Abstract. A comprehensive study of raw materials in the Lipetsk region as organic waste in conjunction with zeolite-containing rocks in crop production is necessary to obtain new fundamental knowledge. The purpose of the study was to study the influence of different norms of fertilizers on photosynthetic capacity and pigment of plant leaves and the yield of spring rapeseed under conditions of forest-steppe of Central Black Earth Region. Method of research. In the course of research, records and observations were made using the method of laying and conducting field experiments, which is generally accepted in agronomic science [3]. The number of chlorophylls a and b and the amount of caratinoids were determined using a spectrophotometric method. Results. Research conducted in the field experience on the basis of the Yelets State University named after I. A. Bunin allowed us to establish the influence of natural zeolite and organic fertilizers on changes in the pigment composition of leaves and productivity of spring rape plants in the rosette and flowering phases. Plants in the flowering phase had the highest photosynthetic potential. It was found that the application of organic fertilizers significantly contributed to the accumulation of chlorophyll a in plants and pigments in General at all the studied phases of development, and their joint use with zeolite led to an increase in crop yield. The maximum increase in yield was obtained in the variant with the introduction of chicken manure 10 t/ha and zeolite 3 t/ha, which was 16.8 c/ha compared to the control. The carried out researches allow to recommend the use of organic waste of poultry farms together with natural zeolite Terbunskiy field in the conditions of forest-steppe of Central Black Earth Region on leached Chernozem under spring rape. Scientific novelty. In the conditions of forest-steppe Central Black Earth Region first determined the optimal application rate of chicken manure and natural zeolite, which contribute to the increase in photosynthetic capacity and pigmentation of plant leaves that allows to obtain high yield and good seed quality.
Keywords: spring rape, organic fertilizers, zeolites, pigments.
Постановка проблемы (Introduction)
Яровой рапс – культура мирового экономического значения, которая вносит большой вклад в общее развитие производства масличных культур [9, c. 365].
Семена рапса содержат 43–48 % жира и 21–26 % белка, он представляет большой интерес как многофункциональная культура [10, c. 3].
Масло рапса широко используется в технических целях, но последнее время его активно используют и в пищевых. В отличие от других масличных культур белки рапса имеют сбалансированный аминокислотный состав [15, с. 294].
Россия имеет все возможности для возделывания данной культуры на своей территории в полных объемах, а дополнительный прирост посевных площадей рапса и сурепицы может составлять до 4,20 млн га [7, c. 81].
В федеральной целевой программе стабилизации и развития агропромышленного комплекса Российской Федерации проблема сохранения почв и окружающей природной среды является первоочередной. Большую опасность для агроэкосистем представляет уменьшение содержания в почве гумуса и основных питательных веществ [8, с. 33].
В современном земледелии роль любых видов удобрений незаменима в качестве главного фактора воспроизводства почвенного плодородия [4, с. 18].
Благодаря особенностям своего химического состава птичий помет может выступать в роли ценного органического удобрения [10, c. 7]. Он характеризуется высоким содержанием основных элементов питания (азота, фосфора, калия, кальция, магния) и микроэлементов, причем питательные вещества находятся в легкодоступных для питания растений соединениях [9, c. 3].
Технология внесения отходов должна быть отработана, чтобы исключить негативное действие на окружающую среду. В этом аспекте актуально использование совместного применения органических удобрительных материалов с цеолитом.
Ранее проведенные исследования использования цеолита Тербунского месторождения в посевах ярового рапса на черноземе выщелоченном в дозе 3 т/га совместно с минеральными удобрениями показали положительные результаты [12, c. 14].
Внедрение в сельскохозяйственное производство новых органоминеральных удобрений на основе отходов сельскохозяйственного производства с высоким содержанием биоорганических компонентов и высокоэффективных нанопористых природных минералов, обладающих высокой сорбционной и детоксикационной активностью [16, c. 1], является одним из приоритетных направлений разработки экологически безопасных и ресурсосберегающих технологий.
