Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения урожайности яровых зерновых

Изобретение относится к сельскому хозяйству, области био- и нанотехнологий в растениеводстве, и может быть использовано для повышения продуктивности яровых зерновых, в частности пшеницы и овса.

Известна жидкая композиция для стимуляции роста растений, содержащая наночастицы диоксида титана [патент RU 2266649, A01N 59/16, A01N 25/30, дата публикации: 27.12.2005] [1]. Композиция содержит в качестве основного компонента водный раствор, содержащий коллоидные частицы диоксида титана. Наночастицы диоксида титана имеют такой размер частиц, что они могут быть легко абсорбированы растениями. рН водного раствора регулируют для предупреждения быстрого осаждения наночастиц диоксида титана в водном растворе до разведения водного раствора водой, обеспечивающего заданную концентрацию диоксида титана. Также композиция содержит вспомогательные средства, необходимые для роста растений, и поверхностно-активное соединение для диспергирования. Композиция позволяет повысить урожайность путем повышения фотосинтетической эффективности растений и позволяет увеличить бактерицидную активность растений против фитопатогенов. Кроме того, композиция позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды, связанную с избыточным применением биохимических удобрений.

Недостатком известного изобретения является регулировка рН водного раствора для предупреждения быстрого осаждения наночастиц диоксида титана в водном растворе до разведения водного раствора водой. Необходимость вспомогательных средств для роста растений.

Известен способ обработки сельскохозяйственных растений, в частности овса, включающий опрыскивание путем мелкодисперсного орошения надземной части вегетирующих растений [патент RU 2459403, А01С 21/00, дата публикации: 27.08.2012] [2]. Опрыскивание осуществляют раствором биологически активного вещества, содержащим ионы серебра. Подкормку проводят однократно в стадии всходов препаратом коллоидного раствора наночастиц серебра AgБион-2. Концентрация рабочей жидкости 0,00027%, норма расхода 250 л/га. Использование известного способа позволит повысить урожайность овса.

Недостатком известного способа является то, что при опрыскивании вегетирующих растений при норме расхода 250 л/га предполагается большой расход рабочего вещества.

Известен способ предпосевной обработки семян козлятника восточного Galega orientalis Lam, включающий их скарификацию [патент RU 2627556, А01С 1/00, дата публикации: 08.08.2017] [3]. Скарифицированные семена обрабатывают стимулятором роста гибберелином ГАЗ в концентрации менее 0,001 мас. % и суспензией наночастиц Fe в концентрации 0,002-0,008 мас. % в смеси нейтрального католита рН 9 и Eh=-350…-400 мВ с водопроводной водой рН 8 и Eh=+200…+250 мВ в соотношении 1:5 в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. При этом осуществляют одновременное перемешивание в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 30-45 мин. Способ обеспечивает активацию проращивания семян и повышение их энергии прорастания.

Недостатками данного изобретения является необходимость дополнительной обработки гибберелином ГАЗ и скарификация семян. Кроме того, достаточно сложная схема получения наночастиц железа, включающая вакуумную среду и давление.

В качестве прототипа было выбрано техническое решение, известное из статьи [Забегалов Н.В., Дабахова Е.В. Влияние кремнийсодержащего нанопрепарата на урожайность и содержание кремния в зерновых культурах // Достижения науки и техники АПК. 2011. №12. С. 22-24] [4]. Авторы подвергали обработке семена перед посевом и осуществляли совместную обработку семян и вегетирующих растений. Исходный раствор (0,2%-ной концентрации) разбавляли водой в соотношении 1:5, 1:10, 1:15 и 1:20. Кремнийсодержащий нанопрепарат представлен образованиями размером до 100 нм и в исходном растворе в расчете на 1 л жидкости содержит 2 г кремния.

Недостатком известного способа является отсутствие сведений о точном размере наночастиц в препарате («до 100 нм»), а также о методе получения наночастиц. Кроме того в прототипе использованы очень высокие концентрации нанокремния (от 0,01 до 0,03%).

Технической проблемой предлагаемого изобретения является разработка способа повышение урожайности яровых зерновых, а именно, овса или пшеницы за счет повышения устойчивости зерновых к полеганию и к возбудителям болезней растений.

Указанный технический результат достигается тем, что семена яровых зерновых овса или пшеницы перед посевом обрабатывают препаратом, в качестве которого используют водную суспензию наночастиц оксида кремния с концентрацией 0,3×10^-4-3,0×10^-4%, со средними размерами частиц 1-15 нм, полученных методом импульсной лазерной абляции мишени монокристаллического кремния в дистиллированной воде. Для приготовления препарата используют исходную суспензию с массовой концентрацией наночастиц оксида кремния 30 мг/л. Обработку семян проводят препаратом при расходе 1-10 мл на 10 кг семян.

Раскрытие изобретения.

Использование оксида кремния обусловлено свойствами кремния стимулировать рост растений и укреплять клеточную стенку, что повышает устойчивость зерновых к полеганию и препятствует проникновению возбудителей болезней в организм растений и, в конечном итоге, обеспечивает повышение урожайности. Применение кремния в наноформе усиливает вышеуказанные эффекты.

В изобретении в качестве исходной суспензии наночастиц оксида кремния была выбрана суспензию наночастиц оксида кремния с концентрацией 30 мг/л, которая получена экологически чистым методом импульсной лазерной абляции.

