«ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ ПРИ НЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКЕ РАСТЕНИЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ...»

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ШРАМКО Галина Александровна

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ ПРИ

НЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКЕ РАСТЕНИЙ

ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Специальность 06.01.04 – Агрохимия Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор химических наук, профессор АЛЕКСАНДРОВА Э.А.

Краснодар – Список сокращений и обозначений АОА – антиоксидантная активность АТФ – аденозинтрифосфорная кислота ВВ – водопроводная вода ДВ – дистиллированная вода ЕКО – емкость катионного обмена ПДС – протондвижущая сила ПКУ – поликомпонентное комплексное удобрение ФП – фотосинтетический потенциал ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза Хл – хлорофилл ЭХА – электрохимическая активация ЭХАВ – электрохимически автивированная вода ЭХАВ-А – анолит ЭХАВ-К – католит ОВП – окислительно-восстановительный потенциал ОВР – окислительно-восстановительная реакция рН – водородный показатель РНК – рибонуклеиновая кислота ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота АДФ – аденозиндифосфат РДФ карбоксилаза – рибулозодифосфаткарбоксилаза НАДФ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………

1. ПОЛУЧЕНИЕ, СОСТАВ, СВОЙСТВА ЭХАВ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ (обзор литературы) 1.1 Агрохимические особенности выращивания озимой пшеницы…………. 1.2 Получение, состав и свойства ЭХАВ……………………………………… 1.3 Применение ЭХАВ при возделывании озимой пшеницы ………………..

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Почвенно-климатические условия в зоне проведения полевых опытов… 2.2 Изучаемые сорта озимой пшеницы и методы её исследования………….. 2.3 Удобрения для некорневой подкормки. Разработка нового состава ПКУ…. 2.4 Активаторы воды и методы исследования ЭХАВ………………………...

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК,

ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ЭХАВ 3.1. Электрохимические характеристики ЭХАВ-К и ЭХАВ-А……………… 3.2 Химический состав ЭХАВ…………………………………………………. 3.3 Оценка экологической безопасности ЭХАВ-К…...……………………….

4. АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭХАВ-К ПРИ

ОБРАБОТКЕ СЕМЯН И РАСТЕНИЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

4.1 Влияние ЭХАВ-К на посевные качества семян озимой пшеницы ……… 4.2 Влияние некорневой подкормки с применением ЭХАВ-К на рост, развитие и физиологические показатели растений озимой пшеницы…. 4.3 Динамика содержания азота, фосфора и калия в растениях озимой пшеницы …………………………………………………………. 4.4 Влияние ЭХАВ-К на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.. 4.5 Оценка хозяйственного выноса и баланса элементов минерального питания в системе «почва-удобрение-растение»……………………………. 4.6 Экономическое обоснование применения ЭХАВ-К и нового состава ПКУ в некорневой подкормке растений озимой пшеницы……. ВЫВОДЫ………………………………………………………………………. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ……………………………………… СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.…………………………. ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Повышение рентабельности сельскохозяйственного производства озимой пшеницы является основной задачей агропромышленного комплекса. В Краснодарском крае озимая пшеница занимает ведущее место среди зерновых культур. Площадь её посевов ежегодно занимает 1-1,2 миллиона гектаров или около 40% общей посевной площади. Одним из наиболее рациональных путей решения этой задачи является разработка инновационных экологически безопасных энергосберегающих технологий её производства.

При выборе инновационной технологии выращивания пшеницы мы опирались на полученные нами впервые положительные результаты воздействия электрохимически активированной воды (ЭХАВ) - католита при некорневой подкормке груши (патент № 2355160, 2009) и винограда (в соавторстве с Радчевским П.П. и др., 2007).

Электрохимически активированную (ЭХА) электролизную воду получают из слабоминерализованной водопроводной в диафрагменном электролизёре: у анода – анолит ЭХАВ-А (рН < 7, окислительно-восстановительный потенциал ОВП > 0), у катода – католит ЭХАВ-К (рН > 7, ОВП < 0). Электрохимические величины рН и ОВП, характеризующие степень активации воды, можно не только легко оценить, но и направленно регулировать силой тока, напряжением и продолжительностью электролизного воздействия. До последнего времени имеющиеся литературные данные по применению ЭХАВ были мало связаны с сельским хозяйством. В настоящее время научный интерес учёных-агрономов к ЭХАВ заметно вырос. Известны работы по положительному влиянию ЭХАВ на обработку семенного фонда пшеницы [104; 62]. Однако до настоящего времени экспериментальные данные об использовании ЭХАВ, в частности ЭХАВ-К, в некорневой подкормке растений пшеницы в литературе отсутствовали. Остаётся не ясным механизм биологического действия ЭХАВ, не выявлены наиболее приемлемые характеристики в качестве критериев её биологической активности. Для дальнейшего применения ЭХАВ в сельском хозяйстве, а именно в некорневой подкормке растений озимой пшеницы необходимо агрохимическое обоснование её биологической активности, экологической безопасности и экономической эффективности.

В связи с этим цель диссертационной работы заключалась в экспериментальной эколого-агрохимической и экономической оценке применения ЭХАВ-К при некорневой подкормке растений озимой пшеницы для повышения урожайности и качества зерна.

1. Изучение электрохимических характеристик рН и ОВП ЭХАВ-К и ЭХАВ-А в зависимости от продолжительности электролиза, процесса релаксации, а также количественного соотношения их в бинарных смесях и разбавления исходной водой.

2. Исследование экологической безопасности ЭХАВ-К.

3. Агрохимическая оценка применения ЭХАВ-К в качестве растворителя удобрений при предпосевной обработке семян и некорневой подкормке растений озимой пшеницы.

4. Изучение влияния некорневой подкормки с применением ЭХАВ-К на рост, развитие и физиологические показатели растений озимой пшеницы.

5. Изучение динамики содержания азота, фосфора и калия в надземных органах растений озимой пшеницы в период её вегетации в зависимости от концентрации водного раствора ЭХАВ-К при некорневой подкормке растений.

6. Установление наиболее эффективной концентрации водного раствора ЭХАВ-К, обеспечивающей повышение продуктивности и качества зерна пшеницы.

7. Экономическая оценка использования ПКУ и ЭХАВ-К в различных концентрациях при некорневой подкормке растений.

Диссертационная работа выполнена в период 2005–2013 гг. в соответствии с госбюджетной тематикой научных исследований Кубанского государственного аграрного университета, государственная регистрация № 01.2.00606829, № 01.2.01153621.

Научная новизна - Предложен новый состав поликомпонентного комплексного минерального удобрения (ПКУ), содержащего микроэлементы в специально подобранных концентрациях с учетом химического элементного состава зерна (Патент № 2349071, 2009).

- Разработан прием повышения урожайности озимой пшеницы с использованием ЭХАВ-К в составе растворителя удобрений для некорневой подкормки посевов озимой пшеницы (Патент № 2349072, 2009) [101].

- Методом биотестирования показана экологическая безопасность воздействия ЭХАВ-К (до 30 масс.%) на живые организмы и популяции на клеточном уровне.

- Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой установлено, что ЭХАВ-К, полученный в аппарате «Мелеста-М» и установке «Изумруд-СИ», удовлетворяет требованиям ПДК на тяжелые металлы для питьевой воды.

- Биологическая активность ЭХАВ-К в некорневых подкормках растений озимой пшеницы обоснована его положительным влиянием на процессы фотосинтеза.

Практическая значимость - Предложен достаточно простой и доступный в техническом исполнении, экономически выгодный и экологически безопасный способ некорневой подкормки растений озимой пшеницы и повышения её урожайности.

- Использование предложенного состава ПКУ в 20%-м водном растворе ЭХАВ-К при некорневой подкормке вегетирующих растений озимой пшеницы сорта Дельта в фазу кущения весной позволило увеличить урожайность зерна на 19,2% (при контрольном варианте 5,34 т/га) и обеспечить получение продовольственного зерна 4-го класса.

- При использовании 20%-го раствора ЭХАВ-К в качестве растворителя ФлорГумата получена прибавка урожая зерна озимой пшеницы сорта Таня на 8,7%, при этом экономический эффект составил 2003 рубля с 1 га.

- Показана самостоятельная биологическая активность ЭХАВ-К, позволившая увеличить урожайность озимой пшеницы сорта Таня на 3% (контрольный вариант 4,7 т/га).

- Даны рекомендации производству по применению 20%-го водного раствора ЭХАВ-К в качестве растворителя удобрений при некорневой подкормке растений озимой пшеницы в фазу кущения весной.

- ПКУ в 20%-м водном растворе ЭХАВ-К использовано в 2013 году в КФХ РФ Краснодарского края, Тимашевсского района, х. ТанцураКрамаренко при выращивании пшеницы сорта Гром. Общая прибавка урожая составила 1,05 т/га при урожайности на контрольном участке 5,53 т/га.

Основные положения, выносимые на защиту:

Новый прием некорневой подкормки растений озимой пшеницы с применением ЭХАВ-К в качестве растворителя удобрений.