Методология и методы исследования (Methods)
Опыты по применению природного цеолита и органических отходов птицефабрик на посевах ярового рапса были заложены в 2019 году в условиях опытного поля ЕГУ им. И. А. Бунина. Объектом исследования был яровой рапс сорта Риф. Предшественником ярового рапса являлась озимая пшеница.
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный со следующей агрохимической характеристикой пахотного слоя: рН – 5,5, содержание гумуса – 5,76 %, общее содержание азота – 0,288 %, фосфора – 197,2 мг/кг, калия – 124,7 мг/кг, кальция – 25,7 мг, магния – 2,4 мг.
Опыт закладывался в 3-кратной повторности по следующей схеме:
- Контроль.
- Цеолит 3 т/га.
- Куриный помет 2,5 т/га.
- Куриный помет 5 т/га.
- Куриный помет 10 т/га.
- Куриный помет 2,5 т/га + цеолит 3 т/га.
- Куриный помет 5 т/га + цеолит 3 т/га.
- 8.Куриный помет 10 т/га + цеолит 3 т/га.
Размер посевной делянки составил 3×5 м, а размер учетной – 1×2 м.
На опытных участках применялась агротехнология по возделыванию ярового рапса сорта Риф, общепринятая в Липецкой области.
Сев рапса проводили в конце последней декады апреля на глубину 2–3 см с междурядьем 12,5 см и нормой высева 6 кг/га. В целом погодные условия 2019 г. складывались положительно для развития растений рапса. Первая декада мая характеризовалась повышенным температурным режимом (+14,9 °С), среднее количество осадков составило 10,6 мм (66 % от нормы). Прошедшие обильные в начале июля дожди пополнили запасы влаги в почве. Уборку урожая проводили раздельным способом вручную с последующим обмолотом семян которая, которая пришлась на третью декаду августа. Погодные условия были благоприятны для проведения сельскохозяйственных работ. Осадки не отмечались, средняя декадная температура превышала средние многолетние значения на 1,6 °С.
В наших исследованиях использовались цеолиты Тербунского месторождения, размол которых осуществляли на мельнице марки ИПП-2 с диаметром ячеек сита 1,0 мм. Куриный помет использовали с птицефабрики «Светлый путь» Елецкого района. Органические и минеральные удобрения вносили раздельно весной перед культивацией.
Опыт проводили в соответствии с методическими указаниями Б. А. Доспехова [3].
Количество хлорофиллов а и b и сумму каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом. Расчет концентраций пигментов проводили по формулам [2].
Результаты (Results)
Количество фотосинтетических пигментов, динамика накопления их в растении рассматриваются как важный показатель продуктивности сельскохозяйственных культур [6, с. 101], а фотосинтез является важнейшим процессом, который ее обеспечивает [5, с. 25].
Известно, что фотосинтетические параметры значительно улучшаются за счет применения различных видов питания растений [14, с. 59].
Так? в результате наших опытов установлено, что внесение органических удобрений способствовало накоплению хлорофилла а в листьях по сравнению с контролем (таблица 1).
В фазу розетки максимальным данный показатель был на варианте с внесением куриного помета 10 т/га в чистом виде, который составил 1,204 мг/кг. Добавление цеолита к такой дозе помета в количестве 3 т/га способствовало незначительному снижению хлорофилла а до 0,886 мг/кг. Разница по данному показателю между всеми вариантами превышала НСР05.
