Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние органо-минерального комплекса из льняной костры на урожай и качество льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) и белого люпина (Lupinus albus L.)

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние органо-минерального комплекса из льняной костры на урожай и качество льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) и белого люпина (Lupinus albus L.)"

УДК 631.811.98

На правах рукописи

ГРИШИНА ЕКАТЕРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ВЛИЯНИЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ИЗ ЛЬНЯНОЙ КОСТРЫ НА УРОЖАЙ И КАЧЕСТВО ЛЬНА-ДОЛГУНЦА (ÜNUM USITA TfSSIMUM L.j И БЕЛОГО ЛЮПИНА (LUPINUS ALBUS L.)

Специальность: 06.01.04 — агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

005571313

5 АВГ Z015

Москва —2015

005571313

Работа выполнена на кафедре агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет —МСХА имени К. А. Тимирязева»

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Белопухов Сергей Леонидович

Гармаш Нина Юрьевна

доктор биологических наук, ученый секретарь ФГБНУ «Московский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Немчиновка»

Титова Вера Ивановна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой агрохимии и агроэкологии, ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Ведущая организация Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «21» сентября 2015 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при ФГБОУ ВО «РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 19. Тел./факс (499) 976-17-14; e-mail: dissovet@timacad.ru

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева» и на сайте http://www.timacad.ru.

Автореферат разослан «¿Ity 2015 года

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Учёный секретарь у

диссертационного совета С. Л. Игнатьева

Актуальность темы. Рост антропогенной нагрузки на окружающую среду приводит к сокращению ресурсов и появлению задачи регулирования и рационализации природопользования. Это возможно путем внедрения малоотходных и безотходных технологий, основанных на использовании всех сырьевых ресурсов, в том числе целлюлозосодержащих отходов, которые образуются и накапливаются на предприятиях агропромышленного комплекса. Большинство побочных продуктов и отходов производства, образующихся после переработки сельскохозяйственного сырья, характеризуется ценным химическим составом и может быть использовано для получения различных веществ после соответствующей обработки (Русакова, 2012).

В настоящее время основная часть растительной биомассы - отходы АПК используются нерационально. В процессе переработки растительного сырья, например, льна, остаётся значительное количество отходов, которые, могут быть переработаны для получения физиологически активных веществ и других продуктов. Крупнотоннажным отходом при получении льняного волокна является - костра. До 80 гг. XX века лен-долгунец выращивали на площади более 2,0 млн. га, урожайность льносоломы составляла 30-32 ц/га, на долю отходов (костры) приходилось до 70 % биомассы (Белопухов, 2008). Соответственно 21-22,5 ц/га составляли отходы. В настоящее время урожайность льносоломы достигает 50-60 ц/га, что приводит к увеличению количества отходов - 35-42 ц/га. Растительные остатки после переработки льняной тресты, накапливаются в отвалах, либо сжигаются, что приводит к загрязнению окружающей среды. Растительные компоненты, находящиеся в отвалах, с течением времени под действием природно-климатических факторов и микроорганизмов подвергаются процессам гумификации и минерализации с образованием ценных гуминовых веществ (ГВ). Воздействуя различными экстрагентами, можно выделить органо-минеральный комплекс (ОМК), основными компонентами которого являются гуминовые и фульвокислоты. Спектр применения данных веществ в промышленности и сельском хозяйстве очень широк (Черников, 2007, Перминова, 2007, Безуглова, 2009). Глубокая переработка отходов льняного комплекса позволит рационально и экономически более эффективно использовать всю биомассу растений.

Степень разработанности темы. Многочисленные исследования указывают на возможность применения ГВ в качестве стимуляторов роста и развития растений, для защиты растений в условиях различных абиотических стрессов, что приводит к повышению урожайности и качества сельскохозяйственной продукции (Куликова, 2008, Portuondo, 2011, Billingham, 2012, Garcia с соавт., 2012, Selim с соавт., 2012). При этом важной нерешенной проблемой остается выбор оптимальных условий извлечения полезных компонентов из растительного сырья. Отсутствуют данные о влиянии

применения органо-минерального комплекса, полученного из льняной костры на урожайность и качество продукции льна-долгунца и белого люпина.

Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в исследовании влияния органо-минерального комплекса, выделенного из льняной костры на урожай и качество льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) и белого люпина (Lupinus Albus L.). Для достижения поставленной цели решали следующие запачи:

• Разработать оптимальные условия извлечения органо-минерального комплекса из льняной костры, обеспечивающие максимальный выход физиологически активных компонентов.

• Исследовать состав и физико-химические свойства полученного органо-минерального комплекса.

•Установить оптимальные концентрации органо-минерального комплекса для прорастания семян льна-долгунца и белого люпина.

• Исследовать действие препарата на динамику роста и развития растений, урожайность и качество льнопродукции.

• Изучить влияние предпосевной обработки органо-минеральным комплексом на развитие, урожайность белого люпина и качество получаемых семян.

