Аннотация. Всестороннее исследование сырьевых ресурсов Липецкой области в качестве органических отходов совместно с цеолитсодержащими породами в растениеводстве является необходимым для получения новых фундаментальных знаний. Целью исследования являлось изучение влияния различных норм удобрения на фотосинтетический и пигментный потенциал листьев растений и в целом на урожайность ярового рапса в условиях лесостепи Центрально-Черноземного региона. Методы исследований. В процессе исследований проводились учеты и наблюдения по общепринятой в агрономической науке методике закладки и проведения полевых опытов [3]. Количество хлорофиллов а и b и сумму каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом. Результаты. Исследования, проведенные в условиях полевого опыта на базе ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина», позволили установить влияние природного цеолита и органических удобрений на изменение пигментного состава листьев и продуктивность растений ярового рапса в фазы розетки и цветения. Наибольшим фотосинтетическим потенциалом характеризовались растения в фазу цветения. Выявлено, что внесение органических удобрений значительно способствовало накоплению хлорофилла а в растениях и в целом пигментов на всех изучаемых фазах развития, а совместное их использование с цеолитом приводило к увеличению урожайности культуры. Максимальную прибавку в урожае получили на варианте с внесением куриного помета 10 т/га и цеолита 3 т/га, которая составила 16,8 ц/га по сравнению с контролем. Проведенные исследования позволяют рекомендовать использование органических отходов птицефабрик совместно с природным цеолитом Тербунского месторождения в условиях лесостепи ЦЧР на черноземе, выщелоченном под яровой рапс. Научная новизна. В условиях лесостепи ЦЧР впервые установлены оптимальные нормы внесения куриного помета и природного цеолита, которые способствуют увеличению фотосинтетического и пигментного потенциала листьев растений, что позволяет получать высокую урожайность и хорошее качество семян.
Ключевые слова: яровой рапс, органические удобрения, цеолиты, пигменты.
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. Борисенко В. В., Жолобова В. В. Изучение влияния обогащенного биогумата «Экосс» на работу фотосинтетического комплекса растений редиса // Научный журнал КубГАУ. 2015. № 03 (107). С. 1-9.
2. Гавриленко В. Ф., Жигалова Т. В. Большой практикум по фотосинтезу. М.: Академия, 2003. 256 с.
3. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): учебник для высших сельскохозяйственных учебных заведений. Стереотип. изд., перепеч. с 5-го изд., доп. и перераб. 1985 г. М.: Альянс, 2014. 351 с.
4. Иванов А. И., Иванова Ж. А., Моисеев Д. А. [и др.] О целесообразности использования нового органоминерального удобрения на основе птичьего помета в полевом севообороте на дерново-подзолистой почве // Земледелие. 2019. № 4. С. 15-19. DOI:https://doi.org/10.24411/0044-3913-2019-10403.
5. Каташов Д. А., Хрянин В. Н. Влияние фитогормонов и селената натрия на содержание пигментов и продуктивность растений рапса сорта Ратник (Brassica napus) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2014. № 1 (5). С. 25-34.
6. Косаковская И. В., Бабенко Л. М., Скатерная Т. Д., Устинова А. Ю. Термочувствительность липоксигеназы и пигментов фотосинтеза озимой пшеницы // Biotehnologia acta. 2014. Т. 7. № 5. С. 101-107.
7. Лукомец В. М., Зеленцов С. В., Кривошлыков К. М. Перспективы и резервы расширения производства масличных культур в Российской Федерации // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2015. Вып. 4 (164). С. 81-102.
8. Наумкин В. Н., Наумкина Л. А., Лопачев Н. А, Стебаков В. А. Оптимизация севооборотов в условиях интенсификации биологических факторов в земледелии центрально-черноземного региона // Вестник КГСХА. 2014. № 2. С. 33-34.
9. Персикова Т. Ф., Царева М. В. Система мероприятий по рациональному использованию куриного помета: рекомендации. Горки: БГСХА, 2019. 44 с.
10. Карпачев В. В. Научное обеспечение отрасли рапсосеяния в России: итоги и задачи на 2016-2020 гг. // Повышение эффективности селекции, семеноводства и технологии возделывания рапса и других масличных капустных культур: сборник научных докладов на международном координационном совещании по рапсу. 7-9 июля 2015 г. Елец, 2016. С. 3-10.
11. Производство, изучение и применение удобрений на основе птичьего помета / Под общ. ред. А. И. Иванова и В. В. Лапы. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2018. 317 с.
12. Щучка Р. В., Кравченко В. А., Гулидова В. А., Дубровина О. А., Брыкина Ю. В., Мотылева С. М., Мертвищева М. Е. Влияние цеолитов и минеральных удобрений на содержание влаги в почве и рост растений ярового рапса // Аграрный вестник Урала. 2016. № 2 (144). С. 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.
