,09 10 20

2 2,19 14 28

3 6,56 18 36

4 10,94 22 40

5 15,32 25 50

6 19,70 30 -

7 24,07 34 -

8 26,26 38 -

Таблица2

Содержание Р2О5 и СаО в растворах АКВ с различной концентрацией меди

ш(Си2+) с ПФА, % ш(Р205), % ш(СаО), %

0 15,14 8,974

0,96 15,14 8,974

1,35 15,11 8,973

2,70 15,10 8,972

4,04 14,90 8,960

6,22 13,30 8,436

8,33 13,28 8,435

W(Cu2+), %

Рис. 2. График зависимости содержания орто-фосфатов от концентрации Си2+ в растворе

01 23456789

W(Cu2+), %

Рис. 3. График зависимости содержания СаО от концентрации Си2+ в растворе

ю (Мо), % Объем осадка, % Состав осадка: ю,%

0,070 < 0,5 СаО 19,77

0,085 1,0 Р2О5 46,45

0,101 1,65 Мо 2,55

Рис. 4. Рис. 5.

0,02

0,04

0,06 w Мо, %

0,08

0,1

0,12

Рис. 6. Зависимость содержания орто-формы Р2О5 от массовой доли молибдена в растворах

зуально: объем осадка по отношению к общему объему раствора с каждой последующей вводимой навеской молибдата аммония увеличивался в 1,5-2 раза (рис. 4).

Химический анализ осадка показал, что он состоит, в основном, из фосфатов кальция и молибдена (рис. 5).

Выпадение соединений молибдена и кальция в осадок можно объяснить следующим образом. Молибдат аммония всегда содержит избыток свободного кислотного оксида молибдена МоО3, растворимость которого составляет 0,138 г/100 г воды. По мере его накопления в растворе обра-

зуются условия для конверсии Р2О5 с последующим выпадением в виде орто-фосфатов кальция. Вводимый полифосфат аммония ведет себя как комплексон, образуя растворимые полифосфаты кальция и увеличивая при этом растворимость молибдата аммония с 0,054 до 0,12% (рис. 8). Освободившиеся ионы аммония увеличивают растворимость МоО3, переводя его в молибдат аммония. Добавление ПФА значительно увеличивает время стабильности модифицированных растворов. Например, при концентрации вводимого молибдена выше 0,054% - с 9 до 30 дней, т.е. в 3,5 раза (табл. 3).

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0

0,02

0,04

0,08

0,1

0,12

0,06 ш Мо, %

Рис. 7. Зависимость содержания СаО от массовой доли молибдена в растворах

0

0,14 0,12 0,1 0,08

о"

^ 0,06 0,04 0,02 0

20

40 t, мин.

60

80

- Без полифосфата аммония

-С полифосфатом аммония

Рис. 8. Кинетика растворения молибдата аммония (ЫН4)6Мо7О24-4И2О в азотнокислотной вытяжке

4,5

3,5

2,5

1,5

0,5

0 10 20 30 40 50 60 70

1, мин.

-Без полифосфата аммония

-С полифосфатом аммония

Рис. 9. Кинетика растворения нитрата магния Mg(NO3)2•6H2O в азотнокислотной вытяжке

0

4

3

2

0

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

Е.М. Желудова

Таблица3

Время стабильности растворов АКВ при модифицировании молибдатом аммония

m

без ПФА с ПФА

0,006 30 30

0,022 30 30

0,038 30 30

0,054 9 30

0,069 6 26

0,085 1 26

0,101 1 26

0,12 0,5 24

Причем, чем выше концентрация молибдена, тем сильнее влияние ПФА на стабильность раствора.

Результаты эксперимента при введении нитрата магния в АКВ приведены на рисунке 9. Растворимость нитрата магния в АКВ без ПФА составляет 3,51%, с ПФА - 3,87%, т.е. отличается незначительно (Рис. 8).

В обоих случаях вышеуказанные концентрации нитрата магния соответствуют насыщению раствора АКВ этой солью. Введение ПФА практически не увеличивает время стабильности раствора АКВ при модифицировании его ионами магния. Оба раствора устойчивы в течение 30 дней.

Таким образом, увеличение концентрации ионов 2п2+ приводит к стабилизации системы, что, очевидно, связано с образованием полифосфатов цинка, обладающих хорошей растворимостью. Концентрация меди до 4% практически не влияет на стабильность системы. С увеличением концентрации меди от 4 до 6% содержание Р2О5 и СаО в растворе резко уменьшается, что связано с выпадением в осадок фосфатов кальция и меди.

Введение ПФА в раствор АКВ значительно увеличивает время стабильности растворов с содержанием ионов молибдена свыше 0,07%. Введение нитрата магния практически не влияет на стабильность растворов с ПФА и без ПФА.

Библиографический список

1. ШкольникМ.Я., Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. - М.; Л.: Издательство АН СССР, 1957 .

2. ЛадухинА.Г., СмирноваЮ.В. Применение внекорневых обработок минеральным комплексом серии «Акварин» в посевах клевера лугового // Материалы 55-ой Международной научно-практической конференции. Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе. -Т. 11. - Кострома, 2004.

3. Уманский Р.И., Ладухин А.Г. Влияние минеральных водорастворимых комплексов серии «Акварин» на продуктивность яровой пшеницы // Материалы 55-ой Международной научно-практической конференции. Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе. - Т. 11. -Кострома, 2004.

4. СмоленцевА.Ю., Орлова В.Т. Использование химических соединений в качестве стимуляторов роста растений // Материалы межвузовской научно-практической конференции. Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе. - Т. 1. - Кострома, 2002.

5. Батяхина Н.В. Использование микроэлементов на зерновых культурах // Материалы научно-методической конференции. Актуальные проблемы и перспективы агропромышленного комплекса. - Иваново, 2005.