Заявленные пределы концентраций препарата выбраны экспериментальным путем.

При использовании концентрации препарата больше чем заявленной экономически нецелесообразно, а меньше чем заявленной не достигается заявленного технического эффекта.

Кроме того, концентрации используемого препарата при предпосевной обработке яровых зерновых гораздо меньше по сравнению с концентрацией препарата прототипа, что экономически более целесообразно.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Для приготовления препарата используют исходную суспензию наночастиц оксида кремния с массовой концентрацией наночастиц (SiO₂) 30 мг/л со средним размером частиц - 1-15 нм.

Пример 1.

Получение препарата - водной суспензии наночастиц оксида кремния с концентрациями 0,3×10^-4%; 1,5×10^-4%; 3,0×10^-4% приведено в таблице 1.

Для получения препарата вышеуказанных концентраций исходную суспензию разводили дистиллированной водой согласно таблице 1.

Выбор вышеуказанных концентраций был осуществлен на основании серии предварительных биотестов с семенами пшеницы и овса. Концентрации меньшие 0,3×10^-4% не оказывали положительного эффекта, а концентрации выше 3×10^-4% обеспечивали сопоставимое воздействие, но требовали больше исходной суспензии наночастиц оксида кремния с массовой концентрацией наночастиц (SiO₂) 30 мг/л, что неэффективно с экономической точки зрения.

Полученным препаратом обрабатывали семена яровых зерновых из расчета 10 л на тонну семян, или 10 мл на 1 кг семян. Обработку осуществляли опрыскивателем.

Семена яровых пшеницы сорта Ирень и овса сорта Тюменский голозерный опрыскивали препаратом в концентрациях: 3,0×10^-4%; 1,5×10^-4%; 0,3×10^-4%.

Пример 2.

Предпосевная обработка семян позволяет повысить урожайность путем повышения фотосинтетической активности растений. Для улучшения синтеза органических веществ необходимо повышенное содержание пигментов фотосинтеза.

Содержание пигментов определяли в спиртовой вытяжке на спектрофотометре UV-1601 фирмы SHIMADZU (Япония) при длинах волн 665 нм, 649 нм и 440,5 нм с последующим расчетом по формулам Вернона. Методика определения описана в истончиках [Астафурова Т.П. Практикум по биохимии и физиологии растений / Т.П. Астафурова, Г.С. Верхотурова, А.П. Зайцева, А.П. Зотикова, P.O. Собчак. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 2001. - 50 с.; Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А.А. Шлык // Биохимические методы в физиологии растений. - М.: Наука, 1971. - С. 154-170.] [5, 6]. Определение производили в подфлаговом листе овса в фазу выхода в трубку и флаговом листе пшеницы в фазу цветения.

В таблице 2 представлено содержание пигментов в подфлаговом листе овса, мг/г сухой массы. Предпосевная обработка семян препаратом в концентрациях 1,5×10^-4% и 0,3×10^-4% привела к увеличению содержания хлорофилла а, в и суммы каротиноидов на 11, 10 и 12% соответственно.

В таблице 3 представлено содержание пигментов во флаговом листе пшеницы, мг/г сухой массы. В полевом опыте с пшеницей увеличение содержания хлорофилла а на 2%, хлорофилла в на 3% и суммы хлорофиллов на 4% обнаружено в варианте обработки семян препаратом в концентрации 0,3×10^-4%.

Пример 3.

Предпосевная обработка семян препаратом позволяет повысить устойчивость растений к возбудителям корневых гнилей. Фитоанализ проводили в фазу цветения путем отбора растений в полевом опыте. С каждого варианта опыта отбирали не менее 30 растений. Распространенность болезней и индекс развития болезней учитывали в соответствии с рекомендациями В.А. Чулкиной с соавторами [Чулкина, В.А., Коняева, Т.Т. Кузнецова Борьба с болезнями сельскохозяйственных культур в Сибири. М: Россельхозиздат, 1987. - 253 с.] [7].

В таблице 4 представлена пораженность растений пшеницы корневыми гнилями. Показано, что предпосевная обработка семян пшеницы препаратом во всех использованных концентрациях привела к уменьшению распространенности болезней от 16 до 33% и индекса развития болезни от 7 до 14%.

Пример 4.

Полевой опыт был заложен на темно-серой среднеоподзоленной почве с рН - 5,1% и содержанием гумуса 6,5%, подвижного фосфора - 17,8 мг/100 г почвы, обменного калия - 8,0 мг/100 г почвы. Закладка опыта проводилась по стандартной методике Б.А. Доспехова на стационаре СибНИИСХиТ «Лучаново» (г. Томск), распределение вариантов опыта - систематическое, повторность опыта - 3-кратная. Площадь делянки 1 м².

В таблице 5 представлена урожайность зерна пшеницы в полевом опыте. Положительное воздействие предпосевной обработки семян пшеницы препаратом на содержание пигментов фотосинтеза в листьях пшеницы и устойчивость растений к возбудителям болезней обеспечило уменьшение полегаемости и увеличение урожайности пшеницы в полевом опыте на 4-20%.

Таким образом, предпосевная обработка семян яровых зерновых (пшеница и голозерный овес) препаратом в диапазоне концентраций 0,3×10^-4-3×10^-4% позволила увеличить содержание пигментов фотосинтеза в листьях, уменьшить распространенность болезней и индекс развития болезни и увеличить урожайность яровых зерновых.