Способ стимуляции скорости роста сеянцев сосны обыкновенной
Владельцы патента RU 2790667:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук" (RU)
Изобретение относится к области биотехнологии. Для стимуляции роста сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) осуществляют замачивание семян в водном растворе экстракта древесной зелени ели в течение 6 ч при комнатной температуре. Для замачивания используют экстракт древесной зелени ели, полученный способом эмульсионной экстракции, содержащий сумму биологически активных веществ (сесквитерпеноиды, дитерпеноиды, полипренолы, ситостерины, жирные кислоты, гидроксиацетофеноны, флавоноиды). Семена выдерживают в течение 6 часов в водном растворе препарата из древесной зелени ели в дозе 0,1 мл/кг семян. Раствор используется из расчета 5 литров на 1 кг семян. Изобретение способствует увеличению ростовых параметров и фитомассы сеянцев в лесных питомниках и достижению сеянцами стандартных размеров в условиях низкого уровня плодородия пахотной почвы. 3 табл., 2 пр.
Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при выращивании сеянцев сосны обыкновенной в лесных питомниках при предпосевной подготовке семян.
Использование стимуляторов, экологически безопасных биопрепаратов, применяемых в небольших количествах для одноразовой обработки семян, и независимо от питательного режима почвы помогающих улучшить качество растительной продукции, может решить проблему выращивания качественных сеянцев хвойных пород на разных почвах лесных питомников в необходимых количествах для искусственного восстановления хозяйственно ценных лесообразующих пород.
Применение стимуляторов, полученных из хвойных растений, представляет интерес для лесопитомнических хозяйств, поскольку источником выращивания посадочного материала в настоящее время являются базисные лесные питомники. Они эксплуатируются на одном и том же месте уже несколько десятилетий без пополнения органическими удобрениями (компост, навоз, торф и др.), где на одних и тех же посевных полях (почвах) выращивается чаще всего одна и та же древесная порода с коротким сроком межротационного периода, поэтому имеют признаки почвоутомления. Кроме того, отмечается накопленное пестицидное загрязнение почвы, снижение плодородия, подверженность сеянцев к фитопатологическим заболеваниям, вследствие чего не всегда получаемые сеянцы хвойных пород соответствуют качественным и количественным нормативным требованиям, предъявляемым к выращенной растительной продукции.
На фоне перечисленных почвенных факторов неблагоприятные погодные условия могут стать причиной ухудшения состояния сеянцев и нарушения их развития, прежде всего, выражающегося в снижении ростовых параметров. В то же время, сеянцы, предназначенные для искусственного лесовосстановления, должны обладать рядом показателей, обеспечивающих их ускоренную приживаемость на лесокультурной площади, а именно - хорошие морфометрические параметры надземной части и достаточно развитую корневую систему. Оптимальным решением для нивелирования негативных почвенных эффектов, выражающихся в снижении ростовых параметров при выращивании лесных сеянцев, является стимулирование возделываемых растений экономически эффективными и экологически безопасными биопрепаратами, произведенными по ресурсосберегающим технологиям из дешевого растительного сырья (отходы при лесозаготовках хвойных деревьев).
Известен стимулятор проращивания семян хвойных растений, представляющий собой водомасляные продукты, получаемые перегонкой с водяным паром из древесной зелени березы ребристой, плосколистной и даурской (RU №2634903, МПК A01N 65/00, A01P 21/00, опубл. 08.11.2017).
Недостатком вышеназванного стимулятора является трудоемкость получения препарата и ограниченный срок хранения водомасляного препарата.
Известен способ стимуляции роста семян хвойных растений (патент RU №2680956, МПК A01N 65/00, A01P 21/00, опубл. 28.02.2019). Для стимуляции роста семян сосны, ели и лиственницы осуществляют замачивание семян в водном растворе экстракта в течение 24 ч при температуре 21±2°C. Для замачивания используют экстракт хвои и побегов Juniperus communis, полученный путем сверхкритической флюидной экстракции диоксидом углерода.