Таблица 1
Влияние различных доз природного цеолита и органических удобрений на содержание в растениях рапса пигментов и их соотношений в фазу розетки (2019 г.)
|
Вариант |
Содержание пигментов, мг/г |
|||
|
Хлорофилл а |
Хлорофилл b |
Каротиноиды |
Сумма пигментов |
|
|
1 |
0,443 ± 0,0020 |
0,127 ± 0,0059 |
0,124 ± 0,0017 |
0,694 ± 0,0036 |
|
2 |
0,506 ± 0,0037 |
0,245 ± 0,0076 |
0,170 ± 0,0082 |
0,838 ± 0,0032 |
|
3 |
0,602 ± 0,0530 |
0,294 ± 0,0029 |
0,168 ± 0,0019 |
1,065 ± 0,0267 |
|
4 |
0,875 ± 0,0048 |
0,312 ± 0,0087 |
0,294 ± 0,0014 |
1,480 ± 0,0029 |
|
5 |
1,204 ± 0,0023 |
0,358 ± 0,0145 |
0,415 ± 0,0054 |
1,978 ± 0,0097 |
|
6 |
0,675 ± 0,0086 |
0,220 ± 0,0092 |
0,251 ± 0,0031 |
1,146 ± 0,0089 |
|
7 |
0,738 ± 0,0030 |
0,223 ± 0,0043 |
0,200 ± 0,0039 |
1,162 ± 0,0052 |
|
8 |
0,886 ± 0,0040 |
0,245 ± 0,0032 |
0,230 ± 0,0024 |
1,362 ± 0,0082 |
|
НСР05 |
0,016 |
0,017 |
0,011 |
0,156 |
|
НСР, % |
2,2 |
6,8 |
4,5 |
13,0 |
Table 1
The effect of different doses of natural zeolite and organic fertilizers on the content of pigments in rapeseed plants and their ratios in the rosette phase (2019)
|
Оption |
The content of pigments, mg/g |
|||
|
Сhlorophyll а |
Сhlorophyll b |
Сarotenoid |
Amount of pigments |
|
|
1 |
0.443 ± 0.0020 |
0.127 ± 0.0059 |
0.124 ± 0.0017 |
0.694 ± 0.0036 |
|
2 |
0.506 ± 0.0037 |
0.245 ± 0.0076 |
0.170 ± 0.0082 |
0.838 ± 0.0032 |
|
3 |
0.602 ± 0.0530 |
0.294 ± 0.0029 |
0.168 ± 0.0019 |
1.065 ± 0.0267 |
|
4 |
0.875 ± 0.0048 |
0.312 ± 0.0087 |
0.294 ± 0.0014 |
1.480 ± 0.0029 |
|
5 |
1.204 ± 0.0023 |
0.358 ± 0.0145 |
0.415 ± 0.0054 |
1.978 ± 0.0097 |
|
6 |
0.675 ± 0.0086 |
0.220 ± 0.0092 |
0.251 ± 0.0031 |
1.146 ± 0.0089 |
|
7 |
0.738 ± 0.0030 |
0.223 ± 0.0043 |
0.200 ± 0.0039 |
1.162 ± 0.0052 |
|
8 |
0.886 ± 0.0040 |
0.245 ± 0.0032 |
0.230 ± 0.0024 |
1.362 ± 0.0082 |
|
НСР05 |
0.016 |
0.017 |
0.011 |
0.156 |
|
НСР, % |
2.2 |
6.8 |
4.5 |
13.0 |
Следовательно, дополнительный азот из органических удобрений обеспечивает накопление хлорофилла а в растениях.
Роль каротиноидов заключается в том, что они являются дополнительными пигментами, использующими ту часть спектра, которую не поглощает хлорофилл [1, c. 7].
В целом на всех вариантах происходило увеличение содержания каротиноидов по сравнению с контролем. Так в фазу розетки разница между средним значением каротиноидов по вариантам составила 0,164 мг/г по отношению к контролю, а в фазу цветения – 0,088 мг/г.
Фазы развития растений также могут влиять на количество пигментов и их соотношение.
Нами установлено, что в фазу цветения количество пигментов в растениях значительно возрастало по сравнению с фазой розетки (таблица 2). При этом тенденция накопления общей суммы пигментов и хлорофилла а с увеличением дозы органического удобрения сохранилась. Это объясняется тем, что в органических удобрениях содержатся гуматы, которые в свою очередь повышают активность всех клеток, а это приводит к интенсификации обмена веществ, фотосинтеза и дыхания растений, что является фактором накопления фотосинтетических пигментов в растении.