Научная новизна. Впервые проведена оценка эффективности щелочной экстракции компонентов из льняной костры. Исследованы физико-химические характеристики полученного органо-минерального комплекса. Впервые в лабораторных и полевых опытах проведены комплексные исследования по изучению ОМК на рост и развитие льна-долгунца и белого люпина. Установлено влияние исследуемого препарата на морфологические показатели развития. Выявлены оптимальные концентрации, обеспечивающие увеличение урожайности и улучшение качества продукции. Проведена оценка качества полученной продукции, не только традиционными методами, но и методами термического анализа и инфракрасной спектроскопии. Получены новые экспериментальные данные об особенностях влияния органо-минерального комплекса на накопление тяжелых металлов в семенах и волокне льна-долгуниэ.

Теоретическая и практическая значимость. На основании экспериментальных данных предложены оптимальные условия для экстракции из льняной костры органо-минерального комплекса. Экспериментально обоснованы наиболее эффективные концентрации применения органо-минерального комплекса при выращивании белого люпина и льна-долгунца. Установлено, что предпосевная обработка семян белого люпина ОМК 0,1 % способствует повышению урожайности семян на 13-19 %, сбор протеина возрастает на 14-23 %. Применение двукратной обработки ОМК 0,01 % в фазу елочки льна-долгунца способствует увеличению урожайности льноволокна на 14-16 %, получению качественного волокна с повышенными на 15-20 % физико-механическими характеристиками. Результаты исследования могут служить

обоснованием для разработки рекомендаций по использованию органо-минерального комплекса в технологиях возделывания белого люпина и льна-долгунца.

Методология н методы диссертационного исследования. При выполнении диссертационной работы осуществление наблюдений за растениями в период вегетации, определение продуктивности, показателей качества урожая полевых культур при применении органо-минералыюго комплекса проведено по рекомендованным методикам и ГОСТам с применением современных методов физико-химических исследований (инфракрасной спектроскопии, термического анализа, атомно-эмиссионной спектроскопии).

Основные положения, выносимые на защиту. •Льняная костра является ежегодно возобновляемым источником растительных остатков, который может служить исходным материалом для получения органо-минерального комплекса, обладающего физиологической активностью. •Эффективность действия органо-минерального комплекса определяется технологическими параметрами получения и условиями применения. •При применении ОМК на растениях льна-долгунца сорта Антей увеличивается урожайности соломки, волокна и семян, улучшаются физико-механические характеристики волокна, изменяется соотношение химических веществ и элементов в растениях.

•Предпосевная обработка семян белого люпина сорта Дега органо-минеральным комплексом способствует увеличению урожайности и улучшению качества зерна.

Степень достоверности и апробация результатов. Диссертация является самостоятельной завершенной научной работой, в которой все результаты принадлежат лично автору или получены при его непосредственном научно-методическом руководстве и участии. Исследования химических и физико-химических свойств органо-минерального комплекса, волокна и семян проведены на аттестованном испытательном оборудовании в учебно-научном центре коллективного пользования «Сервисная лаборатория комплексного анализа химических соединений» РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (аттестат аккредитации испытательной лаборатории № РОСС RU.0001.516875, действителен до 19.10.2016г.). Материалы диссертации были доложены на Международной научно-практической конференции «Наука и инновации в сельском хозяйстве» г. Курск, Курская ГСХА, 2011; VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук» Польша, г Пшемысль, 2012; VIII Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» г. Владикавказ, Горский ГАУ, 2012; Международной научно-практической экологической конференции «РИО 20: Итоги и перспективы» г. Великие Луки, Великолукская ГСХА, 2012;

Международной научно-практической конференции посвященной 75-летию профессора С.Х. Дзанагова «Актуальные вопросы применения удобрений в сельском хозяйстве» г. Владикавказ, Горский ГАУ, 2012; XVII Международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий», Новосибирск, 2012; Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ, работа отмечена золотой медалью, 2013г.; Всероссийской научно-практической конференции «Инновации сельскому хозяйству» г. Калининград, КГТУ, 24-27 сентября 2013г. VII Всероссийской выставке «Золотая осень», работа «Усовершенствование агротехнологий в выращивании прядильных культур» отмечена дипломом и золотой медалью, 2013г.; VIII Всероссийской выставке «Золотая осень», работа «Разработка инновационных технологий возделывания белого люпина с применением высокоэффективных защитно-стимулирующих комплексов для предпосевной обработки семян» отмечена дипломом и золотой медалью, 2014г.

Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, описание методов исследований, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах, содержит 34 таблицы, 30 рисунков, список литературы содержит 214 источников, в том числе 96 иностранных авторов, приложение состоит из 7 таблиц и 12 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обзор литературы

В данной главе описаны способы выделения гуминовых веществ - главной составляющей органо-минерального комплекса, а также методы инструментальных исследований их состава и физико-химических свойств. Представлены результаты исследований о влиянии гуминовых веществ на рост и развитие сельскохозяйственных культур.

Объекты н методы исследования

Для изучения вопросов выделения органо-минерального комплекса из льняной костры, исследования его физико-химических свойств и действия на урожайность и качество полученной продукции в период с 2011 по 2013 гг. было проведено 10 лабораторных, 3 микрополевых и 2 полевых опыта.

Исходным материалом для выделения ОМК служила льняная костра из отвалов Ржевской льночесальной фабрики. Костру измельчали на специальной мельнице «Циклон» до размеров частиц 1 мм. В качестве экстрагентов использовали водные растворы КОН, NaOH в различных концентрациях.

Полученный после экстракции раствор центрифугировали при скорости 7500 об/мин. в течение 15 минут, отфильтровывали твердые частицы, высушивали до постоянной массы при 80 °С и определяли выход сухого вещества.