Наиболее близким аналогом является способ стимуляции скорости прорастания сосны обыкновенной (патент RU №2569017), включающий предпосевную обработку семян сосны обыкновенной экстрактом хвои побегов можжевельника обыкновенного. Способ включает обработку семян сосны обыкновенной природным регулятором роста, полученным путем экстрагирования хвои из 1-2-летних побегов с хвоей можжевельника обыкновенного, которые измельчают и затем экстрагируют водой из расчета 40 г на 1 литр воды в течение 24 часов.
Недостатком этих способов является использование растительного сырья (можжевельника обыкновенного Juniperus communis), не используемого в лесозаготовках.
Техническим результатом изобретения является увеличение энергии прорастания и стимуляция скорости роста сеянцев сосны обыкновенной, расширение ассортимента эффективных, дешевых и доступных стимуляторов роста сеянцев, обеспечивающих ускоренную приживаемость, повышенные морфометрические параметры надземной части, развитую корневую систему и достижение сеянцами стандартных размеров уже на второй год выращивания, даже в условиях низкого уровня плодородия пахотного слоя почвы в лесных питомниках.
Технический результат достигается тем, что для способ стимуляции скорости роста сеянцев сосны обыкновенной для обработки семян используют экстракт древесной зелени ели, полученный путем обработки измельченной древесной зелени ели водным раствором основания в дозе 0,1 мл экстракта на один кг семян. Замачивание семян осуществляют в водном растворе с концентрацией 0,02 мл экстракта на 1 литр воды в течение 6 часов. Применяемый экстракт содержит природные фенольные и нейтральные соединения при соотношении 1: 0,1-0,2, масс. %.
Способ осуществляется следующим образом.
Пример 1. Экстракт древесной зелени ели получают простым и доступным способом извлечения низкомолекулярных компонентов из растительного сырья - без применения органических растворителей. Способ включает обработку измельченной древесной зелени ели водным раствором основания с последующим отделением твердой фракции (RU №2571936).
600 г измельченной древесной зелени ели с влажностью 30-50% заливают 3 л 3-5%-ного водного раствора гидроксида натрия и перемешивают при температуре 45-50°C с использованием механической мешалки. Через 1-2 ч раствор фильтруют.
В процессе перемешивания из древесной зелени в раствор извлекаются экстрактивные вещества, в том числе действующее вещество препарата - природные фенольные соединения: ацетофеноны, гидроксибензойные и гидроксикоричные кислоты, флавоноиды и стильбены.
Природные фенольные соединения обладают фунгицидной, репеллентной и инсектицидной активностью (Васильев С.Н., Рощин В.И., Фелеке С. Экстрактивные вещества древесной зелени Picea abies (L.) Karst // Растительные ресурсы. Вып. 1-2. 1996. С. 151-175), высокой активностью по отношению к ряду вирусов, грамположительным и грамотрицательным микроорганизмам, патогенным грибам, ростостимулирующим действием на растения (Артемкина Н.А., Рощин В.И. «Полярные» экстрактивные вещества хвои и побегов ели европейской Picea abies (L.) Karst // Растительные ресурсы. 2004. Т. 40. Вып. 3. С. 77-86).
Препарат содержит также нейтральные экстрактивные соединения (соотношение фенольные: нейтральные 1: 0,1-0,2) масс. %
В состав нейтральных соединений входят эфирные масла и полипренолы. Полипренолы способствуют усилению иммунитета и защитных сил растений и применяются при заболеваниях, вызванных иммунными нарушениями. Компоненты эфирных масел обладают антимикробной активностью и оказывают бактерицидное действие.
Физико-химические свойства экстракта: темно-бордовая эмульсия, неограниченно растворимая в воде, не оказывает отрицательного действия на кожу и не раздражает слизистые оболочки. Препарат не горюч, не взрывоопасен. В водных растворах стабилен при температуре до 60°C. Это экологически чистый продукт, обладающий высокой эффективностью при малом расходе.
Пример 2.
