Способ регулирования роста растений

 

Использование: в сельском хозяйстве для обработки растений против карбонатного хлороза. Сущность изобретения: растения обрабатывают комплексом железа с 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислотой в эквимолярном соотношении с железом. Для условий гидропоники используют раствор концентрации 0.4·10^-4 - 1.0·10^-4 моль . Для почвенных условий препарат вносят в дозе 15-75 кг/га.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к растениеводству на карбонатных, известкованных почвах и в гидропонных условиях, и может быть использовано для регулирования роста растений.

Известно, что нарушения в питании растений железом являются основной причиной возникновения хлороза у сельскохозяйственных культур на карбонатных и известкованных почвах [1]. Вследствие нейтральной и слабощелочной реакции питательных субстратов затрудняется транслокация железа к надземным фотосинтезирующим органам. В результате ингибируется синтез хлорофилла и уменьшается продуктивность сельскохозяйственных растений. Заболеванию хлорозом подвержены культуры более чем на 30% площадей в условиях почв с повышенным содержанием карбонатов. Наиболее радикальным и распространенным средством предупреждения и лечения хлороза являются синтетические комплексоны. Образуя с железом подвижные растворимые комплексы, они существенно улучшают транспорт этого металла в растении. В качестве комплексонов, как правило, используют ряд алифатических карбоксилсодержащих кислот типа лимонной, этилендиамонтетрауксусной (ЭДТА), диэтилентриаминпентауксусной (ДТПА).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ предупреждения и борьбы с известковым хлорозом, заключающийся в однократной обработке корневых систем растений в начальный период вегетации комплексом железа с органическим лигандом, причем в качестве органического лиганда используют ДТПА. Используемая кислота характеризуется способностью образовывать наиболее устойчивые, слабодиссоциируемые в водных растворах органические комплексы с железом. Вместе с тем комплексы ДТПА с железом (Fe) характеризуются слабой устойчивостью к фотохимическому воздействию. Известно, что под влиянием ультрафиолетового излучения указанные комплексы распадаются с высвобождением металла. При этом в случае использования наиболее прочных комплексов ДТПА с трехвалентным железом происходило фотохимическое восстановление металла до двухвалентной формы. Снижение степени окисленности Fe, как правило, в любом органическом комплексе приводит к резкому падению его устойчивости. Для эквимолярных комплексов Fe с ДТПА эта величина составляет 11 порядков.

Недостатком известного способа является малая длительность антихлорозного действия, приводящая к недостаточной эффективности предупреждения хлороза растений, обусловленная слабой фотохимической устойчивостью ДТПА и ее участием в фотохимическом восстановлении окисного железа.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет пролонгирования антихлорозного действия железа в составе органического комплекса.

Достигается это тем, что в известном способе предупреждения карбонатного хлороза растений, заключающемся в однократной обработке корневых систем растений начального периода вегетации комплексом железа и органическим лигандом, в соответствии с предполагаемым изобретением в качестве органического лиганда используют 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФ) в эквимолярном соотношении с железом, взятую в концентрации (0,4-1)˙10^-4 моль для гидропонных условий и в дозе 15-75 кг/га для почвенных условий.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от ДТПА комплексон ОЭДФ фитохимически не восстанавливает трехвалентное железо, что обеспечивает большую устойчивость его комплексов в надземных органах растений и большую продолжительность антихлорозного действия железа. Указанное свойство установлено авторами, концентрации вносимого препарата определены опытным путем. В силу этого заявляемое техническое решение соответствует критериям новизны и существенности отличий.

Данные об участии ОЭДФ в фотохимических окислительно-восстановительных реакциях железа были получены при исследовании водных растворов комплексонатов (рН 3,3) (табл. 1). Железо вносилось из расчета на элемент 4 мг/л, комплексоны применялись в эквимолярном соотношении с металлом. Формы железа в растворах определялись колориметрически с использованием 0-фенантролина после их облучения в течение 30 мин ультрафиолетовым излучением.

Из данных табл. 1 следует, что в отличие от ДТПА комплексон ОЭДФ выступает в качестве окислителя по отношению к железу, а его комплексонаты фотохимически более устойчивы.

Известно использование ОЭДФ как компонента комплексного микроудобрения для некорневой подкормки растений с целью стабилизации состава и повышения биологической ценности удобрения. Однако опыты авторов настоящей заявки по выявлению биологической ценности ОЭДФ в составе комплекса с закисным железом при некорневой обработке хлорозирующих растений показали полное отсутствие антихлорозного действия этого комплекса (табл. 2).

Предполагается, что такой характер воздействия связан с высокой фотохимической прочностью комплексов железа с ОЭДФ, что в случае их применения при опрыскивании не позволяет растениям утилизировать железо непосредственно в мезофилле листа.

Продолжительность антихлорозного действия железосодержащих комплексов ОЭДФ излучалась на примере ячменя и подсолнечника в условиях гидропоники. Питание растений эквимолярными комплексами железа с органическими лигандами осуществлялось в течение 5-7 дней. Концентрация комплексонов - 4˙10^-5 моль. По окончании этого срока проростки помещались на питательную смесь (раствор Кноппа) без железоорганических комплексов (условия Fе-стресса). Через 15 дней определялось содержание хлорофилла и железа в листьях, по истечении 1 мес после начала эксперимента измерялась масса надземных органов и корней растений (табл. 3).