Оценка эффективности выделения ОМК осуществлялась по выходу сухого вещества, содержанию общего углерода, углерода гуминовых и фульвокислот (по методу Тюрина, мокрым сжиганием со спектрофотометрическим окончанием, Дьяконова, 1984).

Физико-химические исследования полученных препаратов ОМК проводили методами ИК-спектроскопии, термического анализа, элементного анализа. ИК спектры получали на ИК-Фурье спектрометре Perkin Elmer Spectrum 400. Элементный состав (С, N, Н) определяли на автоматическом анализаторе Vario EL III (Германия, Elementar). Определение общего содержания фосфора проводили на фотоэлектроколориметре КФК-2 УХЛ (Практикум по агрохимии, 2008). Термический анализ проводили на термоаналитическом комплексе дериватограф Q-1500D (Венгрия) согласно методическим указаниям (Белопухов, 2014).

Проведены лабораторные опыты по изучению динамики прорастания семян люпина и льна для определения оптимальных концентраций препарата ОМК (ГОСТ 12038). В исследованиях использовали семена белого люпина сорт Дега (Lupinus albus L.), льна-долгунца сорт Антей (Linum usitatissimum L.), льна масличного сорта Северный и Исток.

В микрополевых опытах, проводимых на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева исследовали влияние препарата ОМК при обработке растений льна-долгунца в фазу елочки. В качестве контроля использовался препарат Лигногумат (ЛГ), производитель Мивал-Агро. Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая, хорошо окультуренная. Содержание гумуса 2,0-2,3 % (по Тюрину, ГОСТ 26213-91), рНсол - 4,9-5,6 (ГОСТ 26483-85), обеспеченность подвижным фосфором - 280300 мг/кг, подвижным калием 95-110 мг/кг (по Кирсанову, ГОСТ 26207-91).

Схема опыта включала варианты с обработкой препаратом Лигногумат, препаратом ОМК, концентрация препаратов 0,01 %, расход рабочего раствора 300 л на 1 га, контрольный вариант обработка водой. Предшественник льна-долгунца - горчица белая на семена. Размер опытной делянки 4 м . Повторность опыта — 4-кратная. Расположение делянок — рендомизированное. Обработка препаратами на льне-долгунце проводилась двукратно. Первая обработка - в начале фазы «елочка», вторая - через две недели после первой обработки. Уборку осуществляли при наступлении фазы ранней желтой спелости. Урожай учитывали сплошным методом, поделяночно. Вылежка тресты составляла 12-14 дней. Агротехника возделывания льна-долгунца и фенологические наблюдения проводили в соответствии с Методическими рекомендациями «Перспективная ресурсосберегающая технология производства льна-долгунца» 2008 г.

Урожайность лыюсоломы и семян определяли сплошным методом с каждой делянки (ГОСТ 14897) с дальнейшим пересчетом на стандартную влажность -12 % (ГОСТ 12041-82). Проводили оценку качества льняной тресты при стандартной влажности (ГОСТ Р 53143-2008), качества волокна (ГОСТ 1033076), определяли массу 1000 семян (по ГОСТ 12042-80).

Полевые испытания по выращиванию белого люпина сорта Дега с применением ОМК проводились совместно с Лабораторией белого люпина РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в учхозе имени М.И.Калинина. Почвы участка - выщелоченный чернозем средней мощности. Агрохимическая характеристика: рН^. 5,5-5,8, гумус - 8 % (по Тюрину, ГОСТ 26213-91), содержание подвижного фосфора 65-80 мг/кг, подвижного калия 100-120 мг/кг (по Чирикову ГОСТ 26204-91). Предшественником люпина были яровые зерновые культуры. Срок посева оптимально ранний. Способ посева широкорядный, с междурядьями 45 см и нормой высева 500 тыс. всхожих семян на гектар. Площадь опытной делянки составляла 25 м2. Опыт проводился в 4-х кратной повторности. Для предпосевной обработки семян использовали раствор 0,1% ОМК с нормой расхода 10 л/т.

В период вегетации проводили фенологические наблюдения, измеряли высоту растений, осуществляли учет урожая, лабораторную оценку снопового материала с определением элементов структуры урожая. Урожайность определяли методом сплошного учета с приведением к 14 % влажности и 100 % чистоте. Расчет энергетической ценности зерна проводили по данным переваримости питательных веществ расчетным методом на основании данных химического анализа зерна (Сычев, 2002).

Исследования химического состава волокна, семян льна-долгунца и белого люпина, полученных в полевых опытах, проводили термическим методом анализа, БИК-спектроскопии (ГОСТР 50817-95), на приборе SpectraStar-2400. Для градуировки использовали стандартные образцы, обработку спектров проводили с использованием программного обеспечения InfoStar и TransStar. Микроэлементный состав семян и волокна льна-долгунца определяли на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6500 Duo (Thermo Scientific). Пробоподготовку образцов осуществляли методом «мокрого озоления» в автоклаве в СВЧ-комплексе фирмы «СЕМ» (США) (Автоклавная пробоподготовка..., 2006). Показатель обменной энергии зерна белого люпина определяли на основе расчета энергий активации химических компонентов. Для расчета энергии акшвании использовали данные термического анализа (Белопухов, 2014).

