Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ ПО ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение при совершенствовании технологии возделывания картофеля.

Картофель - одна из стратегически значимых культур разностороннего использования как продукт для питания человека, так и сырье для крахмалопаточной и спиртовой промышленности. Россия по производству картофеля занимает третье место в мире. В странах с развитым картофелеводством - Китае, США, Германии, Голландии - урожайность картофеля достигает 48-60 т/га. К сожалению, в России, где картофель возделывается на площади более 3 млн. га, валовый сбор составляет около 35 млн. тонн, а урожайность - около 12 т/га. Картофель в России: популярен, перспективен, технологичен и очень запущен [1].

Общемировой опыт земледелия показывает, что уровень урожайности сельскохозяйственных культур находится в прямой зависимости от количества применяемых удобрений. Однако из года в год цены на минеральные удобрения подвышаются, и товаропроизводители вынуждены искать иные способы увеличения урожайности. Сокращение объемов применения минеральных удобрений в сочетании с использованием новейших биотехнологических разработок способствует не только увеличению продуктивности сельскохозяйственных культур, но и позволяет получить высококачественную экологически чистую сельскохозяйственную продукцию и снизить загрязнение окружающей среды [2].

Известен способ возделывания картофеля на орошаемых землях, предусматривающий проведение осенью следующих операций: глубокую зяблевую вспашку с одновременным внесением органических удобрений, безотвальное рыхление поперек поля с одновременным внесением минеральных удобрений, нарезание гребней, весеннюю посадку картофеля, уход за растениями, полив и уборку. Минеральные калийные удобрения вносят один раз - осенью. Минеральные азотные и фосфорные удобрения вносят дважды - осенью и весной при посадке «под клубень» [3].

Недостаток способа заключается в том, что все операции подготовки почвы проводят последовательно одна за другой, что повышает энергозатраты на получение урожая картофеля и приводит к уплотнению почвы тяжелыми машинами, особенно подпахотного горизонта. Кроме того, в течение вегетации при проведении поливов, происходит уплотнение почвы в гребнях, что снижает урожайность картофеля.

В литературе известен еще один способ возделывания картофеля в условиях орошения, основными компонентами которых являются: обработки почвы, внесение органических и минеральных удобрений и орошение картофеля. Например, при предполивной влажности почвы 75…80% НВ и дозе органических удобрений (навоза) 70 т/га средняя урожайность картофеля за 3 года составляет 29,6 т/га; при той же дозе навоза и максимуме минеральных удобрений N₁₃₀P₁₃₀K₁₁₅ средняя урожайность картофеля за 3 года возрастает до 33,0 т/га [4].

Недостаток подобных способов возделывания картофеля: невысокий эффект при сочетании трех важных факторов воздействия на почву и на клубни -высокая влажность почвы, высокая доза органики, высокий уровень минеральных удобрений; при отсутствии минеральных удобрений и сохранении дозы органики (70 т/га), при той же НВ почвы, средняя урожайность картофеля снижается на 3,4 т/га или на 10,3%.

В исследованиях изучен природный комплексный минерал в виде песка -глауконит, который используется в качестве удобрения при выращивании картофеля. Глауконит содержит калийное удобрение К₂О - 8,57%, магниевое удобрение MgO - 4,31%, другие минералы и микроэлементы. Глауконит улучшает агрохимические свойства почвы, поглощает и переводит в недоступное состояние тяжелые металлы, улучшает минеральное питание и, в конечном счете, способствует повышению урожайности картофеля. При дозе внесения глауконита 2 т/га в сочетании с минеральными удобрениями N₆₀Р₆₀К₆₀, урожайность картофеля составляет 35,3 т/га, а при дозе глауконита 40 т/га и том же уровне минерального питания - 38,3 т/га [5].

Недостаток данного способа возделывания картофеля: применение глауконита вместе с минеральными удобрениями, при наличии в почве только глауконита в дозе 2 и 40 т/га (без минеральных удобрений) урожайность картофеля составляет соответственно 29,6 и 33,6 т/га, т.е. существенную прибавку урожая дает минеральное питание; при увеличении дозы глауконита в 20 раз (40:2) урожайность возрастает в 1,135 раза.

Из данного исследования следует, что необходимо внедрять высокоэффективные нанотехнологии, повышающие урожайность, и устойчивость к неблагоприятным природным факторам.

За последние десятилетия во многих странах мира наноматериалы и нанотехнологии находят применение практически во всех областях сельского хозяйства [6, 7].

Особенно активно исследуются наночастицы металлов, в том числе железа. Отмечается, что для проявления биологической активности наночастицы металлов должны быть обработаны в определенных условиях [8].

Известен способ предпосадочной подготовки клубней картофеля включающий обработку суспензией соединений железа, в которой используются наночастицы оксигидроксида железа, обработанные ультразвуком [9].

