Stimulating effect of biologically active substances on the initial growth processes of spring wheat

Full Text

Введение. Проблема продовольственной безопасности России может быть решена только при сохранении и воспроизводстве почвенного плодородия, с применением разных видов удобрений [1-3]. Для выполнения условий бездефицитного баланса питательных элементов в почве при использовании интенсивных технологий земледелия возрастает потребность в биологически-активных веществах, способствующих оптимизации процесса поглощения растением питательных веществ из почвы [3-5]. В этих условиях актуальность приобретают сравнительные исследования по применению минеральных удобрений, биологически-активных веществ и гуминовых препаратов [6]. Исследования, проводимые ранее на семенном материале, выявили положительное действие биопрепаратов на всхожесть, жизнеспособность и некоторые ростовые процессы проростков [7, 8]. Поэтому, важно расширить изучение для выяснения эффективности минеральных удобрений и стимулирующего действия биологически активных веществ, а также гуминового препарата на начальные ростовые процессы яровой пшеницы, включающие линейный рост (см), массовые показатели (г) и содержание сахаров в фазе третьего листа растений, которые в конечном счете реализуются в продукционном процессе сельскохозяйственных культур [9, 10].

Цель исследования – выяснить эффективность минерального удобрения и определить стимулирующее действие биологически активных веществ и гумата калия на начальный рост и развитие растений яровой пшеницы, такие как: линейный рост, массовые показатели и содержание сахаров в фазе третьего листа растений.

Материал и методы исследований. Опыт был заложен в питомнике Самарского ГАУ, в условиях, максимально приближенных к естественным, под прозрачным навесом, в ящиках. Вегетационные ящики представляли собой емкости объемом 12 литров и поверхностью почвы размером 70´60 см. Почва перед закладкой была предварительно очищена от сорной растительности, в нее добавлен торф и песок в соотношении 1:1:1. Почва в опыте характеризовалась, как слабокислая pH_KCl – 5,7ед., с массовая долей органического вещества 4,1%. Влажность почвы обеспечивалась на уровне 60 %. Посев производился вручную на глубину 2,5 см в увлажнённую и продезинфицированную почву, в каждом варианте было высеяно по 100 семян яровой пшеницы сорта Кинельская 59. Повторность трехкратная. Уход за посевами и дальнейшими ростовыми процессами состоял из полива и рыхления. Варианты соответствовали вносимым препаратам – без удобрений, минеральное полное удобрение N10P10K10 д.в., а также аминокат, альбит и гумат калия в трех различных концентрациях.

Сорт яровой пшеницы Кинельская 59 был выведен путем сложной ступенчатой гибридизации в Поволжском НИИ селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова. Сорт относится к среднеспелым. Включен в Государственный реестр по Средневолжскому региону. Относится к разновидности эритроспермум. Представляет собой полураскидистый куст, средней высоты 85-105 см. Колос у растения цилиндрический, рыхлый состоит из 12-14 колосков на 10 см длины. Зерно крупное, удлиненное, темно-красное, с неглубокой бороздкой. Вегетационный период в 76-85 суток. Высокая засухоустойчивость и жаростойкость. Урожайность стабильна по годам, равна 18-20 ц/га. В Самарской области максимальная урожайность сорта составила 45 ц/га, она была получена в 2007 году без внесения удобрений [11].

Посевные качества семян яровой пшеницы сорта Кинельская 59 характеризовались следующими показателями: масса тысячи зерен равнялась 43,5 г, натура зерна – 820 г/л, стекловидность – 68%, лабораторная всхожесть равна 99%. Посевные качества семян является основными показателями качества семенного материала, их значения были достаточно высокими [12].

Аминокат 10 является жидким органоминеральным удобрением на основе экстракта морских водорослей с добавлением макро и микроэлементов. Он включает в себя аминокислоты, биогенные элементы и органические вещества растительного происхождения. Также аминокат является антистрессантом, т.е. стимулирует растения к развитию и быстрому увеличению сопротивляемости неблагоприятным условиям. Аминокислоты в составе препарата служат главным образом для синтеза белков [13].

Альбит – комплексный препарат с высокой эффективностью. Его фунгицидные свойства обеспечивают увеличение урожая и повышают качественные свойства зерна. По характеру действия относится к регуляторам роста. Действующими веществами препарата являются карбамид (181,5 г/кг) + калий азотнокислый (91,2 г/кг) + калий фосфорнокислый (91,1 г/кг) + магний сернокислый (29,8 г/кг) + поли-бета-гидроксимасляная кислота (6,2 г/кг). Малоопасен для пчёл и человека [5].