Экспериментальные данные были обработаны методами статистического анализа при использовании компьютерных программ Microsoft Office Excel и MathLab, существенные разницы в показаниях между вариантами устанавливали методом дисперсионного анализа (Доспехов, 2011).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Выделение п исследование физико-химических свойств органо-минерального комплекса

Органо-минеральный комплекс из льняной костры получали методом щелочной экстракции. В препаратах ОМК определяли выход сухого вещества, содержание общего углерода в вытяжке, углерода во фракциях, содержащих гуминовые кислоты, фульвокислоты, для оценки эффективности процесса экстракции (таблица 1). Максимальное содержание углерода в вытяжке наблюдалось при использовании в качестве экстрагента ОД М раствора ЫаОН и 1 М КОН - 6,3 мг/мл, минимальное при использовании 0,1 М КОН - 3,9 мг/мл. Наибольшее содержание углерода ФК наблюдалось при концентрациях 1М ШОН и 1 М КОН-1,8 мг/мл, в то время как величина содержания углерода ГК максимальна при концентрации ОДМ №ОН - 5,3 мг/мл.

Таблица 1 - Содержание сухого вещества, общего углерода, углерода _гуминовых и фульвокислот в препаратах ОМК_

Вариант содержание углерода, мг/мл Содержание сухого вещества, %

Общее Гуминовых кислот Фульвокислот

КОН 0,1М 3,90±0,20 3,17±0Д6 0,38±0,02 1,11±0,18

КОН 1М 6,28±0,33 4,32±0,22 1,89±0Д0 6,42*1,11

NaOH ОДМ 6,31±0,31 5,33±0,25 0,71±0,04 1,83±0Д 1

NaOH 1М 5,59±0,27 3,38±0,18 1,96±0,10 9,37±1,79

Максимальный выход сухого вещества получен при использовании экстрагента 1M NaOH - 9,4 %, при использовании 0,1 М NaOH этот показатель -1,8 %. При этом наибольшее содержание общего углерода и углерода гуминовых кислот наблюдалось при использовании экстрагента концентрации 0,1 MNaOH. Вероятно, что в случае применения более концентрированного щелочного раствора для экстракции увеличивается зольность полученных препаратов, кроме того щелочная реакция растворов и наличие в них остатков непрореагировавшей щелочи ограничивает применение вытяжек в качестве биостимуляторов. Таким образом, наиболее эффективными условиями для экстракции ГВ из гумифицированной льняной костры являлись: экстрагент 0,1 М NaOH, температура 80-85°С, продолжительность экстракции 130 минут.

Исследование физико-химических характеристик препаратов ОМК, выделенных из льняной костры, проводили методом инфракрасной спектроскопии, термического анализа. Показано, что основными присутствующими группировками, имеющими наиболее интенсивные пики являлись алифатические цепочки, гидроксильные и карбоксильные радикалы, ароматические кольца и эфирные группы. Препараты, полученные с использованием более концентрированных экстрагентов содержали большее количество ароматических фрагментов и минеральных компонентов. Подобные данные характерны для гуминовых веществ (Qi, 2004, Amir , 2010, Aguiar, 2013,

Chai Xiaoli, 2013, Безуглова, 2013, Fakour, 2014). Результаты термического анализа содержали информацию о составе препаратов ОМК и Лигногумата. Препараты, полученные методом щелочной экстракции из гумифицированной льняной костры содержат от 24 % до 44 % органических веществ, при этом максимальное количество органических соединений извлекается 0,1 М раствором NaOH, а наименьшее - 0,01 М раствором КОН, наибольшее количество минеральных компонентов извлекалось обработкой 1 М NaOH (60%). Содержание воды в препаратах уменьшалось с увеличением концентрации экстрагентов с 20 % до 3 %. Вероятно, вода включается в ассоциаты (комплексы кристаллогидратов) с гидроксидом. Препарат Лигногумат содержал наименьшее количество минеральных компонентов -около 45 % - и наибольшее количество органических веществ - 52 %. По сравнению с Лигногуматом образцы ОМК имели более низкую степень ароматичности и развитую периферическую часть молекулы.

2. Влияние органо-минерального комплекса на прорастание семян

Проведены лабораторные опыты по проращиванию белого люпина и льна-долгунца. Семена предварительно замачивали в различных концентрациях препарата ОМК (ОД %, 0,01 %, 0,001 %). При обработке семян льна 0,1 % ОМК скорость прорастания была ниже по сравнению с контролем. Следовательно, данная концентрация угнетает ростовые процессы. Более низкие концентрации ОМК (0,01 % и 0,001 %) стимулировали прорастание семян по сравнению с контролем (Рисунок 1).

При действии препаратов ОМК скорость прорастания семян льна сорта Исток увеличилась в среднем на 21 %, сорта Северный на 27 %, сорта Антей на 19 %. Проведенные эксперименты позволили заключить, что оптимальной концентрацией препарата ОМК для проращивания семян льна-долгунца сорта Антей является ОМК 0,01 %, семян льна масличного Сорта Исток 0,001 %, сорта Северный 0,01 %.