Этот способ высокоэффективен, но отличается сложностью реализации и высокой себестоимостью полученной продукции.

Наукой и практикой накоплен значительный опыт по влиянию высокодисперсных частиц металлов на рост и развитие растений. Взаимодействие наночастиц металлов с растениями сопровождается их встраиванием в мембраны, проникновением в клетки и клеточные органеллы, взаимодействием с нуклеиновыми кислотами и белками, что может существенно изменять функции различных биологических структур [10, 11].

Используя достижения нанотехнологии применения (НЧ) при обработке клубней картофеля совместно в смеси с католитом, как допинг преодоления негативных воздействий [12], представляется возможность значительно повысить их энергию прорастания, всхожести и роста [13].

Известно, что недостаток кремния сдерживает рост и развитие растений. Выводы ведущих мировых ученых выдвигает свойства кремния на первое место [14]. При улучшении кремниевого питания повышается эффективность фотосинтеза и активность корневой системы [15].

Известно и возбуждающее влияние наночастиц железа на повышение энергии прорастания и всхожести семян, подтвержденное результатами исследований [16, 17, 18].

Анализ доступных источников информации не выявил применения ультрадисперсионных частиц (далее УДЧ) железа Fe оптимальной дозировки [19, 20] и УДЧ оксида кремния SiO₂ в смеси с католитом при обработке под давлением, как способ повышения урожайности картофеля. При этом задачей являлось и установление времени обработки при оптимальной дозировке УДЧ SiO₂ в сочетании с оптимальной для УДЧ Fe в растворе католита.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует патентоспособности «новизна».

Целью изобретения является более интенсивное прорастание, ускоренное развитие растений и повышение урожайности картофеля. Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу клубни перед посадкой обрабатываются под давлением 114*10³ Па в эмульсии ЭХА католита с УДЧ Fe и SiO₂, с показателями католита рН 8-9 и редокс-потенциалом Eh=-400…-500 мВ, стабилизированным глицином в количестве 0,01 мас. % на установке с вращающимся барабаном с частотой 10 об/мин в течение 5 мин.

Характеристика ультрадисперсионных частиц (УДЧ) представлена в табл. 1.

Способ позволяет повысить урожай и качество картофеля за счет создания более благоприятных условий для клубнеобразования при применении УДЧ Fe и SiO₂.

Использование предлагаемого способа электрохимической активации клубней картофеля позволяет полнее использовать генетический потенциал, заложенный в сорте путем интенсивного прорастания жизнеспособной почки в течение 10-15 дней.

В качестве прототипа и контроля в опыте использован известный способ возделывание картофеля на орошаемых землях [21].

Для опыта использовали сорт картофеля Ицил, отобран из ботанических семян, полученных от скрещивания сортов Кондор и Фреско в лаборатории селекции картофеля Южно-Уральский научно-исследовательский институт садоводства и картофелеводства - филиал ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук».

Режим обработки клубней картофеля представлены в таблице 2.

Для дезинфекции клубней картофеля при их подготовке к опыту обрабатывали 0,01%-ом растворе марганцовокислого калия.

Предлагаемый нами стабилизатор демонстрирует устойчивую противомикробную и противогрибковую активность, длительную сохранность редокс-потенциала катодного водного раствора и представляет собой аминокислоту из группы полярных (гидрофильных) незаряженных аминокислот в количестве не менее 0,01 мас. %, в нашем эксперименте глицин [22].

Водный раствор католита с рН 8-9 и редокс-потенциалом Eh=-400…-500 мВ получали в эксперименте путем электролиза водопроводной воды с помощью биоэлектроактиватора «Эсперо-1».

Исходные данные используемой водопроводной воды в опыте соответствовали требованиям СанПин 2.1.4.1074-01.

Обработанные клубни высаживают картофелесажалкой и в дальнейшем выращивают по существующей технологии.

Для проверки достижения поставленной цели в нашем эксперименте предпосевной обработке клубней выращивание, уход за растениями и уборку проводили на орошаемом участке ООО «Агрофирма «Промышленная». Осенью на глубину 0,25…0,27 м проводили вспашку с внесением удобрения в дозе 112 кг. д.в. фрезерным мультитиллером. Весной осуществляли обработку культиватором GRIMME FA 400 - на глубину 0,12…0,14 м, с локальным внесением минеральных удобрений аммофоса 150 кг. д.в. на 1 га. Общая норма внесения минеральных удобрений составила N₇₅P₇₅K₁₁₂ кг. д.в.