Полевые исследования были проведены в двух постоянных лесных питомниках Березовского лесничества (Свердловская область, подзона южнотаёжных лесов Среднего Урала) - Березовский (почва - суглинок средний песчано-пылеватый, массовая доля фракций песка составила 57%, фракция глины - 43%) и Балтымский (почва - суглинок легкий крупнопылеватый), фракция песка - 73,5%, глины - 26,5%). В обоих питомниках были отобраны смешанные образцы почвы для выполнения агрохимического и гранулометрического анализа показателей, необходимых для оценки почвенного плодородия (табл. 1, 2), а также установления наличия остаточности пестицидов (гербицидов) в пахотном слое почве.
| Таблица 1 - Показатели, характеризующие плодородие почвы лесных питомников | ||
| Показатели | Березовский питомник | Балтымский питомник |
| Гумус, % | 4,8…5,5 | 4,5 …5,3 |
| pH (вод.) | 5,40…5,50 | 5,73 …6,09 |
| pH (сол.) | 3,89…3,91 | 4,48…4,63 |
| P2O5, мг/100 г | 0,9…1,3 | 2,4…6,9 |
| K2O, мг/100 г | 6,8…9,8 | 9,4…12,4 |
| Общий N, мг/100 г | 0,6…1,5 | 0,5…3,2 |
| Сумма поглощенных оснований (S), ммоль/100 г | 10,8…12,6 | 15,0…18,8 |
| Гидролитическая кислотность (Hr), ммоль/100 г | 9,2…11,0 | 5,5…6,7 |
| Емкость обменных катионов (S+Hr), ммоль/100 г | 20,4…23,1 | 22,9…25,5 |
| Примечание. В таблице указаны крайние (min…max) значения показателей, полученных по совокупности образцов. |
| Таблица 2 - Характеристика плодородия почвы лесных питомников по степени окультуренности | ||||
| Показатели | Березовский питомник | Балтымский питомник | ||
| степень обеспеченности элементом питания | степень окультуренности пахотной почвы | степень обеспеченности элементом питания | степень окультуренности пахотной почвы | |
| Гумус, % | повышенная | Хорошо-окультуреная | повышенная | Хорошо-окультуреная |
| pH (сол.) | очень сильно-кислая почва | Слабо-окультуренная | Сильнокислая почва | Слабо-окультуренная |
| P2O5, мг/100 г | очень низко-обеспеченная | Слабо-окультуренная | Средне-обеспеченная | Слабо-окультуренная |
| K2O, мг/100 г | Низко-обеспеченная | Слабо-окультуренная | Средне-обеспеченная | Слабо-окультуренная |
| Общий N, мг/100 г | очень низко-обеспеченная | - | очень низко-обеспеченная | - |
Только содержание органического вещества в пахотном слое соответствует требованиям хорошо окультуренной почвы. По остальным элементам наблюдается недостаточная обеспеченность для поддержания необходимого почвенного питания.
Анализ почвы на наличие пестицидного загрязнения позволил выявить остаточное содержание глифосата - основного гербицида, который в последнее время применяется в лесных питомниках. Установлено, что в Березовском питомнике его количество было в два раза выше, чем в Балтымском питомнике - 0.34 и 0.17 ppm, соответственно. Накопление остаточных количеств пестицидов в питомниках является причиной снижения качества сеянцев, которое выражается в морфологических отклонениях стволиков и снижении ростовых параметров (Фрейберг И.А., Ермакова М.В., Стеценко С.К. Модификационная изменчивость сосны обыкновенной в условиях пестицидного загрязнения. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 74 с.)
Оценивая агрохимические показатели почвы и накопление остаточных количеств пестицидов можно заключить, что почва этих питомников носит признаки «утомления почвы», что не может обеспечить гармоничное развитие корневой системы и надземной части сеянцев в течение 2-3- летнего срока выращивания.
При предпосевной обработке семена сосны обыкновенной замачивали в растворе экстракта из древесной зелени ели в дозе (расходе) 0.1 мл на 1 кг семян в течение 6 часов при температуре 20-22°C. Экстракт получали по примеру 1. Раствор использовали с концентрацией 0,02 мл. экстракта на литр воды (из расчета 5 литров на 1 кг семян). Контроль - замачивание семян в дистиллированной воде на тот же срок. Перед высевом семена подсушивали до сыпучего состояния.
Размер опытных и контрольных площадок в питомниках 1×1м, повторность каждого варианта трехкратная. Норма высева семян сосны соответствовала требованиям для лесных питомников Уральского региона. Агротехнические уходы за посевами осуществляли в соответствии с рекомендациями, принятыми при выращивании посадочного материала в производственных питомниках.