Таблица 2
Влияние различных доз природного цеолита и органических удобрений на содержание в растениях рапса пигментов и их соотношений в фазу цветения (2019 г.)
|
Вариант |
Содержание пигментов , мг/г |
|||
|
Хлорофилл а |
Хлорофилл b |
Каротиноиды |
Сумма пигментов |
|
|
1 |
1,057 ± 0,0009 |
0,333 ± 0,0076 |
0,316 ± 0,0043 |
1,706 ± 0,0019 |
|
2 |
1,153 ± 0,0059 |
0,353 ± 0,0022 |
0,326 ± 0,0025 |
1,833 ± 0,0095 |
|
3 |
1,429 ± 0,0006 |
0,469 ± 0,0022 |
0,340 ± 0,0038 |
2,238 ± 0,0044 |
|
4 |
1,509 ± 0,0031 |
0,452 ± 0,0016 |
0,375 ± 0,0004 |
2,336 ± 0,0045 |
|
5 |
1,608 ± 0,0016 |
0,466 ± 0,0019 |
0,375 ± 0,0007 |
2,449 ± 0,0017 |
|
6 |
1,137 ± 0,0063 |
0,366 ± 0,0061 |
0,328 ± 0,0070 |
1,831 ± 0,0123 |
|
7 |
1,275 ± 0,0022 |
0,420 ± 0,0069 |
0,385 ± 0,0018 |
2,081 ± 0,0080 |
|
8 |
1,438 ± 0,0045 |
0,479 ± 0,0190 |
0,388 ± 0,0028 |
2,304 ± 0,0141 |
|
НСР05 |
0,037 |
0,013 |
0,014 |
0,113 |
|
НСР, % |
2,8 |
3,2 |
4,0 |
5,4 |
Table 2
The effect of different doses of natural zeolite and organic fertilizers on the content of pigments in rapeseed plants and their ratios in the flowering phase (2019)
|
Оption
|
The content of pigments, mg/g |
|||
|
Сhlorophyll а |
Сhlorophyll b |
Сarotenoid |
Amount of pigments |
|
|
1 |
1.057 ± 0.0009 |
0.333 ± 0.0076 |
0.316 ± 0.0043 |
1.706 ± 0.0019 |
|
2 |
1.153 ± 0.0059 |
0.353 ± 0.0022 |
0.326 ± 0.0025 |
1.833 ± 0.0095 |
|
3 |
1.429 ± 0.0006 |
0.469 ± 0.0022 |
0.340 ± 0.0038 |
2.238 ± 0.0044 |
|
4 |
1.509 ± 0.0031 |
0.452 ± 0.0016 |
0.375 ± 0.0004 |
2.336 ± 0.0045 |
|
5 |
1.608 ± 0.0016 |
0.466 ± 0.0019 |
0.375 ± 0.0007 |
2.449 ± 0.0017 |
|
6 |
1.137 ± 0.0063 |
0.366 ± 0.0061 |
0.328 ± 0.0070 |
1.831 ± 0.0123 |
|
7 |
1.275 ± 0.0022 |
0.420 ± 0.0069 |
0.385 ± 0.0018 |
2.081 ± 0.0080 |
|
8 |
1.438 ± 0.0045 |
0.479 ± 0.0190 |
0.388 ± 0.0028 |
2.304 ± 0.0141 |
|
НСР05 |
0.037 |
0.013 |
0.014 |
0.113 |
|
НСР, % |
2.8 |
3.2 |
4.0 |
5.4 |
Анализ урожайности ярового рапса позволил установить, что на вариантах, где вносили чистый помет (3, 4, 5), продуктивность была ниже, несмотря на высокие фотосинтетические показатели, по сравнению с вариантами, где дополнительно еще вносили цеолит (6, 7, 8) (таблица 3). По сравнению с контролем варианты с применением органики обеспечивали прибавку в урожае на 13,4 ц/га, а с внесением органики и цеолита – на 15,2 ц/га.