Экологическая безопасность и агрохимическая эффективность применения 20%-го водного раствора ЭХАВ-К.

Действие ЭХАВ-К проявляется в улучшении посевных качеств семян, усилении фотосинтетических процессов, повышении усвоения азота, фосфора и калия растениями озимой пшеницы, более интенсивном их росте и развитии, а также повышении зерновой продуктивности.

Экономическая целесообразность использования 20%-го водного раствора ЭХАВ-К и ПКУ при некорневой подкормке озимой пшеницы.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 33-й Научной конференции студентов и молодых учёных ВУЗов ЮФО (Краснодар, 2006); I и II Всероссийских научно-практических конференциях молодых учёных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса»

(Краснодар, 2007, 2008); 2-й Международной конференции «Человек и Природа. Проблемы экологии Юга России» (Тамань, 2008); Всероссийской конференции «Химический анализ» (Москва, 2008); «Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии» (Астрахань, 2008); III Всероссийской конференции «Аналитика России» с международным участием (Краснодар, 2009); VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2011» и «Школа молодых ученых», посвященные 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (Архангельск, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); V и VI Международных конгрессах «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2009, 2012); ежегодных научных конференциях в КубГАУ (Краснодар, 2008-2014).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано работы, из них 12 статей, в том числе 6 – в рецензируемых журналах, определенных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретения и 8 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, иллюстрирована 30 таблицами и 20 рисунками.

Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы, включающего 217 источников (190 – отечественных авторов и 27 – зарубежных) и приложений.

Личный вклад автора. Автору принадлежит более 80 процентов диссертационной работы, для выполнения которой она была оформлена соискателем при кафедре неорганической и аналитической химии ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет». Проведены агрохимические эксперименты в полевых и лабораторных условиях, а также физикохимические исследования электрохимически активированной воды. В полевых условиях организована закладка, уход, уборка полевого опыта, отобраны образцы растений для анализов. Осуществлена математическая и графическая обработка экспериментальных данных, их описание, интерпретация, публикация результатов исследований, составлены выводы и рекомендации производству.

Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю, д.х.н., профессору Э.А. Александровой за то, что в студенческие годы привила мне любовь к науке, привлекла к выполнению весьма интересной инновационной агрохимической работе, постоянную заботу и внимание. Автор выражает глубокую благодарность к.с.-х.н., доценту Т.В. Князевой за оказанную помощь в проведении полевых опытов. Сердечная благодарность член-корр. РАСХН, заслуженному деятелю науки РФ, Кубани, Республики Адыгея, д.б.н., профессору А.Х. Шеуджену за научную помощь на заключительном этапе представления работы по агрохимической специальности.

Большое спасибо всем сотрудникам кафедр неорганической и аналитической химии, агрохимии, почвоведения КубГАУ за внимание и интерес к исследованиям. Особая благодарность зав. кафедрой аналитической химии КубГУ д.х.н., профессору З.А. Темердашеву и его сотрудникам за предоставленную возможность исследований на современных приборах и помощь в работе.

1. ПОЛУЧЕНИЕ, СОСТАВ, СВОЙСТВА ЭХАВ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

1.1 Агрохимические особенности выращивания озимой пшеницы Пшеница на протяжении многих тысячелетий играет важную народнохозяйственную роль на планете и принадлежит к самым распространенным злаковым культурам. Ценность зерна пшеницы определяется высоким содержанием белков, жиров и углеводов. По содержанию белков (14-18 %) озимая пшеница превосходит все зерновые. Наиболее распространено в России культивирование озимой пшеницы по сравнению с яровой, благодаря низкой себестоимости и повышенным урожаям. Она является главной злаковой культурой юга России, и Северный Кавказ – один из основных районов её возделывания. Поэтому в качестве объекта исследования данной работы нами выбрана озимая пшеница – ведущая зерновая культура Краснодарского края. Целью данной работы является научное исследование и разработка элементов инновационной экологически безопасной технологии производства озимой пшеницы с применением ЭХАВ-К при некорневой подкормке её растений. Для достижения этой цели необходимо провести анализ литературных данных по современному состоянию двух вопросов: особенностей возделывания озимой пшеницы и биохимического воздействия ЭХАВ на рост и развитие данной культуры. Рассмотрим разработанные учёными научные основы развития озимой пшеницы, её биологические особенности и систему удобрений, в том числе некорневые подкормки.

Количество и соотношение потребляемых питательных элементов зависят от наследственной природы самого растения и условий внешней среды [172]. Реакцию растений на минеральное питание следует рассматривать во взаимосвязи: почва – удобрение – растение – климат [86]. Поглощение растениями питательных элементов зависит не только от биологических особенностей и свойств почвы (реакции, состава и концентрации почвенного раствора), но и от температуры, аэрации, влажности, продолжительности и интенсивности освещения, содержания в почве доступных форм элементов.

Экологические факторы имеют решающее значение в развитии растений, воздействуя на них не только непосредственно, но и через обусловленные ими почвообразовательные и микробиологические процессы. Наличие четко выраженных климатических зон вызывает необходимость агроклиматического районирования сельскохозяйственных культур, определение ареалов их возделывания в производственных масштабах [172].

Почвы для выращивания пшеницы. В Российской Федерации основные посевы озимой пшеницы сосредоточены на черноземах. Они имеют благоприятные для роста и развития этой культуры агрохимические и воднофизические свойства. В них содержится в среднем 57% гумуса. Черноземы отличаются от других типов почв большой мощностью гумусового горизонта, достигающей иногда до 1,01,5 м. Характерная особенность черноземов в том, что количество гумуса в них убывает постепенно от верхних горизонтов к нижним. Почвенно-поглощающий комплекс черноземных почв насыщен кальцием и магнием, причем преобладает кальций, на долю которого приходится более 90 % суммы обменных катионов. Черноземы хорошо оструктурены, благодаря большому количеству водопрочных агрегатов, не уплотняются, не заплывают; их равновесная плотность находится в оптимальных пределах для роста корневой системы – около 1,2 г/см3. Оптимальные почвенные характеристики для озимой пшеницы [176]: гумуса 48%, запасы органического вещества 300600 т/га, плотность корнеобитаемой толщи 1,35 г/см3, рН близко к 7, слабая выщелоченность почв от щелочноземельных катионов, высокое содержание Сa, Mg, K, Si, S, Fe и микроэлементов. Эти условные характеристики для структурированных легко и тяжело суглинистых почв с содержанием глины 4560%. Лёгкие песчаные почвы для пшеницы малоплодородны. Содержание обменного Na составляет 35%, максимум 515%, минимум не установлен; содержание CaCO3 от 5 до 20 %, содержание гумуса минимальное 24 %, максимальное не установлено [174].

По вопросу оптимальных значений рН почвенного раствора для озимой пшеницы мнения учёных разные. Считается, что потребностям растений озимой пшеницы удовлетворяют в большей степени чернозёмы с рН 6,0 7,5, т.е. нейтральной или слабокислой средой. По мнению Д.Н. Прянишникова [126], высокие урожаи пшеницы, можно получать при реакции почвенного раствора близкой именно к нейтральной (рН. 6,8 7,0). В плодородных черноземах Северного Кавказа, Центрально-Черноземной зоны, Поволжья показатель рН в течение вегетационного периода колеблется от 7,0 до 7,4, на некоторых почвах повышается до 7,8 7,9; и такие значения рН не препятствуют получению высоких и устойчивых урожаев озимой пшеницы. Озимая пшеница также хорошо растёт в южных и юго-восточных районах Российской Федерации на каштановых почвах, которые по содержанию гумуса и питательных веществ несколько уступают черноземам. В большинстве случаев количество гумуса в них колеблется от 2 до 5%, а мощность гумусового горизонта равна 3555 см. В работе [176] приведен расширенный диапазон рН водных суспензий почв под пшеницей 6,58,2; при этом указывается, что агрономы допускали минимум 5,0, а максимум 8,7. Таким образом, интервал возможных значений рН почвенных растворов для озимой пшеницы рН 5, 8,7.

Минеральное питание. Вопросы применения минеральных удобрений под озимую пшеницу занимают видное место в учебной литературе [2; 158;

172; 174; 177] и агрохимических исследованиях [55; 75; 35]. Озимая пшеница весьма требовательна к условиям питания. Особенно это относится к высокопродуктивным современным сортам, отличающимся повышенной потребностью в элементах минерального питания. От всходов до полного кущения растения пшеницы усваивают 3040% азота, фосфора, калия от всего потребляемого ими количества. Накопление сухого вещества составляет в этот период только 810%. Потребление минерального питания резко возрастает в фазу выхода в трубку и колошения растений, затем снижается [174].

Биологическая и агрохимическая роль минеральных удобрений.