0,001 %

Рисунок I. Дифференциальная скорость прорастания семян а) сорт Антей, б) сорт Северный, см/час

Параметры прорастания семян белого люпина определяли при температурах 8, 16 и 24°С (Рисунок 2). Энергия прорастания была выше у семян люпина, проращиваемых при температуре 16 и 24°С по сравнению с температурой 8°С. Как отмечалось ранее, это может быть связано с более высокой интенсивностью протекания экзотермических реакций гидролиза запасающих веществ при повышенных температурах (Гришина, с соавт., 2012).

а) б)

Рисунок 2. Динамика прорастания семян белого люпинаа) контроль, б) 0,1% р-р ОМК Отмечено увеличение на 12-25 % энергии прорастания семян в вариантах с обработкой ОМК. Максимальное значение длины проростков через 168 часов в случае применения 0,01 % ОМК на 23 % выше, чем в контроле, для 0,1 % раствора ОМК - на 30 %. При более высоких температурах рост проростков проходил интенсивнее, однако применение ОМК способствовало интенсификации биохимических процессов, что отмечено даже для пониженных температур на уровне 8°С.

Более высокую скорость прорастания семян с применением ОМК, можно объяснить тем, что при увеличении концентрации в растворе органических комплексов, например, в форме ОМК, происходит координация низкомолекулярных веществ и ионов в растворе, которые образуются в результате реакций гидролиза органических компонентов на первоначальных этапах развития растения.

З.Действие биопрепаратов на развитие и урожайность белого люпина и льна-долгунца Результаты полевых исследований с белым люпином сорта Дега выявили, что 2012 г. по сравнению с 2013 г. был более благоприятным по погодным условиям во время цветения и образования плодов, что определило их высокую завязываемость и урожайность (таблица 2).

Влияние предпосевной обработки семян люпина препаратом ОМК отразилось на росте и развитии белого люпина, отмечено увеличение высоты растений на 7,5 % по сравнению с контролем в 2012 г. и на 12,6 % - в 2013. В 2012 г. в вариантах с применением ОМК урожайность зеленой массы была

больше на 11 %, сухой массы на 19 % по сравнению с контролем. В 2013 г. обработка препаратами ОМК способствовала повышению урожайности зеленой массы на 16 %, сухой массы на 22 % по сравнению с контролем.

Таблица 2 - Особенности роста и развития белого люпина, сорт Дега

Показатель Год полевых испытаний, варианты

2012 2013 Среднее

Кип-роль ОМК НСРсб Контроль ОМК НСРсб Контроль ОМК НСР05

Першд вегетации, дни 102 - 108 - 105 -

Высота растений, см 79,0 85,0 3,0 63,0 71,0 4,0 71,0 78,0 3,5

Зеленая масса, т/га 57,4 63,7 3,2 45,1 52,3 3,6 51,3 58,0 3,4

Сухая масса, т/га 11,0 13,1 1Д 6,8 8,3 0,8 8,9 10,7 1,0

Анализ структуры урожая (таблица 3) показал, что предпосевная обработка семян белого люпина сорта Дега препаратом ОМК оказала положительное действие на увеличение урожайности семян на 13-19% за счет роста числа семян на 15-21 %, бобов и массы семян. Отмечено увеличение сбора протеина на 14 - 23 % в результате роста урожайности и содержания азота в семенах.

Таблица 3 - Элементы структуры урожая белого люпина, сорт Дега

Показатель Год полевых испыташш, варианты

2012 2013 Среднее

Контроль ОМК НСР05 Контроль ОМК НСР05 Контроль ОМК НСР05

Число бобов, шт/раст. 10,0 10,9 0,5 6,7 7,5 0,4 8,4 9,2 0,5

Число семян, шт/раст. 38,0 43,7 2,9 20 24,2 2,1 29,0 34,0 2,5

Масса семян г/раст. 12,0 12,4 0,2 6,5 7,1 0,3 9,3 9,8 0,3

Масса 1000 семян, г 320 330 5,0 315 339 4,0 320 329 5,0

Урожайность семян, т/га 3,8 4,3 0,3 2,1 2,5 0,2 3,0 3,4 0,3

Сбор сырого протеина, кг/га 1360 1550 96 750 925 89 1055 1238 93

Применение предпосевной обработки семян изучаемым препаратом привело к увеличению массы семян с одного растения на 3-7 %, что свидетельствует об усилении процессов оттока ассимилянтов из вегетативных органов в генеративные, тем самым способствуя повышению урожайности растений. Положительное действие ОМК обусловлено наличием гуминовых веществ, которые ускоряют физико-химические и биохимические процессы в

12

растениях, а также оптимизируют водообмен клеток растений. Оптимизация водообмена приводит к изменению динамики роста, накопления биомассы, урожайности и качества зерна. Наибольшая эффективность от действия изучаемого препарата на абсолютные показатели урожайности получена в 2012 г., а на прибавку урожайности в 2013 г. Полученные урожайные данные и показатели качества зерна люпина, при предпосевной обработке семян свидетельствуют о протекторном действии препарата ОМК к неблагоприятным погодным условиям.

По результатам исследований обработка льна-долгунца препаратами ОМК и Лигногумат незначительно повлияла на изменение фаз развития льна. При этом во все годы исследований наблюдалось повышение интенсивности линейного роста после двукратной обработки растений. Высота обработанных растений была больше в периоды бутонизация-зеленая спелость в среднем на 511 % по сравнению с контролем.

