Средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур

 

Изобретение относится к области биологии и сельского хозяйства, а именно к минеральным полимикроудобрениям, и предназначено для повышения урожайности различных видов сельскохозяйственных культур путем стимулирования процесса оттока продуктов фотосинтеза из листьев в хозяйственно важные органы растения. Средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур включает углекислый аммоний, карбонат аммиаката меди, карбонат аммиаката цинка и воду при следующем соотношении компонентов в пересчете на ионы, мас.%: анионы карбоната - 50-60; катионы аммония - 38-40; катионы меди - 2-6; катионы цинка - 2-6; остальное - вода. Для получения одного литра вещества близкой к максимальной концентрации необходимо взять один литр 8%-ного раствора аммиака, насытить его углекислым газом и добавить по 5-25 г углекислой меди и углекислого цинка. Изобретение позволяет повысить продуктивность и качество сельскохозяйственных продуктов за счет стимулирования процесса оттока продуктов фотосинтеза из листьев в хозяйственно важные органы растения, снизить количество применяемых азотных удобрений в ходе выращивания растений, что приводит к снижению загрязнения окружающей природы нитратами. 4 табл.

Изобретение относится к области биологии и сельского хозяйства, а именно к минеральным полимикроудобрениям, и предназначено для повышения урожайности различных видов сельскохозяйственных культур путем стимулирования процесса оттока продуктов фотосинтеза из листьев в хозяйственно важные органы растения.

Известен способ стимулирования роста и развития масличных культур (патент РФ 2121272, МПК A 01 N 65/00, опубл. 10.11.98), в котором вегетирующие растения опрыскивают препаратом "Силк" заданной дозой для каждого вида растений один - два раза за вегетационный период, при этом повышение урожайности достигается за счет стимулирования роста растений, т.е. по принципу: больше масса растения - больше урожай.

Известно средство для стимулирования роста сельскохозяйственных культур (патент РФ 2114805, МПК C 05 D 9/02, A 01 N 59/00, опубл. 10.07.98), которое представляет собой минеральное полимикроудобрение в виде комплексного соединения молекулярных формул, включающее соли титана органических кислот, например уксусной, микроэлементы меди и сульфат аммония, и предназначено для повышения урожайности и получения экологически чистых сельскохозяйственных культур. Обработка сельскохозяйственных культур средством для стимулирования роста может включать как замачивание семян в водном растворе или их опудривание, так и обработку посевов.

Известные вещества регуляторной природы, используемые в растениеводстве с целью повышения урожайности, чаще всего либо синтезируются по аналогии с известными природными фитогормонами, либо это - эмпирически подобранные комбинации различных веществ (микроэлементы, продукты жизнедеятельности микроорганизмов или растений, отходы производства и т.п.), действие которых протестировано по стимуляции ростовых процессов растений. Все они стимулируют рост всего растения. В качестве преимущества способов или веществ можно отметить экологическую чистоту используемых веществ или их дешевизну и доступность для массового применения.

Известны средства для повышения урожайности (а. с. 1824143, МПК A 01 N 37/20, опубл. 30.06.93; а. с. 1509011, МПК A 01 N 33/12, опубл. 23.09.89), являющиеся синтезированными соединениями, у которых обнаруживаются вполне определенные свойства влиять на какие-то конечные показатели продуктивности растений, например на рост кабачка или на повышение сахаристости сахарной свеклы.

Однако неизвестны вещества и способы, влияющие на транспорт продуктов фотосинтеза в хозяйственно важные органы растения, которые бы позволили повысить продуктивность и качество урожая, не повышая количества применяемых азотных удобрений в ходе выращивания сельскохозяйственных культур.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении продуктивности и качества урожая сельскохозяйственных культур за счет стимулирования процесса оттока продуктов фотосинтеза из листьев в хозяйственно важные органы растения, а также в уменьшении количества применяемых азотных удобрений в ходе выращивания растений, что приводит к снижению загрязнения окружающей природы нитратами.

Технический результат достигается тем, что средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур включает комплексные соединения - углекислый аммоний, карбонат аммиаката меди, карбонат аммиаката цинка и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Анионы карбоната - 50-60 Катионы аммония - 38-40 Катионы меди - 2-6 Катионы цинка - 2-6 Вода - Остальное Для получения одного литра вещества близкой к максимальной концентрации необходимо взять один литр 8%-ного раствора аммиака, насытить его углекислым газом и добавить по 5-25 г углекислой меди и углекислого цинка.