Это связано с тем, что на данных вариантах растения ярового рапса сильно развивали вегетативные органы из-за интенсивного накопления пигментов на всех стадиях развития. На вариантах с внесением цеолита происходило умеренное накопление фотосинтетических пигментов, поэтому растения интенсивнее развивали генеративные органы.
Таблица 3
Урожайность ярового рапса в зависимости от внесения различных доз природного цеолита и органических удобрений (2019 г.)
|
Вариант опыта |
Урожайность, ц/га |
Прибавка к контролю, ц/га (+/-) |
|
1 |
14,9 |
– |
|
2 |
17,9 |
+3,0 |
|
3 |
25, 4 |
+10,5 |
|
4 |
28,2 |
+13,3 |
|
5 |
31,2 |
+16,3 |
|
6 |
27,1 |
+12,2 |
|
7 |
31,5 |
+16,6 |
|
8 |
31,7 |
+16,8 |
|
НСР05 |
1,92 |
|
|
НСР, % |
7,4 |
|
Table 3
Yield of spring rape depending on the application of different doses of natural zeolite and organic fertilizers (2019)
|
Experience option |
Yield, с/ha |
Increase to control, с/ha (+/–) |
|
1 |
14.9 |
– |
|
2 |
17.9 |
+3.0 |
|
3 |
25.4 |
+10.5 |
|
4 |
28.2 |
+13.3 |
|
5 |
31.2 |
+16.3 |
|
6 |
27.1 |
+12.2 |
|
7 |
31.5 |
+16.6 |
|
8 |
31.7 |
+16.8 |
|
НСР05 |
1.92 |
|
|
НСР, % |
7.4 |
|
Можно предположить, что цеолит способствовал постепенной отдаче азота растениям на всех этапах развития, это сказывалось на постепенном увеличении фотосинтетических пигментов. Наибольшую прибавку в урожайности по сравнению с контролем обеспечивали варианты 7 и 8, она составила 16,6 и 16,8 ц/га соответственно. Но с экономической точки зрения наиболее выгодным является вариант 7, т. к. разница по урожайности с вариантом 8 составила всего 0,2 ц/га, при этом органических удобрений расходуется в 2 раза меньше.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Цеолит благодаря пористой структуре способствует удержанию молекул азота с последующей постепенной их отдачей, обеспечивая умеренное накопление фотосинтетических пигментов, что в целом благоприятно сказывается на продуктивности растений ярового рапса. Проведенные исследования позволяют рекомендовать использование органических отходов птицефабрик совместно с природным цеолитом Тербунского месторождения в условиях лесостепи ЦЧР на черноземе, выщелоченном под яровой рапс.
Благодарности (Acknowledgements)
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и администрации
1. Borisenko V. V., Zholobova V. V. Izuchenie vliyaniya obogaschennogo biogumata «Ekoss» na rabotu fotosinteticheskogo kompleksa rasteniy redisa // Nauchnyy zhurnal KubGAU. 2015. № 03 (107). S. 1-9.
2. Gavrilenko V. F., Zhigalova T. V. Bol'shoy praktikum po fotosintezu. M.: Akademiya, 2003. 256 s.
3. Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy): uchebnik dlya vysshih sel'skohozyaystvennyh uchebnyh zavedeniy. Stereotip. izd., perepech. s 5-go izd., dop. i pererab. 1985 g. M.: Al'yans, 2014. 351 s.
4. Ivanov A. I., Ivanova Zh. A., Moiseev D. A. [i dr.] O celesoobraznosti ispol'zovaniya novogo organomineral'nogo udobreniya na osnove ptich'ego pometa v polevom sevooborote na dernovo-podzolistoy pochve // Zemledelie. 2019. № 4. S. 15-19. DOI:https://doi.org/10.24411/0044-3913-2019-10403.