Азотные удобрения играют ведущую роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. При их внесении усиливается рост не только надземных органов растений, но и корневой системы, что обеспечивает накопление в почве большего количества корневых остатков, обогащающих почву органическим веществом. При внесении в избыточных количествах азотных удобрений не только возрастают потери азота, но и наблюдается накопление нитратов в продукции растениеводства и питьевой воде выше ПДК. Таким образом, избыточное применение азотных удобрений может представлять опасность для окружающей среды [177]. Азот имеет исключительное значение в росте, развитии и формировании урожая. Он входит в состав простых и сложных белков, аминокислот, нуклеинов, хлорофилла, фосфатидов, витаминов, ферментов и других органических соединений клеток.

При оптимальном питании этим элементом повышается синтез белковых веществ, дольше сохраняется жизнедеятельность организма, ускоряется рост и замедляется старение листьев, растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие репродуктивных органов. В результате повышается урожай и содержание белка в зерне. Как недостаток, так и избыток азота в питательной среде отрицательно сказывается на росте и развитии растений, что в конечном итоге приводит к недобору урожая и снижению его качества.

При недостатке азота во вторую половину вегетации снижается накопление протеина в зерне, что ухудшает его хлебопекарные качества. При загущении посевов и ослабленном фотосинтезе в растениях возникает несбалансированность между поглощением азота и продуктами фотосинтеза. В ходе роста и развития поглощение азота изменяется, так как меняется характер биохимических процессов и формируются органы с иным химическим составом, чем образовывались ранее. Период максимального среднесуточного потребления азота совпадает со временем наибольшего накопления сухой массы в период выхода в трубку – колошения.

Критическими в отношении питания азотом являются периоды: 1) раннего развития от всходов до ухода под зиму; 2) ранневесенний период от возобновления весенней вегетации до выхода в трубку; 3) период налива зерна. Если в начале весенней вегетации растения не получают достаточного количества азота, в колосках развиваются лишь первые цветки. Усиление азотного питания в последующий период не способствует увеличению числа развитых цветков в колосьях. Наибольшая часть азота поступает в зерно из листьев и лишь 1826 % из корней [79].

Фосфорные удобрения. Фосфор – важнейший биогенный элемент; входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, участвует в дыхании, в процессе деления клеток и реакциях фотосинтеза. Он необходим на всех этапах роста и развития. Оптимальное питание фосфором обусловливает лучшее использование азота, более быстрый рост и развитие растений, повышает озернённость колоса, ускоряет созревание, увеличивает урожай и повышает его качество. Фосфор повышает водоудерживающую способность растительных тканей, содержание осмотической и коллоидно-связанной воды, гидратацию компонентов протоплазмы. Фосфор потребляется пшеницей неравномерно: вначале больше, потом меньше. В надземных органах содержание фосфора составляет, % сухой массы: в фазу кущения 0,550,60, трубкования 0,450,50, колошения 0,350,45, цветения 0,300,40 [1]. Наиболее важен фосфор в процессе прорастания семян и проростков пшеницы. Недостаток его в этот период нарушает метаболизм органических веществ (синтез аминокислот), что далее не исправить более поздним внесением удобрений. Второй критический период – интенсивный рост вегетативных органов и формирование колоса. В период созревания зерна содержание фосфора может в растении уменьшиться по сравнению с фазой восковой спелости зерна в результате оттока его в корневую систему.

Фосфор имеет большое значение в энергетическом обмене, участвует в углеводном и азотном обмене, в процессах фотосинтеза, дыхания и брожения.

Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяемая при окислении в процессе дыхания, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей макроэргических соединений. Важнейшее из таких соединений – аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Накопленная в АТФ энергия используется для жизнедеятельности растений. При недостатке фосфора нарушается обмен энергии и веществ в растениях [140]. Важное значение имеет соотношение фосфорных удобрений с калийными и азотными.

Калийные удобрения действует многообразно. Калий играет важную роль в фотосинтезе, образовании, перемещении и отложении в запас углеводов, участвующих в обменных процессах при синтезе аминокислот и белков, регулирует использование азота, катализирует деятельность многих ферментов. Ион калия – основной противоион, нейтрализующий неорганические анионы клеточных полиэлектролитов. Он создаёт разность электрических потенциалов между клеткой и наружной средой [158]. Возможно, именно в этом проявляется специфическая функция калия, делающая его необходимым и незаменимым элементом питания растений в поддержании электрических свойств пограничных образований протопласта. Изменение величины градиента электрического потенциала и потока веществ через мембрану клеток может быть причиной множества нарушений обмена веществ при дефиците калия [11; 158]. Калий поступает в растения озимой пшеницы с первых дней роста и продолжается до цветения, но больше всего потребляется в фазы выхода в трубку и колошения. Он усиливает образование боковых корней и общую поглощающую поверхность корневой системы.

Критический период в снабжении растений калием приходится на первые две недели роста после появления всходов. Наибольшее же его количество поглощается, как правило, в период интенсивного роста вегетативной массы. При недостатке калия листья начинают желтеть с краев, затем их края и верхушки приобретают бурую окраску, иногда с красными и ржавыми пятнами и выглядят как бы обожженными, на завершающем же этапе калиевого голодания эти участки отмирают. Дефицит калия тормозит процессы деления и растяжения клеток, снижает интенсивность фотосинтетических процессов и зерновую продуктивность растений [82]. Вместе с кальцием и магнием калий оказывает влияние на дисперсность, обводнённость и вязкость коллоидов протоплазмы. Содержание калия в надземных вегетативных органах растений озимой пшеницы, % сухой массы: в фазу кущения 3,54,2; трубкования 3,34,0; колошения 2,83,4; цветения 2,02,5. Это благоприятные условия для получения высокого урожая [1]. Оптимальное обеспечение калием повышает устойчивость к грибковым заболеваниям (корневым гнилям, ржавчине), упрочняет соломины, стебли и устойчивость к полеганию, усиливает отток углеводов из вегетативных органов к колосу, что обеспечивает крупность зерновок. После фазы цветения растений отсутствие калия не сказывается на величине урожая. В.Г. Минеевым [86] показано, что калий и фосфор сильно влияют на использование азота. При их недостатке растения не могут усваивать аммонийный азот, что ведёт к аммиачному отравлению. При нитратном источнике азотного питания недостаток калия, хотя и ведёт к снижению урожая, но растения всё же могут расти. Потребность в фосфоре более резко выражена при нитратном источнике азота; потребность калия сильнее проявляется при аммонийном источнике азота. Действие калийных удобрений зависит от обеспеченности растений азотом и другими элементами минерального питания. Избыток калия нарушает поступление кальция в растение, что отрицательно сказывается на развитии корневой системы. Согласно данным учебной литературы [140; 179], содержание питательных элементов, % на сухое вещество: в зерне озимой пшеницы N 2,80; Р2О5 0,85; К2О 0,50. В соломе N 0,45; Р2О5 0,20; К2О 0,50.

В работе А.Х. Шеуджена [176] в качестве основного удобрения в северной зоне Краснодарского края предлагается вносить в почву фосфор и калий в дозах Р30-60К0-30. В работе [199] для оптимизации минерального питания озимой пшеницы рекомендуется вносить фосфорные удобрения в сочетании с азотными. При этом отмечается, что фосфорные удобрения не оказывают влияния на содержание белка в зерне, а внесение азотных N50-100, обеспечивая прибавку урожая на 38%, увеличивает содержание белка в зерне, особенно при внесении азота весной.

Влияние сроков внесения удобрений на урожай и качество зерна озимой пшеницы отражено в работах [68; 79; 128; 152]. Исследованиями Б.И. Сандухадзе и др. [129] установлено, что разовое внесение N90 и N120 в период весеннего кущения не создавало оптимального содержания минерального азота в почве и растениях, что сдерживало повышение продуктивности и качества зерна. Хотя поздняя подкормка от колошения до молочной спелости существенно улучшает качество зерна, для установления дозы удобрения в этот срок необходимо проводить листовую диагностику – определение азота в трех верхних листьях [152]. О питании растений судят по химическому составу индикаторных органов – листьев и стеблей [179; 173].

Последние считают своеобразной лабораторией, из которой формирующиеся зерновки получают азот, фосфор, калий и другие элементы минерального питания растений. Учёными Кубанского государственного аграрного университета В.Т. Куркаевым, А.В. Лысенко, Ю.Н. Шарыгиным [68; 169] для условий Краснодарского края разработана система удобрений, сущностью которой является внесение большой дозы азота перед выходом растений в трубку. По сравнению с существующей системой (внесение больших доз осенью и три подкормки) это позволяет при равных нормах удобрений сократить число подкормок. В 2006 году С.М. Бесланеевым и др. [27] установлено, что лучшим сроком подкормки для озимой пшеницы является конец кущения и начало выхода в трубку. Дробное внесение азотных удобрений в весеннелетний период уменьшает потери азота за счет испарения и смыва и тем самым обеспечивает получение высоких урожаев с одновременным улучшением качественных показателей зерна. Исследования сроков применения минеральных удобрений для озимой пшеницы copта Shaan 354 [201], районированной к китайской восточной провинции Шэньси, позволили выявить оптимальные для данного региона дозы удобрений N260-280 P241-326 K186-224. При этом половина дозы азотных удобрений рекомендовано вносить в подкормки (25 % в период зимнего полива + 25 % в фазу выхода в трубку). По данным А.В. Черепанова [166], на формирование урожая сильное влияние оказывал недостаток влаги. Применение прикорневой подкормки N30 обеспечивало прибавку урожая в среднем 0,41 т/га, а внесение дополнительно N30 в некорневую подкормку в фазу выхода в трубку – еще 0,39 т/га. Действие прикорневой подкормки на качество зерна было относительно небольшим и неустойчивым. При некорневой подкормке белковость зерна повышалась на 1,31,6%, а содержание клейковины – на 36 %. При дополнительной некорневой подкормке в фазу молочной спелости качество зерна изменялось мало.