Картофель высаживали четырехрядной картофелесажалкой GRIMME GL-420 с междурядьем 0,75 м. Нарезку гребней высотой 0,23…0,25 м проводили гребнеобразователем GRIMME. За время вегетации было проведено 5 поливов дождевальной машиной BAUER «система 5000» с оросительной нормой 2750 м³/га.

Результаты эксперимента представлены в таблицах 3 и 4.

Так, значимое увеличение количества стеблей на 1 растение выше контрольных значений (Р<0,05) было зафиксировано при всех обработках ультрадисперсионными железа и оксида кремния под давлением 855 мм рт.ст. Для диапазона времени 5-10 мин. было характерно увеличение массы стеблей 916±19,1 - 1028±14,9 г против 785±12,3 г в контроле (Р<0,05) (табл. 4). При этом отдельным аспектом полученного результата являлось наибольшим количеством клубней на 1 растение в контрольном варианте 14±1,2 шт. В тоже время предлагаемый предпосадочный способ обработки клубней картофеля ЭХА католитом под давлением 855 мм рт.ст. в течение 5 минут по I варианту (табл. 2) показал, что масса клубней на 70 сутки после посадки превышала контроль в 1,5 раза, а I и III вариант на 15% и 54% соответственно (табл. 4).

Приведенные данные свидетельствуют о высокой эффективности возделывания способа картофеля под давлением в течение 5 минут по I варианту. Способ экологически чист и позволяет повысить максимальный потенциал сорта за счет совершенствования технологии возделывания картофеля, которое и предопределяют повышение, как качества сорта, так и урожайность на 30-40%.

1. [Электронный ресурс] // Ежедневное аграрное обозрение. URL: http://agroobzor.ru/rast/a-126.html (дата обращения 27.01.2015).

2. Суков А.А., Чухина О.В. Разработка системы удобрения сельскохозяйственных культур в северной части европейской России. - Вологда - Молочное: ИЦВГМХА, 2013. - 152 с.

3. Ленточно-гребневая технология возделывания и уборки картофеля. Рекомендации, 1982. - С. 5-18.

4. Кружилин И.П. и др. Орошение картофеля в Западной Сибири. - Волгоград: ВНИИОЗ, 2001. - 37 с.

5. Васильев А.А. Глауконит - эффективное природное минеральное удобрение картофеля // журнал «Аграрный вестник Урала» 2009. - №6 (60) - С. 35-37.

6. Liang YC, Chen Q, Liu Q, Zhang WH, Ding RX Exogenous silicon (Si) increases antioxidant enzyme activity and reduces lipid peroxidation in roots of salt-stressed barely (Hordeum vulgare L.). J of Plant Physiol. 2003. - 160: 1157-64.

7. Zhu JK (2003) Regulation homeostasis under salt steress. Current Opinion in Plant Biology 6(5): 141-145.

8. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006. - 126 с.

9. Патент РФ №2545667. Опубликовано 10.04.2015. Бюл. №10.

10. Кефели В.И. Рост растений и природные регуляторы. Физиология растений. Т. 25. Вып. 5. М., Наука, 1978.

11. Картофелеводство: история развития и результаты научных исследований по культуре картофеля: сб. науч. тр. ФГБНУ ВНИИКХ, под ред. С.В. Жеворы. М., 2015. - 449 с.

12. Патент RU №2234945. Опубликовано 27.08.2004. Бюл. №14.

13. Виноградова Д.Л., Малышев Р.А., Фолманис Г.Э. Экономические аспекты применения нанотехнологий в земледелии / Под. общ. ред. Г.В. Павлова – М.: Исследовательский центр проблем качеств подготовки специалистов. 2005. - С. 8-34.

14. Ma, J.F. et al. (2004) Characterization of Si uptake system and molecular mapping of Si transporter gene in rice. Plant Physiol. 136, 3284-3289.

15. Wang S.Y., Galletta G.J. Foliar application of potassium silicate induces metabolic changes in strawberry plants. Journal of Plant Nutrition. Vol. 21, Iss. 1,1998.

16. Патент RU №2635103. Опубликовано 09.11.2017. Бюл. №31.

17. Патент RU №2623471. Опубликовано 26.06.2017. Бюл. №18.

18. Патент RU №2627556. Опубликовано 08.06. 2017. Бюл. №22.

19. Heather A. Currie, Carole С. Perry. Silica in plants: Biological, biochemical and chemical studies // Ann. Bot. 2007. December. 100(7). P. 1383-1389.

20. Матыченков B.B., Бочарникова E.A., Кособрюхов A.A., Биль К.Я. О подвижных формах кремния в растениях // ДАН РАН. 2008. Т. 418. №2. С. 279-281.

21. Патент RU №2354095. Способ возделывания картофеля на орошаемых землях / И.П. Кружилин, В.В. Меликов и др. Опубликовано 10.05.2009. Бюл. №13. - прототип.