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: 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: 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: 10.1063/1.4919211.