Полевые опыты И.Н. Мацнева с озимой пшеницей Мироновская 808 [81] показали, что внесение минеральных удобрений N30P45K45 заметно изменяет уровень обеспеченности растений элементами питания, усиливая рост растений уже в период осеннего кущения; в результате на 8,1 ц/га повышается урожайность по сравнению с контролем. Эффективность минеральных удобрений была повышена подкормкой органическим удобрением на 6,0 ц/га и известкованием выщелоченных черноземов на 9,6 ц/га. Все изученные приемы повысили качество зерна озимой пшеницы. Содержание общего азота составило 2,46 2,66 %, белкового 2,12 2,24 %, клейковины 25,0 27,2 %.

Наибольшее положительное влияние на качество зерна оказало органическое удобрение. При возделывании озимой пшеницы рекомендовано сочетание N30P45K45 и 30т/га полуперепревшего навоза.

Роль предшественников. Урожайность озимой пшеницы определяется в большой мере выбором предшественника и удобренностью почвы. Эти исследования представлены в работе Е.М. Лебедь и др. [72]. В стационарном опыте Эрастовской опытной станции (северная часть Украины) урожай зерна при размещении по черному пару, занятому пару, гороху, люцерне и кукурузе на силос без удобрений составил 47,5; 40,3; 42,9; 46,7 и 29,5 ц/га; при внесении минеральных удобрений – 54,8; 52,7; 55,4; 52,9 и 45,6 ц/га; при органоминеральном удобрении – 54,3; 52,0; 55,3; 53,1 и 45,0 ц/га. По этим предшественникам без удобрений содержание белка в зерне составило 11,7; 10,5;

11,4; 11,6 и 10,8 %; по минеральному удобрению – 12,9; 113; 12,0; 12,1 и 12, %; по органоминеральному – 12,7; 11,1; 11,7; 12,1 и 11,5 %. Сходная тенденция обнаруживалась в производственных условиях Днепропетровской области. Удобрения эффективнее использовались после менее благоприятных предшественников, но лучшие показатели качества были по черному пару.

Удобрения повышали качество зерна по всем предшественникам, в том числе по черному пару. Впервые для условий северной зоны Краснодарского края В.И. Цыганковым [165] изучены особенности роста, развития и формирования элементов урожая озимой пшеницы сорта Победа 50 в зависимости от предшественников (озимая пшеница и горох на зерно), сроков сева и доз минеральных удобрений. Уточнены дозы и сроки внесения минеральных туков с учетом предшествующей культуры и обеспеченности почвы основными элементами питания для озимой пшеницы сорта Победа 50. Это позволило дополнительно получить по колосовому предшественнику от 4,2 до 11,3 ц зерна с 1 га, по предшественнику горох – от 9,5 до 15,6 ц зерна с 1 га. Азотные удобрения под основную обработку почвы вносятся в зависимости от предшественника. В северной зоне Краснодарского края вносят N40-60, в центральной и южно-предгорной – N40-70. Меньшая доза дается по лучшим предшественникам: многолетним травам, гороху, кукурузе на силос, большие дозы – по поздним пропашным культурам [174, 176].

Влияние удобрений на фотосинтетические процессы. Большее количество литературных данных [10; 11; 40; 46; 179; 212; 217]посвящено влиянию N, P, K на формирование фотосинтетических пигментов в растениях.

В.В. Церлинг [179] отмечено сильное влияние на синтез хлорофилла азотных удобрений. На содержание пигментов в листьях влияет не только наличие самого элемента в почве, но и то, в какой форме он присутствует.

Зависимость процессов усвоения аммония и нитрата при фотосинтезе и дыхании имеет принципиальные различия, которые обусловлены разным характером пространственной организации, биохимическими и физиологическими особенностями включения в метаболизм окисленного и восстановленного азота [10; 195; 211]. По данным Bowman, Paul (1988); Marcshner (1995) ион аммония из-за токсичности не может накапливаться в тканях и ассимилируется в корнях, что требует высокого уровня дыхания и непрерывного притока фотоассимилятов для его поддержания [192; 202]. Поступающий из почвенного раствора аммоний, почти полностью превращается в азот органических соединений в корнях растений [9]. У большинства растений обезвреживание аммиака происходит путем образования амидов – аспарагина и глютамина (т. е. амидов аспарагиновой и глютаминовой аминокислот) [158].

В фотосинтезирующих органах происходит ассимиляция NH4+, образовавшегося при фотодыхании [189]. Нитраты могут накапливаться в растениях. Переход нитратов в аммиак совершается по мере использования его на синтез аминокислот. Нет синтеза – нет и образования аммиака из нитратов. Нитраты – лучшая форма питания растений в молодом возрасте, когда фотосинтетическая активность невелика и не образуются в достаточном количестве углеводы и органические кислоты [158]. Усвоение растениями аммония больше, чем нитратсоединений зависит от дыхательного метаболизма. С другой стороны, обе формы азота специфически влияют на углеводный метаболизм и распределение углеродных потоков как на уровне синтеза соединений, так и на уровне распределения по органам [70; 193; 202].

В работе Б.Л. Дорохова и И.И. Бараниной (1976 г.) [46] указывается, что влияние калия и фосфора на биосинтез и накопление хлорофиллов в листьях зависит от специфики культуры, фазы жизни растений. В опытах с яровым ячменём калий повышал содержание зелёных пигментов в фазе выхода в трубку на 1560%, а с яровой пшеницей – на 57%. Исключение из питательной смеси 50% и более фосфора уменьшает концентрацию хлорофилла на 923 % у озимой пшеницы во все периоды, кроме зимнего и фазы налива зерна.

Особенности некорневой подкормки растений. С точки зрения физиологии питания растений применение некорневой подкормки обосновывается тем, что однократным внесением удобрений в почву осенью или весной нельзя обеспечить растение всеми необходимыми питательными веществами в соотношениях, нужных ему в различные периоды вегетации [2]. Некорневая подкормка основана на способности растений усваивать питательные вещества поверхностью зелёных листьев и стеблей. В сочетании с основным удобрением она дает возможность добиться такого урожая, какой нельзя получить при одновременном внесении в почву всех удобрений даже в большой дозе. В последнее время получила распространение некорневая подкормка растений, применяемая при совместном опрыскивании для борьбы с вредителями и болезнями. В работе Э.О. Каминского [57] отмечено, что совместное применение удобрений более эффективно, чем отдельная подкормка и защита. При опрыскивании существенным вопросом, на который указывает автор, является количество жидкости, оседающей на растениях. В первом опрыскивании это была половина запланированной дозы и около 47,3 % технической дозы. При втором и третьем опрыскиваниях дозы полезной жидкости, оставшейся на растениях, были те же самые, в среднем они составляли по 126 дм3/га, что соответствовало 62 % и 61,4 % технических доз.