Полученное в результате химических реакций указанных компонентов заявляемое средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур представляет собой комплексные соединения переменного состава молекулярных формул n₁NH₄ ⁺+n₂СО₃ ^2-+n₃[Сu(NН₃)₄]²⁺+n₄[Zn(NН₃)₄]²⁺+n₅[Сu(NH₃)₃] ²⁺+n₆[Zn(NH₃)₃]²⁺+n₇[Сu(NН₃)₂]²⁺+n₈[Zn(NH₃)₂]²⁺+n₉[Сu(NН₃)] ²⁺+n₁₀[Zn(NН₃)]²⁺+n₁₁Cu²⁺+n₁₂Zn²⁺+n₁₃НСО₃, где n_1-13 - число соответствующих ионов в растворе.

Условная концентрация "сухого вещества" в растворе 21-22,5%.

Доля катионов меди и цинка зависит от степени активности ростовых процессов на данном этапе онтогенеза растения. Если идет активный рост побега, то будет происходить утилизация катионов аммония, а катионы меди и цинка - аккумулироваться. В этом случае можно повысить дозу препарата на единицу площади посева с одновременным относительным снижением массовой доли катионов меди и цинка. Соотношение между катионами меди и цинка должно изменяться в зависимости от их наличия в почве, на которой выращивается данная сельскохозяйственная культура.

Соотношение компонентов и концентрация их в растворе при обработке растений варьируют в зависимости от вида растения, фазы развития и условий выращивания.

Исследования процессов транспорта ассимилятов из листьев растений в потребляющие органы показали, что у большинства видов сельскохозяйственных растений основной транспортный продукт фотосинтеза - сахароза - при своем движении из фотосинтезирующих клеток листа к проводящим сосудам флоэмы выходит во внеклеточное пространство (апопласт) [Курсанов А.Л. Физиология растений. 1984. Т.31, 3. С. 579-594]. Во внеклеточном пространстве сахароза частично гидролизуется до глюкозы и фруктозы, которые уже не могут экспортироваться по флоэме к потребляющим органам и возвращаются в клетки мезофилла. Там они утилизируются, что приводит к разрастанию ткани листьев. Этот процесс является главной причиной известного эффекта - торможения оттока продуктов фотосинтеза из листьев и снижения доли хозяйственно важной части урожая при усилении азотного питания растений (Чиков В.И., Бакирова Г.Г., Аввакумова Н.Ю. Эффективность использования азотных удобрений в сельском хозяйстве и возможности ее повышения. Проблемы био-мед-экологии республики Татарстан. Казань, 1998. С.294-304).

Фермент инвертаза, гидролизующий сахарозу во внеклеточном пространстве, имеет оптимум в кислой области рН (Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении. М. : Наука, 1976. 646 с.), и поэтому на прохождение сахарозы через внеклеточное пространство влияет кислотность находящейся там жидкости (Чиков В. И. Фотосинтез и транспорт ассимилятов. М.: Наука, 1987). При подкислении внеклеточной среды фотосинтез и отток сахарозы из листа, на этапе ее загрузки во флоэмные окончания, тормозится, и меченые продукты фотосинтеза накапливаются в апопласте, наоборот, при подщелачивании стимулируется фотосинтез и отток ассимилятов, а их содержание в апопласте уменьшается.

На кислотно-основное равновесие в жидкости внеклеточного пространства можно повлиять введением во внеклеточное пространство карбоната аммония. Повысить рН (подщелочить водную среду) в апопласте можно также, увеличив активность ферментов карбоангидразы (содержащая цинк и переводящая НСО₃ ^- водной среды в газообразный СО₂, который усваивается в ходе фотосинтеза) и супероксиддисмугазы, которая содержит медь и цинк и связывает H⁺-ионы в процессе устранения активных форм кислорода (Ogawa К., Fukuyama Univ. Fac Engn Generation of superoxide anion and localization of CuZn-superoxide dismutase in the vascular tissue of spinach hypocotyls: Their association with lignification. Plant and Cell Physiology. 1997. V.38, 10, P. 1118-1126). Для повышения во внеклеточном пространстве активности карбоангидразы и супероксиддисмугазы в препарат были введены аммиакаты цинка и меди.