Так же применяли гумат калия в жидком виде. Гумат калия – это легкорастворимая соль гуминовой кислоты. Гуминовые кислоты способствуют быстрому росту растительного организма, активно стимулируют рост и развитие корневой системы, соли гуминовых кислот повышают устойчивость растений к воздействию неблагоприятных факторов среды. Содержание гуминовые кислоты – 25 г/л; легкодоступные для растений: азот 50 г/л, фосфор 30 г/л, калий 60 г/л, кальций – 20 г/л, кремний – 10 г/л [14]. В состав удобрения так же входят следующие микроэлементы: железо, магний, медь, молибден, марганец, цинк, бор, натрий, кобальт, сера, регуляторы роста растений (ауксин и гиббереллин). Использование гумата калия возможно для предпосевной обработки семян, внекорневой подкормки и внесения в почву. Под влиянием гуматов происходят формирование более мощной корневой системы; усиление полевой всхожести и прорастания семян, морозо- и засухоустойчивости [15]. Сокращаются сроки наступления физиологических фаз развития растений [16].

Биологически активные вещества аминокат, альбит и гумат калия применяли в трех возрастающих концентрациях I, II и III. Концентрации были рассчитаны на основании агрохимического состава почвы и удобрений, а также учтены результаты прежних исследований [17, 18], методические рекомендации производителей [19, 20].

При посеве семян, почва поливалась растворами удобрений, тщательно распределялась по всей площади ящиков. За период вегетации растений в опыте проводились наблюдения за действием применяемых удобрений по фазам развития яровой пшеницы: всходы, 1-й, 2-й и 3-й настоящий лист.

Основные качества, определяющие пригодность семян к посеву – это энергия прорастания и всхожесть [13]. Под энергией прорастания понимается количество нормально проросших семян в течение установленного короткого срока, выраженное в процентах. Энергия прорастания характеризует дружность всходов семян. Чем выше энергия прорастания, тем дружнее будут всходы и тем самым больше урожай.

Определение энергии прорастания и всхожести проводилось в трехкратной повторности по 100 семян в каждой, условия проращивания – температура и освещенность использовались те, которые применялись в теплице. Подсчет семян для определения энергии прорастания и всхожести производился в установленные сроки. Способными к нормальному прорастанию считаются семена пшеницы, давшие нормально развитые всходы, состоящие из корешков и ростков [19].

Под всхожестью понимается количество семян, давших нормально развитые проростки при оптимальных условиях за установленный срок, выраженное в процентах от количества чистых семян, взятых для определения всхожести. Всхожесть – один из главных показателей, характеризующих посевные качества семян [14]. Только обладающие высокой всхожестью семена могут принести высокий урожай.

Содержание суммы сахаров в растительных образцах определяли по ГОСТ 26176-91 «Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов». Индекс эффективности устанавливали математически по каждому показателю путем суммирования всех его значений и приведения к общему знаменателю –100 [20]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа по Доспехову [16], корреляционного и регрессионного анализов с использованием программы Statistica -1/

Результаты исследований. Значения энергии прорастания, представленные в таблице 1, определялась на четвертый день после высева семян. В варианте без удобрений энергия прорастания была равна 72%. Все другие варианты превосходили этот показатель. Внесение минеральных удобрений и гумата калия повысило энергию прорастания на 4,2%, альбита на 5,6%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 8,3%.

Так, на энергию прорастания семян яровой пшеницы оказали положительное влияние все применяемые препараты – на 4,2…5,6% минеральные удобрения, гумат калия и альбит, наибольшее влияние было оказано применением аминоката – на 8,3%.

Всхожесть семян определялась на седьмой день от высева. Она оказалась приблизительно одинаковой для всех вариантов, 96% в вариантах без удобрений и с применением гумата калия, 97% для альбита, самая высокая всхожесть оказалась в варианте с применением аминоката и минеральных удобрений – 98%. Данный показатель имел хорошие значения, но надо отметить, что в варианте с аминокатом при применении концентрации I и с альбитом при концентрации II всхожесть была равна 100%.

Так, всхожесть семян яровой пшеницы во всех вариантах опыта оказалась приблизительно одинаковой от 96 до 98%. Данный показатель имел хорошие значения, но надо отметить, что в варианте с аминокатом при применении концентрации I и с альбитом при концентрации II всхожесть семян имела максимальное значение – 100%.