Одной из групп удобрений, применяемых некорневым способом, являются гуматы, в частности гумат калия (сапропелевый), действующим веществом которого являются калиевые соли гуминовых кислот с концентрацией 50 г/л по кислоте. Соли гуминовых кислот (гуматы) хорошо растворяются в воде и обладают физиологически активными свойствами, в малых дозах стимулируя рост и развитие растений. Их действие рассматривают, как регуляторное [159]; они влияют на синтез сахаров, хлорофилла, белка и особенно на оксидативные процессы. Главное в ростовых процессах – это синтез белковферментов и белков-конституентов, интенсивность которого определяет рост клеток и тканей организма. Под влиянием гуматов в растениях усиливаются азотный, фосфорный, калийный и углеводный обмены. С учетом значительного усиления проницаемости корневой системы растений успешно решается проблема эффективного усвоения минеральных удобрений [67]. Совместное использование гуминовых удобрений и средств защиты растений дает возможность снять фитотоксический эффект от действия ряда пестицидов, которые оказывают пагубное влияние на состояние почвы и могут вызывать стрессовые реакции у растений. Защитное действие гуматов с наибольшей силой проявляется в экстремальных условиях (высокая или низкая температура, засуха или переувлажнение, недостаточное количество света, кислорода в почве, накопление токсичных веществ) [170]. Изучение влияния гумата калия-натрия с микроэлементами на синтез хлорофилла в листьях озимой пшеницы Саратовская 90 показал, что синтез пигментов в варианте с применением гуматов был на уровне варианта с внесением минеральных азотных удобрений N30 в весеннюю подкормку [64]. Отмечалось влияние погодных условий, водного режима почв; при достаточном уровне увлажнения содержание зеленых пигментов было выше, чем в засушливые периоды. В работе В.Б. Щукина и др. [88] описано влияние некорневых подкормок микроэлементами на формирование площади фотосинтезирующей листовой поверхности, накопление биомассы, ФП и ЧПФ посева. В условиях Ставропольского края О.А. Бархатова [17] изучала влияние некорневых азотных подкормок и биологически активных веществ на формирование урожая и качество зерна озимой мягкой пшеницы. Получение высококачественного зерна зависело от погодных условий и суточного времени проведения азотных подкормок. В засушливые годы более эффективны некорневые подкормки озимой пшеницы в темное время суток (20002400). В благоприятные годы исследований наиболее эффективно проявляли себя биологически активные вещества в сочетании с мочевиной при дневной обработке в 1200. Эффективным было применение гумата натрия в 2400; при равенстве с контролем по урожайности, его применение позволило повысить качество зерна и уровень рентабельности на 16,4 %. Одной из агрохимических работ по применению минеральных некорневых подкормок растений озимой пшеницы в условиях Западного Предкавказья является диссертация С.В. Есипенко [51]. Применяя поликомпонентное удобрение Микроэл при некорневой подкормке в сочетании с предпосевной обработкой семян Микромаком, ему удалось повысить коэффициенты усвоения растениями азота удобрений на 24,8 %, фосфора – на 8,3 %, калия – на 10,5 % по сравнению с фоном N80P60K40.

Работ по влиянию ЭХАВ на некорневую подкормку растений озимой пшеницы в литературе не найдено. Данная работа проводится впервые. При её выполнении мы опирались на результаты проведенных нами ранее исследований по некорневой обработке плодовых деревьев груши (патент № 2355160, 2009) [102] и виноградников [126] с применением ЭХАВ-К. В соавторстве с Т.Н. Дорошенко и Р.М. Гергауловой [102] нами было показано, что ЭХАВ-К в качестве растворителя борной кислоты (0, 05%) при обработке груши сорта Ранняя Сергеева способствовал увеличению количества образовавшейся завязи на 8,5%, её сохранности на 14,7%, а также продуктивности на 86,5%. В соавторстве с П.П. Радчевским, Н.В. Матузок и Р.М. Гергауловой нами установлено, что включение в состав растворителя макро- и микроудобрений ЭХАВ-К позволило при обработке кустов белого технического винограда сорта Первенец Магарача увеличить содержание сахаров на 3, г/100 см3[126].

Вода – самое распространенное вещество в природе, основа жизни и среда для большинства растительных организмов. Она не просто наполнитель растительных клеток, а неотделимая часть их структуры и участник жизненных процессов. При участии воды происходит огромное число биохимических реакций синтеза и распада органических соединений в растениях. Содержание её в растениях зависит не только от вида, возраста, условий водоснабжения, но и от условий минерального питания [140].

Электрохимическая активация воды. Первые публикации об электрохимически активированной воде (ЭХАВ) с 1974 года принадлежат ташкентской группе исследователей под руководством В.М. Бахира [18; 19; 21; 22;

26]. Суть электрохимической активации (ЭХА) заключалась в электролизе водных сред (с низким фоном минерализации 0,01 0,2 г/л) в диафрагменном электролизёре с раздельным получением в прикатодном пространстве щелочного католита (ЭХАВ-К), а в прианодной области – кислого анолита (ЭХАВ-А). Для электрохимической обработки водных сред были сконструированы электролизеры диафрагменного типа [19; 20]. При анодной или катодной обработке пресной и даже дистиллированной воды получают ЭХАВ-А и ЭХАВ-К, тождественные по характеристикам рН сильным неактивированным растворам кислот и щелочей. При этом в ЭХАВ-А и ЭХАВ-К получаются такие сочетания рН и ОВП, которые не могут быть смоделированы в обычных химических растворах, не подвергавшихся электрохимическим воздействиям. Эта особенность является проявлением аномальных свойств ЭХАВ. Согласно указанным выше работам В.М. Бахира, термин активация подразумевает «усиление электродонорных или электроакцепторных свойств водно-минеральных сред или воды, выражающихся в обмене энергией между раствором или водой с веществом электрода на основе переноса свободных электронов». При этом он представляет ЭХА как новый класс физико-химических явлений, составляющих основу специального научно-технического направления [18], что способствовало началу широкой серии исследований по данному вопросу.

Применение устройств ЭХА началось в 1992 году. Поручением правительства Российской Федерации ВЧ-П12-01044 от 15.01.1998 г. было рекомендовано министерствам и ведомствам использовать в медицине, сельском хозяйстве и промышленности технологии ЭХА воды, официально признанные ВАК СССР в 1985 г. в качестве нового класса физико-химических явлений.

Техника для ЭХА воды. Наиболее широкими возможностями синтеза разнообразных по функциональным свойствам активированных растворов обладают установки типа СТЭЛ, Эхатрон, Потенциал [20; 26]. Для них характерны высокая экономичность, производительность, малые габариты и масса. В России существует несколько научно-производственных компаний серийно производящих установки СТЭЛ, Аквахлор, Изумруд и другую электрохимическую технику, защищённую многочисленными патентами В.М.

Бахира и его коллег. НПФ "ЭКОВОД" приступила к производству электроактиваторов нового поколения (ЭАВ-3 К, ЭАВ-6 К, ЭАВ-9 К), изготовленных с использованием в качестве анода материала "экосил", содержащего соединения кремния. Производители установок для электрохимической активации воды указывают, что ЭХАВ-К обладает биологической активностью, повышенной растворяющей и экстрагирующей способностью, а также свойствами катализатора, повышенной ассорбционно-химической активностью, пониженной величиной поверхностного натяжения и повышенной смачиваемостью. Катодная электроактивация дополнительно обеспечивает нейтрализацию и прямое электролитическое восстановление многозарядных катионов тяжелых металлов; в результате ионы металлов переводятся в инертную форму, становятся безвредными, не накапливаются в организме животных и человека [26].

Электролизная электрохимическая обработка воды имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами активации: разные по свойствам типы активированной воды (гидроксилированный ЭХАВ-К и протонированная ЭХАВ-А) получаются одновременно; электролиз – наиболее воспроизводимый и регулируемый процесс; создавая определённые условия и электрические параметры, а также длительность процесса электролиза, возможно получать ЭХАВ-К и ЭХАВ-А с заданными электрохимическими свойствами – водородным показателем рН и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).

Факторы электрохимической активности ЭХА-сред по В.М. Бахиру [21; 25]: 1) стабильные продукты электрохимических реакций – кислоты, основания и т.д.; 2) высокоактивные неустойчивые продукты электрохимических реакций, в том числе свободные радикалы; 3) «долгоустойчивые»

структуры, сформированные в области объемного заряда у поверхности электродов, как в виде свободных структурных комплексов, так и гидратированных оболочек ионов, молекул, радикалов, атомов. Факторы первой группы определяют кислотные и щелочные свойства ЭХА-сред, т.е. значения рН.

Факторы второй группы усиливают окислительные (электроноакцепторные) свойства ЭХАВ-А, а также восстановительные (электронодонорные) свойства ЭХАВ-К, обусловливающие аномальные характеристики ОВП. Факторы третьей группы придают ЭХА-средам каталитические, в том числе биокаталитические свойства. Факторы 2-й и 3-й групп могут быть получены только в уникальных условиях электрохимического синтеза. Долгоживущие квазиустойчивые структуры в ЭХА-средах возникают у поверхности электродов в электрическом поле напряженностью до нескольких миллионов вольт на сантиметр. К сожалению, рассмотрение в действии второго и третьего факторов на конкретных примерах авторы не приводят. Нет указаний и о механизме каталитической активности ЭХАВ-К, а также конкретных квазиустойчивых структурах в ЭХА-средах как в ходе электролиза, так и в релаксационных процессах.

Интенсивность процесса электрохимической активации зависит от концентрации солей в растворе, температуры, плотности тока на электродах и др. [14; 18; 65; 121]. Электрохимическая активация является преимущественно процессом электролиза водных растворов хлорида натрия. Как установлено [21; 23; 25; 110], она позволяет достичь максимально возможных величин активирующего действия. При этом протекают два параллельных окислительно-восстановительных полупроцесса: приём электронов ионами (восстановление) на катоде и отдача электронов ионами (окисление) на аноде [43; 183]. По данным О.А. Пономарева и Е.Е. Фесенко [121], энергетическая реорганизация молекулярных и надмолекулярных структур растворителя приводит к накоплению высокоокисленных (в ЭХАВ-А) и высоковосстановленных (в ЭХАВ-К) химических соединений. В результате водно-солевая система приобретает аномальные свойства, которые сохраняются в течение всего периода релаксации [121]. В анодную фракцию может переходить до 14% хлора и создаётся его избыток, в катодную фракцию переходит до 14% натрия.