5. Katashov D. A., Hryanin V. N. Vliyanie fitogormonov i selenata natriya na soderzhanie pigmentov i produktivnost' rasteniy rapsa sorta Ratnik (Brassica napus) // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Povolzhskiy region. Estestvennye nauki. 2014. № 1 (5). S. 25-34.
6. Kosakovskaya I. V., Babenko L. M., Skaternaya T. D., Ustinova A. Yu. Termochuvstvitel'nost' lipoksigenazy i pigmentov fotosinteza ozimoy pshenicy // Biotehnologia acta. 2014. T. 7. № 5. S. 101-107.
7. Lukomec V. M., Zelencov S. V., Krivoshlykov K. M. Perspektivy i rezervy rasshireniya proizvodstva maslichnyh kul'tur v Rossiyskoy Federacii // Maslichnye kul'tury. Nauchno-tehnicheskiy byulleten' Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta maslichnyh kul'tur. 2015. Vyp. 4 (164). S. 81-102.
8. Naumkin V. N., Naumkina L. A., Lopachev N. A, Stebakov V. A. Optimizaciya sevooborotov v usloviyah intensifikacii biologicheskih faktorov v zemledelii central'no-chernozemnogo regiona // Vestnik KGSHA. 2014. № 2. S. 33-34.
9. Persikova T. F., Careva M. V. Sistema meropriyatiy po racional'nomu ispol'zovaniyu kurinogo pometa: rekomendacii. Gorki: BGSHA, 2019. 44 s.
10. Karpachev V. V. Nauchnoe obespechenie otrasli rapsoseyaniya v Rossii: itogi i zadachi na 2016-2020 gg. // Povyshenie effektivnosti selekcii, semenovodstva i tehnologii vozdelyvaniya rapsa i drugih maslichnyh kapustnyh kul'tur: sbornik nauchnyh dokladov na mezhdunarodnom koordinacionnom soveschanii po rapsu. 7-9 iyulya 2015 g. Elec, 2016. S. 3-10.
11. Proizvodstvo, izuchenie i primenenie udobreniy na osnove ptich'ego pometa / Pod obsch. red. A. I. Ivanova i V. V. Lapy. SPb.: FGBNU AFI, 2018. 317 s.
12. Schuchka R. V., Kravchenko V. A., Gulidova V. A., Dubrovina O. A., Brykina Yu. V., Motyleva S. M., Mertvischeva M. E. Vliyanie ceolitov i mineral'nyh udobreniy na soderzhanie vlagi v pochve i rost rasteniy yarovogo rapsa // Agrarnyy vestnik Urala. 2016. № 2 (144). S. 13-16.
13. Chikkaputtaiah C., Debbarma J., Baruah I., Havlickova L., Prasanna H., Boruah D., Curn V. Molecular genetics and functional genomics of abiotic stress-responsive genes in oilseed rape (Brassica napus L.): a review of recent advances and future // Plant Biotechnology Reports. 2017. Vol. 11. Iss. 6. Pp. 365-384.
14. El-Mogy M. M., Salama A. M., Mohamed H. F. Y., Abdelgavad K. F., Abdeldaym E. A. Responding of Long Green Pepper Plants to Different Sources of Foliar Potassium Fertiliser // Agriculture (Poľnohospodárstvo). 2019. Vol. 65. Pp. 59-76. DOI:https://doi.org/10.2478/agri-2019-0007.
15. Zinchenko V., Muranova T. A., Melanyina L. A., Belova N. A., Miroshnikov A. I. Soy and Rapeseed Protein Hydrolysis by the Enzyme Preparation Protosubtilin // Applied Biochemistry and Microbiology. 2018. Vol. 54. Iss. 3. Pp. 294-300.
16. Motyleva S., Shchuchka R., Gulidova V., Mertvishcheva M. Structure and chemical characteristics of natural mineral deposit Terbunskaya (Lipetsk region, Russia) // AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1669. Iss. 1. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4919211.