Результаты определения изучаемых величин энергии прорастания, всхожести, линейного роста частей растений яровой пшеницы в фазе третьего листа представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Влияние минерального удобрения, биологически активных веществ и гумата калия на начальные ростовые процессы яровой пшеницы, линейный рост растений и их частей в фазе трех настоящих листьев

Вариант обработки		Всходы		Линейный рост (см) растения в фазе третьего листа, в среднем для 15 растений
		энергия прорастания (%), 4-й день	всхожесть (%), 7-й день
				зеленаячасть	колеоптиль	корни	индекс эффективности (lэфф ℓ)
Без удобрений		72	96	13,7	2,7	5,7	0,388
Минеральные удобрения		75	98	14,3	3,4	6,5	0,416
Аминокат	I	80	100	26,1	3,8	7,5	0,522
	II	77	98	23,2	3,2	6,8	0,464
	III	76	96	20,7	4,1	6,3	0,414
Среднее по аминокату		78	98	16,5	3,7	6,9	0,466
Альбит	I	72	96	21,4	3,5	5,8	0,428
	II	80	100	23,3	3,7	6,8	0,466
	III	76	96	21,0	3,5	6,6	0,420
Среднее по альбиту		76	97	15,5	3,5	6,5	0,438
Гумат калия	I	74	97	22,7	3,7	6,8	0,454
	II	76	96	21,8	3,4	6,7	0,436
	III	75	96	21,4	3,2	6,6	0,428
Среднее по гумату калия		75	96	15,3	3,5	6,7	0,440
Коэффициент вариации, СV, %		8,3	9,0	4,2	12,6	6,1	–
НСР 05		0,8	1,4	1,1	2,1	1,8	–

 

Высота растения в варианте без удобрений была равна 19,4 см. Все другие варианты превосходили этот показатель. Внесение минеральных удобрений увеличило высоту растения на 7,2%, альбита и гумата калия на 13,4%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 20,1%.

Линейный рост зеленой части растения в варианте без удобрений был равен 13,7 см. Внесение минеральных удобрений увеличивало высоту зеленой части на 4,3%, альбита и гумата калия на 13%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 20,4%.

Часть растения, которая находится в почве, имела цвет от белого до бледно-зеленого, размеры в варианте без удобрений равнялась 2,7 см. Минеральные удобрения оказали положительное действие – увеличение составило на 26%, альбит и гумат калия – в равной степени на 30%, аминокат повысил величину данного показателя на 37%.

Длина корней в варианте без удобрений была равна 5,7 см. Внесение минеральных удобрений и альбита увеличило длину корней на 14%, гумата калия на 17,5%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 21%.

Так, линейный рост растения, зеленой части и длины корней яровой пшеницы в фазе развития растений трех листьев по всем вариантам опыта превосходил вариант без удобрений и в зависимости от применяемых удобрений имел повышенные показатели – при минеральных удобрениях на 4,3…7,2%, при альбите и гумате калия на 13,0…17,5% и при аминокате до 21%.

Индекс эффективности (lэфф ℓ) применения удобрений, биологически активных веществ и гумата калия на линейный рост растений яровой пшеницы является безразмерной величиной [5], различия по вариантам относительно варианта без удобрений составили более 7% для минеральных удобрений, 12,9…13,4% для альбита и гумата калия, наибольшая эффективность была определена в варианте от внесения аминоката – на 20,1%.

В таблице 2 представлены результаты изучения влияние минеральных удобрений, биологически активных веществ и гумата калия на массовые показатели частей растения, а также содержание сахаров.

 

Таблица 2. Влияние минерального удобрения, биологически активных веществ и гумата калия на массу растения, их частей в фазе трех настоящих листьев и содержание сахаров