Как следует из данных табл. 3, антихлорозное последействие ОЭДФ оказалось наиболее продолжительным, обеспечив стабильность синтеза хлорофилла в течение длительного срока голодания растений по железу. При этом кратковременной обработки корней проростков ячменя оказалось вполне достаточно для того, чтобы в последующем при абсолютном отсутствии железа в питательной среде довести зерновую культуру до стадии колошения. Обработка молодых растений комплексами железа с ДТПА и лимонной кислотой, широко применяемой в гидропонике, была малоэффективной: в периоде Fe-стресса наблюдалось значительное отставание растений в росте и сильный хлороз листьев, сопровождавшийся некрозом растительной ткани.

В соответствии с полученными данными содержание Fe в листьях, сформировавшихся в период Fe-стресса, было выше при использовании ОЭДФ (табл. 3), что свидетельствует о более продолжительном по сравнению с ДТПА и цитратом участии этого комплексона в транслокации эндогенного железа из корней в надземные фотосинтезирующие органы.

Результаты аналогичных исследований на примере подсолнечника представлены в табл. 4.

Полученные данные подтверждают выявленные в опытах с ячменем преимущества антихлорозного действия Fe - ОЭДФ по сравнению с прототипом.

Исследование влияния концентрации комплексонатов железа на содержание хлорофилла в листьях ячменя отражено в табл. 5.

Концентрация железа в питательном растворе варьировалась от 0,5 до 2,0 мг/л. Соотношение лиганда и железа в комплексе - эквимолярное. В отличие от схемы питания растений в исследованиях продолжительности антихлорозного действия железосодержащих комплексов ОЭДФ (табл. 3), снабжение корневых систем комплексонами железа осуществлялось постоянно в течение вегетации.

Установлено, что введение в состав комплексов железа ОЭДФ позволяет растениям значительно более эффективно использовать этот металл из питательной среды. Так, в случае применения даже незначительных количеств железа (0,5 мг/л) в виде комплекса с ОЭДФ содержание хлорофилла в листьях ячменя не отличалось от этого показателя при 4-кратном превышении концентрации железа в растворе. Минимальные же концентрации железа в растворе в комплексе с ДТПА вызывали хлороз растений.

Исследования влияния ОЭДФ на продуктивность культур в почвенных условиях проведены в опытах с овсом сорта Боррус и рапсом яровым на известкованных дерново-подзолистых почвах разного механического состава (табл. 6). Эффективность ОЭДФ (норма внесения 45 кг/га) оказалась наиболее высокой, что обеспечило по сравнению с контролем дополнительную 10-18%-ную прибавку урожая сухой растительной массы.

Способ осуществляют следующим образом. Корневую обработку растений проводят в начале их вегетации водными растворами комплекса Fe -ОЭДФ. Соотношение металла и лиганда в комплексе - эквимолярное (1:1). Соль сернокислого окисного (закисного) железа вводят на стадии приготовления комплекса путем механического смешивания с кислотой. Раствор требуемой концентрации имеет, как правило, высокую кислотность (рН≈3,0-3,3), поэтому питательный раствор нейтрализуют гидрооксидом калия до оптимальных для растений значений рН≈ 5,5-6,0, для гидропоники применяют питательный раствор с концентрацией ОЭДФ и железа по (0,4-1)˙10^-4 моль.

При внесении комплекса в почву его нейтрализацию не проводят, а кислоту вносят в дозе 15-75 кг/га. Комплексы применяют в виде водных растворов с концентрацией, не превышающей 0,5% по действующему веществу.

П р и м е р 1. Проводят мероприятия по предупреждению хлороза райграса однолетнего многоукосного при выращивании в почвенных условиях. Почва - известкованная дерново-подзолистая среднесуглинистая. Эффективность антихлорозного воздействия оценивают по урожаю сухой массы (г/м²) и содержанию хлорофилла (мг/г сырой массы). Приготовляют водный раствор комплекса Fe - ОЭДФ из расчета внесения кислоты в дозе 1 кг/га. В начале вегетации обрабатывают растение питательным раствором, концентрация действующего вещества в котором составляет 0,5%. Урожай сухой массы составляет 64,0 г/м², содержание хлорофилла 4,9 мг/г сырой массы.

П р и м е р 2. Проводят мероприятия по предупреждению хлороза райграса как в примере 1. Доза вносимой кислоты - 15 кг/га. Приготовляют питательный раствор (водный раствор комплекса Fe - ОЭДФ) как в примере 1, которым обрабатывают растения. Урожай сухой массы составляет 67,0 г/м², содержание хлорофилла - 5,5 мг/г сырой массы.

П р и м е р 3. Проводили мероприятия по предупреждению хлороза как в примере 1. Доза вносимой кислоты ОЭДФ - 45 кг/га. Урожай сухой массы составил 70,5 г/м², содержание хлорофилла - 6,3 мг/г сырой массы.