Электрохимические процессы при ЭХА воды. В упрощенной форме основные процессы, происходящие в электролизере, представляются следующим образом:

1) окисление воды на аноде: 2Н2О – 4 е 4Н+ + О2; [39];

2) восстановление воды на катоде: 2Н2О + 2 е Н2 + 2ОН;

3) образование на аноде газообразного хлора в хлоридных растворах:

4) накопление в анодной камере высокоактивных окислителей и радикалов: С12О, С1O2, С1O, С1, О2, О3, ОН [19];

5) образование в катодной камере высокоактивных восстановителей:

ОН (Н3О2), Н2, НО2, О22 [19].

С учётом возможных стадий атомизации молекул Н2 и О2, их адсорбции на поверхности электродов, происходящей в процессе электролиза при потенциалах, превышающих потенциал разложения воды, процесс ЭХА воды на катоде и аноде, приведенный в работе И.Ю. Петрушанко [109], рассмотрен далее:

На аноде:

Символом «ads» здесь обозначены исходные соединения или продукты реакций, которые удерживаются на поверхности катода или анода адсорбционными силами. Если этот процесс осуществляется в двухкамерном электролизёре с разделительной мембраной нейтрального типа, то в катодной камере генерируются валентно-ненасыщенные частицы – радикалы Наds, и ионы ОН, в анодной камере – ОНаds, Оаds и ионы H+. Возможно также образование перекиси водорода и озона, что зависит от материала электрода и потенциала электролиза:

Образовавшиеся таким образом валентно-ненасыщенные частицы обладают повышенной реакционной способностью, что является основным фактором, обусловливающим ЭХА воды и водных сред. Под действием электрического тока валентно-ненасыщенные частицы (радикалы), обладающие свободной валентностью, могут вызывать достаточно глубокую деструкцию молекул органических соединений, вплоть до конечных продуктов разложения – СО2 и Н2О.

Образующиеся в ЭХАВ-К ионы OH вступают в химические реакции катионами металлов, образуя трудно растворимые гидроксиды двух- или трехвалентных металлов:

При этом понижается концентрация ионов двухвалентных металлов на четыре порядка, а трёхвалентных металлов – на шесть порядков.

Разновидности реакций, протекающих в катодной зоне. Как указано ранее, на катоде протекает реакция восстановления воды с образованием газообразного водорода: 2Н2О + 2 е Н2 + 2ОН. Образующийся в процессе реакции гидроксид-ион ОНможет существовать в воде, как в свободном виде, так и в виде гидратированных частиц: Н3О2, Н5О3, Н7О5, Н9О7[122] с продолжительностью жизни до нескольких десятков минут и различной реакционной способностью. В процессе самопроизвольного распада или взаимодействия гидроксид-иона с различными веществами может происходить образование гидратированного электрона еag и свободного радикала ОН· [87; 133]:

Растворенный в воде кислород может восстанавливаться на катоде:

Наличие гидратированных электронов позволяет объяснить повышенную «активность электронов» ЭХАВ-К и его ярко выраженные свойства восстановителя. Продукты приведенных электрохимических реакций в воде с низким значением окислительно-восстановительного потенциала (ОВП < 0) и рН > 9 сохраняются длительное время (от нескольких десятков минут до нескольких часов), если отсутствует воздействие дестабилизирующих факторов (перемешивание с воздухом, встряхивание, циклы нагрева - охлаждения и другие) [133].

Большой интерес представляют работы учёных [14; 15; 112; 113], посвящённые получению активированной воды с отрицательным ОВП путём насыщения её газообразным водородом. Авторы указанных работ ЭХАВ-А называют кислородной водой, «стимулирующей химические процессы окисления, получения энергии, улучшающей обмен веществ и способствующей очищению организма». Из стабильных активных долгоживущих форм кислорода авторы отмечают перекись водорода. ЭХАВ-К с большим отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом называют водородной водой, т.е. насыщенной газообразным водородом. В обычных лабораторных условиях достичь таких отклонений от нуля ОВП водных сред с помощью добавок различных реактивов к неактивированной воде практически невозможно. Отсюда ЭХАВ-К, обладающий отрицательными значениями ОВП и проявляющий поэтому восстановительные свойства, является весьма перспективным в практическом отношении.

Химический состав и физико-химические свойства ЭХАВ. Работ по исследованию химического состава ЭХАВ-К и ЭХАВ-А в литературе крайне мало, и приведенные данные часто носят противоречивый характер. В основном изучались электрохимические характеристики рН и ОВП. В работе [16] приведен химический состав ЭХАВ-К и ЭХАВ-А, полученных на установке СТЭЛ-10Н-120-01 (модель 80) из воды артезианского водоисточника с добавлением в неё 0,52% раствора поваренной соли. Как следует из этой работы, как в ЭХАВ-К, так и в ЭХАВ-А по сравнению с исходной водой увеличилось содержание анионов хлора более чем в 20 раз, катионов натрия более чем в 10 раз, и общая минерализация возросла более чем в 2 раза. Уменьшилось лишь содержание ионов железа в 2 раза в ЭХАВ-А и в 3 раза в ЭХАВ-К. При этом исследователи обнаружили, что сохранность измененных свойств воды зависит от материала тары и рекомендуют хранить активированную воду в емкостях из инертного материала не более 3040 часов без доступа воздуха. ЭХАВ-К с рН 7,59,0 имел ОВП от – 300 до – 600 мВ по хлорсеребряному электроду (ХСЭ). Было отмечено, что активированная вода с ОВП = – 400±15 мВ удерживала этот «заряд» (терминология авторов) минут. На основании данной работы был рекомендован к применению ЭХАВ-К в качестве биологически-активной добавки к кормам. Более детально исследовано изменение свойств и химического состава воды после её электрохимической активации в работе В.А. Леонтьева [73]. Им получено уравнение, связывающее рН и ОВП нейтральной воды: ОВП = 0,817 – 0, рН. При условии нейтральности воды ОВП = + 0,404 В. Согласно экспериментальным данным [73], плотность ЭХАВ-К составляла 995 кг/м3; электропроводность ЭХАВ-К 21·105 О м 1, нейтральной среды 34·105О м 1 ;

ЭХАВ-А 35·105О м 1. Поверхностное натяжение () у всех трёх сред (по В.А.Леонтьеву [73]) одинаково 71,06 мН/м. Однако в работе [120] отмечено снижение у свежеприготовленного ЭХАВ-К до 62 мН/м. Общая жёсткость нейтральной среды 3 ммоль/дм3, что на 82% больше жёсткости ЭХАВ-К (1, ммоль/дм3) и ЭХАВ-А (1,85 ммоль/дм3); при этом ЭХАВ-А имел рН 4, а ЭХАВ-К – рН 10. Ионный состав жидких сред В.А. Леонтьев определял с помощью ионной хроматографии. Обнаружено в ЭХАВ-А ионов железа в ~ раз больше, чем в нейтральной среде (0,320 мг/л), и в 27 раз больше, чем в ЭХАВ-К (0,064 мг/л). Ионов хлора в ЭХАВ-А содержалось 14,9 мг/л, что в 1,6 раза больше, чем в нейтральной среде 9,10 мг/л и в ~ 3,5 раза больше, чем в ЭХАВ-К (4,3 мг/л). Нитратов в ЭХАВ-А было в ~ 1,6 раза больше, чем в нейтральной среде 4,56 мг/л, и в ~ 2,6 раза больше, чем в ЭХАВ-К ( 2, мг/л). Сульфатов в ЭХАВ-А 47,7 мг/л, что в 1,5 раза больше, чем в нейтральной среде (30,6 мг/л), и в 3 раза больше, чем в ЭХАВ-К (16,0 мг/л). Самым бедным по количественному составу ионов был ЭХАВ-К. Установлено, что величина рН в течение месяца изменялась. Для ЭХАВ-А это изменение было незначительно (десятые доли рН). Показатель рН ЭХАВ-К уменьшился почти на две единицы, однако, и после месячного срока хранения оставался достаточно высоким (рН > 8). В работе О.В. Харченко [162] приведены электрохимические показатели питьевой воды конкретного качества после активации на установке СТЭЛ-МТ-1: ЭХАВ-К имел рН 10,0 11,5 и ОВП – – 850 мВ; ЭХАВ-А – рН 2,6 4,5 и ОВП +900 +1150 мВ; исходная вода рН 7,0 8,0, ОВП +250 +300 мВ.