Компоненты микроэлементов, входящие в создаваемый препарат, выполняют каталитические функции и требуются в низких концентрациях. Металлы Сu и Zn, необходимые для формирования активных молекул карбоангидразы и супероксиддисмугазы, в основном локализуются во внеклеточном пространстве, адсорбируясь на клеточных стенках, и поэтому используются на образование соответствующих ферментов постепенно (Blinda A., Koch В., Ramanjulu S., Dietz KJ. De novo synthesis and accumulation of apoplastic proteins in leaves of heavy metal-exposed barley seedlings // Plant Cell and Environment. V.20, 8. P. 969-981. 1997). Аммоний может использоваться как субстрат азота в клеточном метаболизме, а СО₂ - в ходе фотосинтеза, и поэтому требуются в более высоких количествах.

Разработанное средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур (стимулятор оттока - СтО), изменяя кислотно-основное равновесие в жидкости внеклеточного пространства, снижает активность инвертазы, что приводит к уменьшению гидролиза сахарозы и более успешному ее оттоку из листьев.

Рассмотрим примеры применения предлагаемого средства - СтО для повышения продуктивности растений и качества урожая.

Пример 1. Обработка растений льна-долгунца в начале периода быстрого роста побега усиливало снабжение ассимилятами растущей точки роста, что увеличивало число листьев, длину побега и повышало прочность волокна в соломке в прирастающей после обработки препаратом (отмечена *) части побега (табл. 1). В связи с большей потребностью льна-долгунца в цинке его концетрация была выше меди в два раза при общем составе вещества: NH₄ - 38%; CO₃ - 53%; Сu - 3%; Zn - 6%.

Разведение препарата 1:20. Расход жидкости 200 л/га. Проводилось одноразовое опрыскивание растений в начале периода быстрого роста. Обработка СтО была совмещена с обработкой посевов гербицидами. Влияние обработки средством СтО на число листьев и высоту растений льна-долгунца представлено в табл. 1.

Необходимо отметить, что для льна-долгунца важным показателем является высота растения, так как по этому показателю идет борьба за каждый дополнительный сантиметр.

Пример 2. Эффективность действия средства испытали на плантации тепличных огурцов, выращенных по стандартной технологии. Опрыскивание растений производилось еженедельно в концентрации препарата 0,2%. Размер делянок 25 м². Обработка средством СтО проводилась взамен еженедельного внесения в почву азотного удобрения кристаллина. Состав средства: NH₄ - 40%; СО₃ - 56%; Сu - 2%; Zn - 2%. Учет урожая проводился в период активного плодообразования в течение месяца десятикратно. Повышение урожая огурцов составило 18±3% (табл. 2).

Пример 3. Опыты проводили в полевых условиях на посевах сахарной свеклы, выращенных на разном уровне азотного питания (75, 90, 105 кг/га действующего вещества). Размер делянок - 100 м². Обработка растений проводилась 23 августа. Концентрация препарата - 0,3%. Состав: NH₄ - 38%; СО₃ - 52%; Сu - 5%; Zn - 5%. Измерение сахаристости корнеплодов осуществляли 22 августа, 6 и 23 сентября. Учет урожая проводили 23-24 сентября. Были получены следующие данные, представленные в табл. 1 и 2. Наибольшая эффективность разработанного препарата отмечена при умеренном уровне азотного питания. Это означает, что можно снизить общее потребление отраслью свекловодства азотных удобрений.

Содержание сахара в соке корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от дозы азотного удобрения и обработки посева средством (СтО) представлено в табл. 3.

Урожайность сахарной свеклы и сбор сахара с единицы площади посева в зависимости от доз азотного удобрения и обработки растений средством СтО представлена в таб. 4.

Таким образом, предлагаемое средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, за счет воздействия на конкретный процесс у растений с апопластным типом транспорта ассимилятов из листьев (к таким относится большинство сельскохозяйственных культур), стимулирует отток продуктов фотосинтеза в хозяйственно важные органы растения, при этом повышается продуктивность и качество урожая, а также снижается себестоимость продукции, в том числе за счет уменьшения количества применяемых азотных удобрений в ходе выращивания растений. Благодаря своим преимуществам предлагаемое средство должно найти широкое применение при культивировании самых различных сельскохозяйственных растений.

Формула изобретения

Средство для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, включающее комплексные соединения металлов и воду, отличающееся тем, что в качестве комплексных соединений металлов оно содержит карбонат аммиаката меди, карбонат аммиаката цинка и углекислый аммоний при следующем соотношении компонентов в пересчете на ионы, мас. %:
Анионы карбоната - 50-60
Катионы аммония - 38-40
Катионы меди (Сu) - 2-6
Катионы цинка (Zn) - 2-6
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2