П р и м е р 4. Проводят мероприятия по предупреждению хлороза как в примере 1. Доза вносимой кислоты ОЭДФ - 75 кг/га. Урожай сухой массы составляет 69,0 г/м², содержание хлорофилла - 6,4 мг/г сырой массы.

П р и м е р 5. Проводят мероприятия по предупреждению хлороза как в примере 1. Доза вносимой кислоты ОЭДФ - 100 кг/га. Урожай сухой массы составляет 65,0 г/м², содержание хлорофилла - 6,4 мг/г сырой массы.

П р и м е р 6. Проводят контрольный опыт, возделывая райграс без применения комплекса Fe - ОЭДФ. Урожай сухой массы составляет 64,0 г/м², содержание хлорофилла - 4,9 мг/г сырой массы.

Из приведенных примеров следует, что положительное влияние ОЭДФ на синтез хлорофилла в листьях райграса сохраняется в широком диапазоне концентраций, однако наивысшая продуктивность культуры была получена в интервале доз кислоты от 15 до 75 кг/га. При дозе ОЭДФ, меньшей 15 кг/га, анализируемые данные по урожайности и содержанию хлорофила не отличаются от таковых для контрольного опыта. Наименьшая существенная разница для 5%-ного уровня значимости по примерам 1-6 НСР_0,5 составляет для показателя "урожай" 1,5 г/м², а для "хлорофилла" 0,4 мг/г сырой массы, что свидетельствует о достоверности отличий полученных значений от контроля при внесении доз ОЭДФ в диапазоне 15-75 кг/га.

П р и м е р 7. Проводят исследование эффективности комплекса Fe - ОЭДФ для условий гидропоники. Питание растений эквимолярными комплексами железа с ОЭДФ осуществлены в течение 7 дней, после чего переносят проростки растений (ячмень) на питательную среду без железоорганических комплексов. Продолжительность антихлорозного действия оценивают по продуктивности культуры. Устанавливают дозу ОЭДФ, равную 2˙10^-5 моль, поддерживают рН раствора 5,5-6,0. Масса надземных органов растения через 30 дней составляет 2,0 г/сосуд.

П р и м е р 8. Исследуют влияние ОЭДФ на развитие ячменя как в примере 7, в условиях гидропоники. Концентрация ОЭДФ в растворе составляет 4˙10^-5 моль. Масса надземных органов растений через 30 дней составляет 2,6 г/сосуд.

П р и м е р 9. Исследуют влияние ОЭДФ на развитие ячменя как в примере 7, в условиях гидропоники. Концентрация ОЭДФ 1˙10^-4 моль. Масса надземных органов составляет 2,6 г/сосуд через 30 дней культивирования.

П р и м е р 10. Исследуют влияние ОЭДФ на развитие ячменя как в примере 7. Концентрация ОЭДФ 2˙10^-4 моль. Масса надземных органов растений через 30 дней составляет 2,4 г/сосуд, отмечается ингибирование корневой системы растения.

В примерах 7-10 НСР₀₅ опыта равна 0,15 г/сосуд, что свидетельствует о достоверности различий величины массы надземных органов в опытах.

П р и м е р 11. Исследуют возможность ингибирования корневой системы растения на агар-агаре при применении ОЭДФ на примере корней рапса ярового. Вносят ОЭДФ в раствор в концентрации 2˙10^-4 моль. Через 6 дней длина корней составляет 56 мм.

П р и м е р 12. Культивируют на агар-агаре по схеме примера 7 рапс яровой при концентрации ОЭДФ - 4˙10 моль. Длина корней составляет 66 мм.

П р и м е р 13. Культивируют в условиях гидропоники по схеме примера 7 рапс яровой, однако ОЭДФ не вносят (контрольный опыт). Через 6 дней длина корней составляет 66 мм.

Наименьшая существенная разница для 5%-ного уровня значимости (НСР₀₅) в опытах 11-13 составляет величину 6 мм, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в том, что использование ОЭДФ в несколько раз повышает продолжительность антихлорозного действия железа. Применение этой кислоты позволяет выращивать сельскохозяйственные культуры на питательных средах с предельно низкими концентрациями железа, что способствует экономии питательных элементов и уменьшает вероятность загрязнения растениеводческой продукции избыточными количествами металла. Оценка прироста зеленой массы растений в условиях полного отсутствия железа в питательной среде составляет величину, в 2-3 раза превышающую этот показатель для прототипа, что обеспечивает высокую эффективность предлагаемого способа при интенсивном возделывании культур.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РОСТА РАСТЕНИЙ, включающий обработку корневых систем растений в начальный период вегитации комплексом железа с органическим лигандом, отличающийся тем, что, с целью снижения карбонатного хлороза растений, в качестве органического лиганда используют 1-гидроксилэтилидендифосфоновую кислоту в эквимолярном соотношении с железом в концентрации (0,4 - 1,0) · 10^-4 моль для условий гидропоники или в дозе 15-75 кг/га для почвенных условий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3