Вариант обработки		Фаза третьего листа, в среднем для 15 растений
		масса, г				сахара, %
		зеленая часть	колеоптиль	корни	индекс эффективности (lэфф m)	содержание	отклонение от контроля,
Без удобрений		0,13	0,091	0,41	0,0108	20,3±1,1	–
Минеральные удобрения		0,16	0,103	0,46	0,0124	21,1±1,1	+0,8
Аминокат	I	0,18	0,109	0,54	0,0144	23,4±1,5	+3,1
	II	0,17	0,108	0,49	0,0132	22,4±1,8	+2,1
	III	0,16	0,106	0,49	0,0130	22,8±1,5	+2,5
Среднее по аминокату 10		0,17	0,13	0,51	0,0136	22,8	+2,3
Альбит	I	0,14	0,106	0,45	0,0118	21,2±1,3	+0,9
	II	0,17	0,107	0,49	0,0132	22,4±1,5	+2,1
	III	0,16	0,105	0,46	0,0124	21,6±1,3	+1,3
Среднее по альбиту		0,16	0,12	0,47	0,0124	21,7	+1,4
Гумат калия	I	0,17	0,107	0,50	0,0134	22,4±1,7	+2,1
	II	0,16	0,107	0,47	0,0126	21,8±1,5	+1,5
	III	0,14	0,106	0,45	0,0122	21,5±1,3	+1,2
Среднее по гумату калия		0,16	0,12	0,47	0,0128	21,9	+1,6
Коэффициент вариации, СV, %		4,8	11,3	6,1	–	8,4	–
НСР 05		1,1	1,5	1,3	–	–	–
xср ± Sx – среднее квадратичное отклонение

 

Масса растения, в варианте без удобрений была равна 0,54 г. Внесение минеральных удобрений и альбита увеличивало массу растения на 14,8%, гумата калия – на 18,5%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 25,9%. Масса зеленой части растения в варианте без удобрений была равна 0,13 г. Внесение минеральных удобрений, альбита и гумата калия увеличило массу зеленой части растения на 23%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 30,7%.

Масса колеоптильной части растения, в варианте без удобрений была равна 0,09 г. Минеральные удобрения оказали положительное действие – увеличение составило до 13%, альбит, гумат калия и аминокат повысили величину данного показателя на 16%, 17% и 19%, соответственно.

Масса корней в варианте без удобрений была равна 0,41 г. Внесение минеральных удобрений увеличило массу корней на 12,2%, альбита и гумата калия на 14,6%, наибольшее действие оказало внесение аминоката – на 24,4%.

Так, масса растения, зеленой части и корней яровой пшеницы в фенологической фазе развития трех настоящих листьев по всем вариантам опыта превосходила вариант без удобрений и в зависимости от применяемых удобрений имела повышенные показатели – при минеральных удобрениях на 14,8…23,0…12,2%, при альбите на 14,8…23,0…14,8%, гумате калия на 18,5…23,0…14,6% и при аминокате на 25,9…30,7…24,4%, соответственно.

Индекс эффективности (lэфф m) применения удобрений, биологически активных веществ и гумата калия на массу растения яровой пшеницы различался по вариантам, относительно варианта без удобрений повышение составило до 14,8% для минеральных удобрений и альбита, 18,5% для гумата калия, наибольшая эффективность была определена в варианте от внесения аминоката – 26%.

Накопление сахаров является необходимым явлением для обеспечения энергетических процессов, протекающих в растениях, и которые помогают преодолеть неблагоприятные факторы условий их выращивания [7]. В варианте без удобрений растениями было накоплено 20,3% сахаров. Минеральные удобрения повысили содержание сахаров на 4%, альбит и гумат калия также повысили на 7%-8%. Набольшее содержание сахаров, по сравнению с контролем, оказалось в растениях при применении аминоката на 12,3%.

Для коэффициентов вариации, вычисленных по результатам изучения стимулирующего действия биологически активных веществ на начальные ростовые процессы яровой пшеницы установлено низкое варьирование энергии прорастания, всхожести зерна, линейного роста частей растений, массы частей растений и содержания сахаров, значения коэффициентов вариации равны от 4,2 % до 9,0%. Среднее варьирование признаков установлено по таким показателям как высота растений V = 13,6 %, линейный рост колеоптилей V = 12,6 %, масса растений V = 11,4 % и масса колеоптилей V = 11,3 %.

 

Рис. 1. Линейная регрессия, в качестве зависимой переменной – индекс эффективности по линейному росту (lэфф ℓ), объясняющей переменной – энергия прорастания (%)

 

Различия по вариантам относительно варианта наименьшего значения концентраций данного удобрения по индексу эффективности применения различных концентраций биологически активных веществ и гумата калия на линейный рост и массу растений в фазе трех настоящих листьев яровой пшеницы, составили 9,9…11,9% для альбита, 5,7…9,0% для гумата калия, наибольшая эффективность была определена в варианте от внесения аминоката – 20,7…33,3%, соответственно.