Наиболее детально анионный состав ЭХАВ-К и ЭХАВ-А, а также содержание в них газовой фазы исследован в работе О.А. Пасько [100]. По данным [100] в процессе активации водно-газо-солевой среды происходят дегазация и диссоциация воды с образованием ионов солей, свободных радикалов, водорода, кислорода, и перекисных соединений. В ЭХАВ-А образуются молекулы перекиси водорода, некоторое количество гипохлорита натрия и соляной кислоты. В ЭХАВ-К появляются преимущественно щелочные образования – гипохлорит натрия, хлорноватистокислый натрий, гидроксид натрия. Изменение величины ОВП ЭХАВ свидетельствует об изменении ее термодинамических свойств, и максимальной энергией активированной системы обладает ЭХАВ-К, минимальной – ЭХАВ-А [100]. При этом для ЭХАВ-К характерна дегазация, а для ЭХАВ-А образование О2 и СО2. ЭХАВК насыщается водородом, содержание кислорода в нем снижается, рН сдвигается в щелочную сторону. В соответствии с изменением содержания растворенных солей Mg2+ и Са2+, уменьшается и жесткость активированной воды. О снижении общей минерализации свидетельствует также уменьшение удельной электропроводности растворов, по направленности совпадающее с уменьшением жесткости. Попытка прямого определения содержания свободных радикалов в активированной воде методом ЭПР-спектроскопии не дала определённого результата [100], хотя их наличие косвенно доказывается полимеризацией акрилнитрила [61].

1.3 Применение ЭХАВ при возделывании озимой пшеницы В настоящее время растениеводство России нуждается в неординарных агротехнических решениях для повышения продуктивности и потребительских свойств урожая, а также улучшения экологической обстановки окружающей среды и сельскохозяйственных угодий. Это связано с прекращением роста (в ряде мест – падения) урожайности, повсеместного загрязнения полей и среды обитания химическими ингредиентами, тяжелыми металлами. Увеличение сельскохозяйственного производства с использованием традиционных технологий сопровождается ростом энергетических и экономических затрат, а также неблагоприятным влиянием на окружающую среду. Традиционные научно обоснованные агротехнические методы и мероприятия не лишены недостатков и могут быть эффективно дополнены другими способами повышения продуктивности растений. Значительный интерес в этом плане представляет инновационная технология повышения эффективности сельскохозяйственного производства озимой пшеницы с применением ЭХАВ.

Научная литература по ЭХАВ имела в основном медицинскую, ветеринарную и другую направленность [16; 26; 32;48; 52; 60; 62; 63; 73; 80; 144; 194;

196; 216]. Только в последние 1015 лет начала развиваться данная сельскохозяйственная тематика. ЭХАВ стали применять в растениеводстве при предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур.

Особенно следует отметить изданную в 2011 году издательством Томского политехнического университета монографию д.с-х.н. О.А. Пасько и к.в.н.

Д.Д. Гомбоева «Активированная вода и возможности её применения в растениеводстве и животноводстве» [100].

На применение ЭХАВ при предпосевной обработке семян в научной литературе существует три точки зрения: 1) применение ЭХАВ-А; 2) применение ЭХАВ-К; 3) применение смесей ЭХАВ-К и ЭХАВ-А.

О.В. Харченко в диссертационной работе и многочисленных патентах рекомендует ЭХАВ-А с рН 3,5 5,3 и ОВП +700 +800 мВ (при норме расхода 10 л на 1 тонну семян) для предпосевной обработки семян ярового ячменя без удобрений и с удобрениями [162]. При этом отмечает следующие преимущества применения ЭХАВ-А: урожайность зерна возрастала на 0,350, т/га, питательность зерна повышалась за счет увеличения содержания протеина и жира, в варианте с дополнительным применением удобрений формитыс. м2/га).

ровалась значительно большая площадь листьев (23,77 Фотосинтетический потенциал (ФП) на фоне минерального питания стал выше на 88,48 106,80 тыс.м2·дней/га в сравнении с контролем. Однако увеличение ФП сопровождалось некоторым снижением чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ). На фоне минерального питания величина ЧПФ составила в 2004 г. 7,76 г/м2·сутки, в 2006 г. – 8,01 г/м2·сутки, что ниже на 0,16 и 0, г/м2·сутки по отношению к контролю. Эти результаты позволили О.В. Харченко рекомендовать предпосевную обработку семян ярового ячменя фракцией ЭХАВ-А.

В работе учёных Волгоградской госсельхозакадемии А. Овчинникова и В. Пындака [128] показано, что предпосевное замачивание семян озимой пшеницы Дон-95 (8 ч) в ЭХАВ-К или ЭХАВ-А повысило урожайность соответственно на 20,4 и 17,3%, по сравнению с контролем при улучшении качества зерна по белку и клейковине. Полевые опыты проводились на светлокаштановой почве (влажность 3550%, подготовка её с внесением удобрений выполнялась по общепринятым рекомендациям), семена заделывали в почву после замачивания без просушивания. Полевую всхожесть 87,5% семена получили после замачивания в течение 8 часов в ЭХАВ-А (рН 4,5); 62,6% она составляла после замачивания в течение 1 часа в 15%-м растворе «чистого»

бишофита и всего 37,4% – при замачивании в смеси ЭХАВ-К и бишофита (в соотношении 90:10). Лучшие показатели обеспечило замачивание семян в ЭХАВ-А и ЭХАВ-К. В работе [49] показано влияние ЭХАВ на всхожесть семян ячменя. Обработка в начале ЭХАВ-А 5 часов, затем ЭХАВ-К 19 часов (контрольную группу семян замачивали в водопроводной воде 24 часа) способствовала более раннему прорастанию семян. Всхожесть увеличилась на 22 60% по сравнению с контролем. В авторских свидетельствах [143; 144] указано, что использование ЭХАВ для выращивания сельскохозяйственных культур на всех стадиях их развития позволяет: 1) стимулировать всхожесть, рост и развитие растений при поливе их ЭХАВ-К (щелочная среда) или смесью ЭХАВ-К и ЭХАВ-А; 2) значительно повысить устойчивость растений к почвенным патогенам за счет полива их ЭХАВ-А; 3) восстановить всхожесть старых семян. В работе [106] предлагается использовать при выращивании томатов в закрытом грунте ЭХАВ-К, ЭХАВ-А, а также их смесь для регулирования и поддержания заданного интервала значений рН почвенной питательной среды. Известен способ возделывания озимой пшеницы, включающий замачивание семян в ЭХАВ-А рН 4,5 на 8 часов и заделку семян в почву (полевая всхожесть (87,5%) или в ЭХАВ-К рН 9,4 (полевая всхожесть 85,8%) [104]. Как отмечено в патенте [107], анолитные растворы, обладая сильными фунгицидными свойствами, при обработке семян (20 л/тонну) многократно снижают внешнюю и внутреннюю заспоренность грибами родов Fusarium, Cladosporium, Alternaria, Mukor, Penicilium. При этом приводятся ряд преимуществ их использования: 1) растворы ЭХАВ-А являются экологически чистыми, по истечению своего воздействия релаксируют в обычную воду и не накапливаются в растении; 2) растение после обработки обладает сильной энергией роста; 3) повышается урожайность до 30 %; 4) увеличивается полевая всхожесть на 15 %; 5) купажированные растворы (разведение импортных системных ядов в ЭХАВ-А в соотношении 25 50 %) значительно эффективнее чистых ядов, т.к. повышают обеззараживающее действие последних при сохранении положительного влияния анолитных растворов; 6) снижение затрат при применении купажированных растворов для протравливания семян от 10 до 100% (в зависимости от концентрации системных ядов), при одновременном повышении качества посевного материала. Метод обеззараживания зерна ЭХА-растворами отличается доступностью рабочих сред и высокой экономичностью. В работе В.И. Прилуцкого [122] показано, что активированная вода способна оказывать существенное воздействие на протекание биохимических процессов в живых организмах и в семени. ЭХАВ-А обладает мощным бактерицидным и фунгицидным действием и обеззараживает семена, ЭХАВ-К является эффективным биостимулятором, ускоряет рост и развитие растений, а также повышает их устойчивость к почвенным патогенам [8].

В работе Е.И. Чушкиной и др. [167] приведен анализ данных, по которым можно судить о перспективности и эффективности технологий в растениеводстве за счёт применения экологически чистых активированных водных растворов. При электрообработке воды изменяется вся система межмолекулярных взаимодействий и структура. Ее молекулы приобретают дополнительные степени свободы за счет разорванных под влиянием электрического поля водородных связей. Это оказывает большое влияние на тонкие физикохимические и биологические реакции, обусловливает повышенную способность проникать в межмолекулярные пространства, в том числе через биологические мембраны, повышает растворимость трудно растворимых соединений, усиливает экстракционную активность воды и водных растворов. Е.И. Чушкина считает, что по механизму действия активированную воду можно отнести к стимуляторам роста растений и иммуномодуляторам. Её можно использовать для предпосевной обработки семян и обработки вегетирующих посевов сельскохозяйственных культур с целью улучшения развития растений, увеличения их выносливости, конкурентной способности, повышения урожайности и качества продукции.