Растительные образцы (сеянцы) отбирали на каждом этапе эксперимента в конце второго вегетационного сезона. Для оценки результатов экспериментов у сеянцев изучали показатели роста - высота стволика (см) и его диаметр на уровне корневой шейки (мм), длина главного корня (см). Массу растений определяли в абсолютно сухом состоянии (г) после высушивания их при 105°С.
Двухлетние сеянцы сосны в опытных вариантах в Березовском питомнике имели большие размеры по диаметру (p<0.1) и высоте (p<0.001), чем в контроле. Увеличение диаметра стволика отмечено на 10%, а высоты стволика - на 30-54%. Накопление фитомассы опытными сеянцами значительно превышало этот показатель у контрольных растений (табл. 3).
| Таблица 3 - Влияние обработки семян препаратом из древесной зелени ели на биометрические показатели и массу двухлетних сеянцев сосны обыкновенной | ||||
| Показатели | Березовский питомник | Балтымский питомник | ||
| Контроль | Доза, мл/кг семян | Контроль | Доза, мл/кг семян | |
| 0.1 | 0.1 | |||
| Диаметр стволика, мм | 1.8 ± 0.06 | 2.0 ± 0.06 | 2.2 ± 0.08 | 2.5 ± 0.07 |
| Высота стволика, см | 9.0 ± 0.30 | 13.2 ± 0.46 | 8.7 ± 0.30 | 10.2 ± 0.36 |
| Длина хвои, см | 7.6 ± 0.22 | 5.5 ± 0.22 | 9.3 ± 0.28 | 10.4 ± 0.21 |
| Длина главного корня, см | 21.9 ± 0.31 | 17.8 ± 0.46 | 17.6 ± 0.44 | 21.2 ± 0.35 |
| Масса корня, г | 0.18 ± 0.016 | 0.13 ± 0.010 | 0.23 ± 0.02 | 0.31 ± 0.02 |
| Масса ствола, г | 0.19 ± 0.020 | 0.29 ± 0.022 | 0.19 ± 0.02 | 0.29 ± 0.02 |
| Масса хвои, г | 0.46 ± 0.052 | 0.50 ± 0.042 | 0.68 ± 0.06 | 0.91 ± 0.06 |
| Масса надземная, г | 0.63 ± 0.071 | 0.79 ± 0.063 | 0.87 ± 0.07 | 1.20 ± 0.08 |
| Отношение надземной к подземной массе | 3.59 ± 0.123 | 6.10 ± 0.226 | 3.88 ± 0.15 | 3.97 ± 0.10 |
В Балтымском питомнике отмечено увеличение диаметра (на 13%) и высоты (на 17%) стволика, а также длины хвои (на 12%, достоверно при p=0.006) сеянцев по сравнению с контролем. По массе отмечено увеличение надземной части сеянцев.
Сеянцы контрольного варианта в обоих питомниках не достигли стандартного размера по высоте, в Березовском питомнике и по диаметру. Согласно Правилам лесовосстановления 2021 г. высота стандартных сеянцев должна быть не менее 10 см, диаметр стволика - не менее 2 мм. Срок выращивания сеянцев не менее трех лет для региона исследований (Средне-Уральский таежный район).
Таким образом, заявленный способ стимуляции скорости роста сеянцев сосны обыкновенной, обеспечивает увеличение ростовых параметров и фитомассы сеянцев в лесных питомниках, позволяет получить сеянцы стандартных размеров в условиях низкого уровня плодородия пахотной почвы в более короткий срок - на второй год после посева.
Способ стимуляции скорости роста сеянцев сосны обыкновенной в условиях почвоутомления, включающий обработку семян сосны обыкновенной растительным экстрактом посредством замачивания при температуре 20-22°C, отличающийся тем, что в условиях сильного окисления почвы, дефицита фосфора, калия и азота для обработки семян используют экстракт древесной зелени ели, содержащий природные фенольные и нейтральные соединения при соотношении 1:0,1-0,2, мас.%, полученный путем обработки измельченной древесной зелени ели водным раствором основания, замачивание семян осуществляют в течение 6 часов в водном растворе с концентрацией 0,02 мл экстракта на литр воды в дозе 0,1 мл экстракта на 1 кг семян.