Применение препаратов ОМК и ЛГ способствовало увеличению технической длины льна на 7,8-9,2 % и 4,6-5,5 % соответственно, увеличению числа коробочек и семян с растения на 27 % при обработке ОМК и на 14 % при обработке ЛГ, что оказало существенное влияние на урожайность волокна и семян (таблица 4).

Таблица 4 - Структура урожая льна-долгунца сорта Антей

Вариант Техническая длина, см Число Масса

коробочек шт./раст. семян шт./ короб. семян шт./ раст. семян г/раст. 1000 семян, г

2011 год

Контроль 69,6 4,5 5,9 26,5 0,11 4Д

ОМК 76,0 4,8 7,4 35,4 0,15 4,2

ЛГ 73,4 5,1 6,3 32,1 0,14 4,2

НСР,„ 3.6 0,3 0,9 5,1 0,02 0,1

2012 год

Контроль 65,3 3,6 6,9 25,3 0,12 4,7

ОМК 70,4 4,6 7,5 34,6 0,17 4,9

ЛГ 68,3 4,1 7Д 29,5 0,14 4,8

НСР05 2.9 0,6 0,3 5,3 0.03 0,1

2013 год

Контроль 60.6 4,6 5,5 24,7 0,12 4,8

ОМК 66,2 5,1 5,4 27,5 0,14 5,1

ЛГ 63,0 4,6 5,7 26,2 0,14 5,3

НСР05 3,2 0,3 0,2 1,6 0,01 0,3

Результаты полевых опытов, проведенных в 2011-2013 гг. (таблица 5) показали, что двукратная обработка препаратами ЛГ и ОМК в фазу елочки способствовала более интенсивному развитию растений льна-долгунца, что привело к увеличению урожайности соломы волокна и семян. При этом выход

13

соломы при обработке препаратами в среднем увеличился на 5,9-6,1 ц/га, волокна на 1,0-1,3 ц/га, семян на 0,7-1,0 ц/га.

Таблица 5 -Урожайность соломки, тресты, волокна и семян льна-долгунца, ц/га

Вариант Урожайность, ц/га

соломы | Тресты | волокна | семян

2011 гол

Контроль 49,8 36,7 8.9 5,7

ОМК 55.5 41,1 10,2 6,5

ЛГ 54,6 40,8 10.1 6,2

НСР05 4,5 3,1 1,0 0,5

2012 год

Контроль 42,2 31,8 8,6 5,3

ОМК 48,1 36,6 9,6 6,1

ЛГ 46,9 35,5 9,2 5,8

НСР05 4,4 3.5 0,6 0,7

2013 год

Контроль 39,6 28,7 7,0 4,6

ОМК 46.5 33,2 8,3 5,4

ЛГ 43,8 32,6 7,8 5,2

НСР05 3,9 3,4 0,7 0,6

4. Изучение качества продукции, полученной в полевых испытаниях

Результаты физико-механических испытаний льняной тресты и волокна льна-долгунца сорта Антей показали, что применение обработки растений препаратами ЛГ и ОМК оказало положительное влияние на физико-механические характеристики. За три года отмечено увеличение номера льнотресты на 0,75-1,0; повышение среднего номера волокна на 2-2,9 ед. Выход длинного волокна при обработке ЛГ был выше на 5,4 %, при обработке ОМК на 6,4 % по сравнению с контрольным вариантом. Применение препаратов также способствовало увеличению разрывной нагрузки на 7-8 даН, уменьшению массовой доли костры, сорных примесей и инкрустов на 0,8-1,2%, гибкость волокна изменялась в пределах 2-4 мм.

Кроме физико-механических характеристик, качество волокна обусловлено также содержанием целлюлозы, лигнина, пектиновых веществ, гемицеллюлозы, азотсодержащих веществ, микроэлементов и золы (Таблица 6).

На фоне применения биопрепаратов на растениях льна содержание лигнина в волокне уменьшилось в среднем на 2,5 % при применении ОМК, на 1,8 % при применении Лигногумата. Наблюдалось снижение концентрации пектиновых веществ на 0,6 % и золы на 0,6 % в случае с применением ОМК, пектиновых веществ на 0,7 %, золы на 0,3 % при использовании препарата Лигногумат в среднем за три года по сравнению с контролем. Обработка препаратом ОМК повлияла на увеличение в волокне содержания целлюлозы на 4,4 %, обработка препаратом Лигногумат на 3,7 %. Отмечено увеличение энергии активации процессов трансформации волокна на 17-28 кДж/моль, что

свидетельствует о высокой степени полимеризации целлюлозы, улучшенном качестве волокна, подтвержденном физико-механическими испытаниями.