При анализе полученных величин изученных показателей был проведен регрессионный анализ переменных. Наиболее показательные графики представлены на рисунках 1 и 2.

 

Рис. 2. Линейная регрессия, в качестве зависимой переменной – индекс эффективности по массе растений (lэфф m), объясняющей переменной – энергия прорастания (%)

 

Линейная регрессия, это вид регрессионного анализа, когда находят линейную функцию, которая, согласно определённым математическим критериям, наиболее соответствует экспериментальным данным [5, 6]. Из графика видно, что функция возрастает и является положительной величиной. Коэффициент детерминации R² (квадрат коэффициента корреляции) является основным показателем, отражающим меру качества регрессионной модели, описывающей связь между зависимой и независимой (объясняющей) переменой модели [4, 8]. В нашем случае на графиках 1 и 2 коэффициент детерминации R² близок к единице.

Заключение. На энергию прорастания семян яровой пшеницы по сравнению с контролем, оказали положительное влияние все применяемые препараты – на 4,2…5,6% минеральные удобрения, гумат калия и альбит, наибольшее влияние было оказано применением аминоката – на 8,3%. Всхожесть семян яровой пшеницы во всех вариантах опыта оказалась приблизительно одинаковой от 96 до 98%, а в варианте с аминокатом при применении концентрации I и с альбитом при концентрации II всхожесть семян имела максимальное значение – 100%.

Линейный рост растения, зеленой части и длины корней яровой пшеницы в фенологической фазе трех листьев по всем вариантам опыта превосходил вариант без удобрений и в зависимости от применяемых удобрений имел повышенные показатели – при минеральных удобрениях на 4,3…7,2%, при альбите и гумате калия на 13,0…17,5% и при аминокате до 21%. Различия по вариантам относительно варианта без удобрений индекса эффективности (lэфф ℓ) применения удобрений, биологически активных веществ и гумата калия на линейный рост растений яровой пшеницы составили более 7% для минеральных удобрений, 12,9…13,4% для альбита и гумата калия, наибольшая эффективность была определена в варианте от внесения аминоката на 20,1%.

Масса растения, зеленой части и корней яровой пшеницы по всем вариантам опыта превосходила вариант без удобрений и в зависимости от применяемых удобрений имела повышенные показатели – при минеральных удобрениях на 14,8…23,0…12,2%, при альбите на 14,8…23,0…14,8%, гумате калия на 18,5…23,0…14,6% и при аминокате на 25,9…30,7…24,4%, соответственно. Индекс эффективности (lэфф m) применения удобрений, биологически активных веществ и гумата калия на массу растения яровой пшеницы, различия по вариантам относительно варианта без удобрений составили более 14,8% для минеральных удобрений и альбита, 18,5% для гумата калия, наибольшая эффективность была определена в варианте от внесения аминоката – 26%.

В варианте без удобрений растениями было накоплено 20,3% сахаров. Минеральные удобрения повысили содержание сахаров на 4%, альбит и гумат калия также повысили на 7%-8%. Набольшее содержание сахаров, по сравнению с контролем, оказалось в растениях при применении аминоката, увеличение произошло на 12,3%.

При расчёте коэффициентов вариации по изучению стимулирующего действия биологически активных веществ на начальные ростовые процессы яровой пшеницы установлено низкое варьирование показателей – энергии прорастания, всхожести зерна, линейного роста частей растений, массы частей растений и содержания сахаров, коэффициенты вариации равны от 4,2% до 9,0%. Среднее варьирование признаков установлено по таким показателям как высота растений, линейный рост колеоптилей, масса растений и масса колеоптилей, коэффициент вариации составил от 11,3% до 13,6%.

Линейная функция, определённая по математическим критериям регрессионного анализа и наиболее соответствующая экспериментальным данным, представленная на графиках, возрастает и является положительной величиной, коэффициент детерминации R² близок к единице.

 

 

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests

About the authors

Natalia P. Bakaeva

Samara State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: bakaevanp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

Doctor of Biological Sciences, Professor

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

Olga L. Saltykova

Samara State Agrarian University

Email: saltykova_o_l@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9654-5950

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

Serafim R. Rakov

Samara State Agrarian University

Email: rakovserafim05@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7856-3688

student of the Faculty of Agronomy of Samara State Agrarian University

Russian Federation, Ust-Kinelsky, Samara region

References

Supplementary files