Таблица 6 - Химический состав и энергия активации волокна льна-долгунца

Год Вариант Целлюлоза,% Ллгшга,% Пектиновые веществ а,% Зола.% Е акт, кДж/моль

2011 Контроль 73.9 4.5 3,0 2.0 103

ЛГ 75,9 2,2 1,9 1,7 130

ОМК 78.1 2,6 2,2 1,9 139

НСР(13 3.9 0.4 0,3 0,2 11

2012 Контроль 72.1 5.1 2,8 2,0 89

ЛГ 74.2 2.3 2.0 1.9 102

ОМК 76.8 2,0 2,2 1,1 117

НСР05 4Д 0,4 0,3 0,2 8,0

2013 Контроль 72,6 5,2 2,5 1,9 95

ЛГ 75,6 5,0 2,7 1.3 106

ОМК НСР05 76,9 2,6 2,2 1,2 123

3.8 0.5 0,3 0.2 10

Одним из аспектов оценки качественных характеристик семян и волокна льна, является определение содержания макро- и микроэлементов, в том числе тяжелых металлов (Живетин, 2002). Проведенные исследования волокна позволили установить, что концентрация макроэлементов Ыа, К, Са, Бе изменялась в диапазоне 1,0-10,0 г/кг, А1, Б! - 1-100 мг/кг, микроэлементов Мп, 7п - 1-100 мг/кг, Со, РЬ, Си 0,1-1 мг/кг. Обработка препаратами ЛГ и ОМК привела к изменению соотношения микро- и макроэлементов в волокне. В исследуемых в вариантах содержалось большее количество Ыа, Са, меньшее А1, 81, К, Бе, Мп относительно контрольного варианта. В результате обработки растений препаратами ОМК происходило снижение содержания Сг (на 4045 %), Со (на 30-45 %), № (на 20-30 %), Сс1 (на 40-60 %), РЬ (на 25-40 %) и увеличивалось содержание Си (на 30-40 %). Полученные данные коррелируют с данными компонентного состава волокна, согласно которым обработка препаратами приводила к уменьшению содержания золы.

Белый люпин является источником белка и жира с высоким уровнем ненасыщенных жирных кислот, углеводов, минеральных веществ (Гатаулина, 2013). В связи с этим нами определены качественные характеристики зерна белого люпина, полученного с применением предпосевной обработки препаратом ОМК (таблица 7). Из данных термического и БИК анализов следует, что содержание влаги, находилось на уровне 10-11%, содержание сухого вещества на уровне 89-90 %. Содержание золы варьировало от 2,8 до 3,6 % в зависимости от года исследования и применения препарата ОМК. Установлено,

что наибольшее значение обменной энергии наблюдалось в варианте с использованием ОМК в 2012 г 262 ккал/100 г., что на 4,4 % больше контроля. В 2013 году значение обменной энергии в варианте с применением ОМК было на 6,5 % выше по сравнению с контролем.

Таблица 7 - Химический состав зерна белого люпина сорт Дега

Показатель Варианты

2012 2013 НСР05

Контроль ОМК Контроль ОМК

Вода, % 10,3 10,0 11,7 11,4 0,3

Сухое вещество,% 89,7 90,0 88,3 88,6 0.2

Зола. % 3,6 2.9 3.2 2.8 0.4

Обменная энергия: ккал/100 г 251 262 233 248 11

Белок, % 36.2 39,9 35.2 38,5 2.1

Жир, % 9,6 10,3 8,3 9,4 0,8

Содержание жира в семенах, полученных в полевых исследованиях с применением ОМК увеличилось на 7,0-13,0 %, белка на 9,4-10,2 %, по сравнению с контролем, что свидетельствует о более активном прохождении биохимических процессов в клетках растений, увеличении поступления азота в растения и более продуктивном его использовании при формировании урожая семян. Таким образом, применение предпосевной обработки семян люпина белого препаратом ОМК оказало существенное влияние на показатели качества, улучшая питательные свойства зерна.

ВЫВОДЫ

1. Определены оптимальные технологические условия получения нового органо-минерального комплекса (ОМК): экстрагент 0,1 М ИаОН, продолжительность экстракции - 120 минут, гидромодуль - 1/10, температура 80-85°С, выход экстрактивных веществ -1,5-1,9 %.

2. Показано, что максимальное содержание углерода в препаратах ОМК наблюдается при использовании в качестве экстрагента 0,1 М №ОН и составляет 6,3 мг/мл. При использовании в качестве экстрагента растворов 1М №ОН и КОН происходит уменьшение соотношения углерода ПС к углероду ФК в 3,4-4,8 раз.

3. Методом ИК-спектроскопии и термического анализа установлены различия в химическом составе образцов ОМК, полученных при использовании различных экстрагентов в разных концентрациях, обусловленные присутствием спиртовых, карбонильных групп, ароматических и алифатических фрагментов. Препараты, полученные с использованием более концентрированных экстрагентов, содержали большее количество ароматических фрагментов и минеральных компонентов.

4. Результаты химического анализа показали, что в зависимости от технологических условий полученные препараты ОМК содержат от 24 % до 44 % органических веществ, 45-60 % минеральных компонентов, 3-20 %

16

гигроскопической воды. Препарат Лигногумат содержит 50-52 % органических веществ, 45-47 % минеральных компонентов, 3-5 % воды.

5.Установлено, что при предпосевной обработке семян белого люпина 0,01 % и 0,1 % растворами препарата ОМК энергия прорастания семян увеличивается на 11-25%, длина проростка - на 23-30%, по сравнению с контролем. При обработке льна-долгунца сорта Антей, масличного льна сортов Исток и Северный эффективной концентрацией препарата ОМК является 0,01 % раствор, при применении которого, скорость прорастания семян увеличивается в среднем на 19-27 %.

6. Выявлено, что двукратная обработка льна-долгунца сорта Антей (первая обработка в начале фазы елочки, вторая обработка — в конце фазы елочки) препаратами Лигногумат (0,01 % раствор) и ОМК (концентрация раствора

0.01.%) при норме расхода 300 л/га способствует ускорению роста и развития растений, увеличению технической длины стебля на 5,1—6,4 см, урожайности льносоломы на 5,7-6,1 ц/га, волокнана 1,0-1,3 ц/га, семян на0,7-1,0 ц/га.

7. Установлено, что обработка растений льна-долгунца сорта Антей Лигногуматом и ОМК приводит изменению компонентного состава, соотношению микро- и макроэлементов в волокне, способствуя улучшению качества волокна. Показано, что содержание тяжелых металлов в полученной продукции ниже ПДК, установленных международными стандартами ЭКО-ТЕКС 100 и ЭКО-ТЕКС 200. Выявлены корреляции между содержанием целлюлозы в волокне, его качеством и энергией активации, которая возрастает на 17-28 кДж/моль при увеличении номера длинного трепаного волокна.

8. Показано, что применение препарата ОМК (0,1 %) для предпосевной обработки семян белого люпина сорта Дега (норма расхода 10 л/т) способствует уменьшению негативного влияния неблагоприятных погодных условий, приводит к увеличению урожайности и улучшению качества продукции. Число семян на 1 растении увеличивается на 15-21 %, урожайность семян возрастает на 13-19 %, сбор протеина возрастает на 14-23 % по сравнению с контролем.

9. Анализ показателей качества семян белого люпина, полученных в полевых опытах с применением ОМК, показал, что применение препарата для предпосевной обработки семян приводит к улучшению гпгопельных свойств семян при увеличении содержания жира га 7,0-13,0 %, белка на 9,4-102 % относительно котроля.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гришина, Е.А. Оценка содержания общего и фракционного углерода в щелочных вытяжках из гумифицированной льняной костры/ЕА Гришина, МА Яшин, ИС. Прохоров, СЛ. Белопухов//Агрохимический вестник. -2013. - № 6. - С.3940.

2. Гришина, Е.А. Исследование волокна льна-долгунца, выращенного с применением экстрактов из гумифицированной льняной костры/Е.А. Гришина, С.Л. Белопухов//Бутлеровские сообщения. - 2013. - Т.34. - № 4,- С. 157-162.

3. Гришина, Е.А. Термодинамика и кинетика процессов прорастания белого люпина/Е.А. Гришина, C.JI. Белопухов, A.C. Цыгуткин// Бутлеровские сообщения.-2013.-Т.34.-№ 4.-С. 152-156.

4. Гришина, Е.А. Исследование химического состава и ростостимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры/Е.А. Гришина, C.JI. Белопухов // Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. -№1(2).- С.97-103.

5. Патент № 2546282 РФ Прилипатель для пестицидов для предпосевной обработки семян белого люпина/ C.JI. Белопухов, Е.А. Гришина, A.C. Цыгуткин, И.И. Дмитревская; ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева,-№2013104625/13; Заяв. 05.02.2013; Опуб. 10.08.2014.

6. Патент №2549289 РФ. Почвогрунт для посева и проращивания семян /С.Л.Белопухов, Е.А. Гришина, В.И. Савич, И.И. Дмитревская; ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени КА Тимирязева. -№2013111642/13; Заяв. 18.032013; Опуб. 27.092014.

7. Гришина, Е.А. Исследование качества льняной продукции физико-химическими методами/Е.А.Гришина, С.Л.Белопухов//Матер. межд. научн. конф. «Научное обеспечение агропромышленного производства». Сб. статей: Курская ГСХА, 2012. -С. 35-37.

8. Гришина, Е.А. Комплексное использование льна и продукции льноводства/ Е.А.Гришина, Е.В.Калабашкина, И.И.Дмитревская//Актуальные проблемы современных наук. Матер. VIII Межд. науч-практ. конф. Польша: изд-во Наука и образование. - 2012. - Т. 40,- С.73-75.

9. Гришина, Е.А. Оценка эффективности извлечения химических веществ из отходов льнопроизводства и применение их в АПК/ Е.А.Гришина, С.Л. Белопухов//Межд. науч.-практ. эколог, конф. «РИО+20: Итоги и перспективы». Сб. статей: ВГСХА, 2012. - С. 143-145.

10. Гришина, Е.А. Комплексное использование льняных отходов/ Е.А. Гришина, С.Л. Белопухов// Науч.-практ. конф. «Инновации сельскому хозяйству». Сб. статей: КГТУ, 2013. - С. 23-25.

11. Белопухов, С.Л. Перспективные направления переработки отходов льнопроизводства/ С.Л. Белопухов Е.А. Гришина, И.И. Дмитревская/Межд. науч.-практ. конф. «Перспективы и проблемы размещения отходов производства и потребления в агроэкосистемах» Сб. статей: Нижегородская ГСХА, 2014.-С. 115-119.

12. Grishina, Е.А. Flax waste extracts as plant growth regulators. Межд. науч. конф. молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА, посвященная 170-летию со дня рождения К.И. Тимирязева. Сб. статей. - М. Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2014. - С. 101.

Отпечатано с готового оригипач-макета Формат 60x84'/¡б- Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ №438.

Издательство РГАУ-МСХА 127550, Москва, ул.Тимирязевская,44 Тел.: (499)977-00-12, 977-26-90, 977-40-64