Что касается применения ЭХАВ при некорневой обработке озимой пшеницы, можем привести лишь результаты собственных двухлетних исследований на пшенице сорта Москвич. Они позволили нам сделать следующие выводы: 1) ЭХАВ-К оказал воздействие на фотосинтетическую активность посевов; площадь листовой поверхности озимой пшеницы после применения его в качестве самостоятельного стимулятора роста увеличилась по сравнению с контролем на 28% в фазу выхода в трубку и на 13,6% – в фазу молочной спелости; применение 20%-го раствора ЭХАВ-К в составе растворителя гумата калия увеличило площадь листовой поверхности посевов озимой пшеницы на 14,2% в фазу выхода в трубку и на 4% в фазу молочной спелости; 2) использование 20%-го водного раствора ЭХАВ-К в качестве растворителя росторегулятора – гумата калия (1,33 г/л) увеличило прибавку урожайности на 4% по сравнению с приготовлением раствора гумата калия на водопроводной воде; 3) обработка растений пшеницы только 20%-м водным раствором ЭХАВ-К способствовала увеличению урожайности на 5% по сравнению с контрольным вариантом (5,39 т/га).

Из приведённого анализа литературных и патентных данных вытекают следующие выводы:

- Озимая пшеница – главная сельскохозяйственная культура юга России и представляет весьма важный объект агрохимических исследований.

- Некорневую подкормку растений сельскохозяйственных культур следует рассматривать во взаимосвязи не только с корневым, но и с воздушным питанием – фотосинтезом.

- Целенаправленных комплексных исследований по некорневой подкормке озимой пшеницы в литературе крайне недостаточно, а с применением ЭХАВ практически нет. Способ некорневой подкормки растений озимой пшеницы нами запатентован в 2009 году.

- Биологическое проявление ЭХАВ-К при некорневой подкормке растений в литературе не описано и требует экспериментального обоснования.

- Применение ЭХАВ в сельском хозяйстве относится к последнему десятилетию и связано с использованием ЭХАВ-К и ЭХАВ-А в предпосевной обработке семенного материала сельскохозяйственных культур. В настоящее время возможно создание нового направления применения ЭХАВ для интенсификации сельскохозяйственного производства.

- ЭХА воды отличается простотой, доступностью и возможностью регулирования электрохимических характеристик ЭХАВ-К и ЭХАВ-А. Она легко в любое время может быть осуществлена на диафрагменных установках (аппаратах) разной производительности как заводского типа, так и самодельных.

Это даёт возможность широкого использования ЭХАВ и в фермерских хозяйствах.

- Основными характеристиками, определяющими свойства ЭХАВ, являются величины ОВП и рН. Химический состав и свойства ЭХАВ изучены мало, и приведенные в литературе данные носят противоречивый характер.

- Влияние ЭХАВ-К на усвоение азота, фосфора и калия растениями озимой пшеницы не изучено.

- Анализ литературных и патентных источников по теме диссертационной работы показал её научную новизну и практическую ценность.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Почвенно-климатические условия в зоне проведения полевых Полевые опыты проводились в Учхозе «Кубань» КубГАУ. По природно-сельскохозяйственному районированию земельного фонда РФ территория учхоза «Кубань» относится к центральной лесостепной и степной зоне Предкавказской лесостепной провинции. По геоморфологическому районированию равнинной и предгорно-степной части Краснодарского края территория опытного участка входит в Кубанский дельтово-пойменный район – южную часть Азово-Кубанской равнины [30]. Умеренноконтинентальный климат, равнинный рельеф, однородные почвообразующие породы, произрастающая в прошлом лугово-степная растительность способствовали формированию на равнине почв черноземного типа, обладающих высоким потенциальным плодородием.

Полевые опыты проводились на черноземе выщелоченном, слабогумусном сверхмощном легкоглинистом на лессовидных тяжелых суглинках.

Общими чертами морфологического строения профиля почвы являются:

1. Хорошо выраженная оформленность генетических горизонтов;

2. Однородная темно-серая с буроватым оттенком окраска горизонта А, постепенно светлеющая и буреющая книзу;

3. Хорошая оструктуренность почвенного профиля;

4. Большая мощность гумусового слоя, достигающая в среднем 148 см;

5. Средне уплотненное сложение почвенного профиля, за исключением пахотного горизонта Ап;

6. Сильная выщелоченность от карбонатов кальция, карбонаты появляются в почвообразующей породе или горизонте ВС.

комковатый, тонкопористый, средне уплотнен, содержит корни растений, переход к горизонту А постепенный;

А 26-58/32 см – увлажнен, темно-серый, глинисто-комковатый, комковато-ореховатый, средне уплотнен, тонкопористый, корни растений, переход к АВ1 постепенный;

АВ1 58-112/46 см – увлажнен, темно-серый с бурым оттенком, глинистый, комковато-зернистый, средне уплотнен, тонкопористый, корни растений, переход к АВ2 постепенный.

Гранулометрический состав и водно-физические свойства чернозема выщелоченного учхоза «Кубань» г. Краснодара представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Гранулометрический состав и водно-физические свойства чернозема выщелоченного учебного хозяйства «Кубань» [150] Содержание физической глины (< 0,01 мм) в пахотном слое достигает 63,9 %; ила до 39,9 %; песка до 6,3 %. Распределение фракций по профилю равномерное. Физико-химические и агрохимические характеристики почвы опытного участка даны в таблице 2.

Таблица 2 – Агрохимическая характеристика чернозёма выщелоченного Сумма насыщенности почвы основаниями или емкость катионного обмена (ЕКО) достигает 43,2744,33 мг-экв на 100 г почвы. Большая часть приходится на гидроксид кальция. Степень насыщенности почвы основаниями (V) в гумусовом горизонте составляет 94,397,3 %. По мощности гумусового слоя чернозем выщелоченный относится к сверхмощным видам, мощность гумусового слоя составляет 148 см, а верхнего гумусово-аккумулятивного горизонта – 58 см. Содержание гумуса в пахотном горизонте с глубиной постепенно снижается. Запасы гумуса в гумусовом горизонте опытного поля учхоза «Кубань» составляют 502 т/га, в 2-х метровом слое – 560 т/га. Обогащённость гумуса азотом средняя и составляет 9,29,8 т/га [149]. Различие в валовых запасах гумуса обусловлены разной степенью гумусированности, гранулометрическим составом, эродированностью. Содержание элементов питания в рассматриваемой почве представлено в таблице 3.

Таблица 3 – Содержание элементов питания в черноземе выщелоченном учхоза Обеспеченность почвы подвижным фосфором и обменным калием в пахотном слое колеблется от средней до очень высокой. Емкость катионного обмена в гумусовом горизонте равна 44,33 мг-экв на 100 г почвы. Количество подвижных фосфатов находится в прямой зависимости от запасов воды в почве. Общим в динамике фосфатов является уменьшение их количества от весны к лету, а по профилю – от верхних горизонтов к нижним.

Содержание валового фосфора в пахотном слое составляет 0,180,22 %, а в нижних слоя почвы содержание его уменьшается. По запасам подвижной фосфорной кислоты почвы относятся к средне обеспеченным. Пахотные и подпахотные слои характеризуются нейтральной реакцией рН 7,27,5. Предельные запасы влаги в слое 0 160 см составляют 567 630 мм, из них на долю продуктивной приходится от 42 до 48 % [36; 96].

Таким образом, почва опытного участка обладает благоприятными воднофизическими свойствами и химическим составом. Эти почвы подходят для возделывания практически всех полевых культур, в том числе для озимой пшеницы [149].

По схеме агроклиматического районирования Краснодарского края территория опытного поля входит в третий агроклиматический район, характеризующийся умеренно-континентальным климатом и относящийся к зоне неустойчивого увлажнения. По количеству выпадающих атмосферных осадков (643 мм) территория относится к умеренно-влажному району. Коэффициент увлажнения (КУ) равен 0,300,40. По теплообеспеченности – к жаркому району, сумма температур за период активной вегетации составляет 3567 оС. Безморозный период продолжается 191 день. Первые заморозки могут наблюдаться в 3-й декаде октября (22.10), а последние – во второй декаде апреля (13.04). Вероятность повреждения цветков и завязей сельскохозяйственных культур от заморозков до 10 %. Повышение температуры воздуха выше 5 оС весной отмечается в конце марта, а выше 10 оС – в середине апреля [3]. Гидротермический коэффициент имел интервал 0,71,4. Это показатель неустойчивого увлажнения. По месяцам теплого периода он выглядит следующим образом: в апреле – 1,4, в мае – 1,1, в июне – 1,0, в июле – 0,8, августе – 0,7, в сентябре – 0,8. Преобладающими ветрами в зоне проведения исследования являются восточные и западные. Восточные и северо-восточные ветры оказывают неблагоприятное влияние на климат. В зимнее время они приносят холодные массы воздуха, способствующие установлению морозной погоды. Во второй половине весны и летом восточные ветры приносят массы сухого воздуха – суховеи.

Таким образом, почвенно-климатические условия зоны, где проводились исследования, пригодны для выращивания озимой пшеницы и получения устойчивых урожаев зерна хорошего качества. Однако неустойчивое распределение осадков в летний период в сочетании с высокой температурой воздуха и суховеями обусловливают большие колебания урожайности зерна по годам.

Изменение погодных условий (температурный режим, увлажнение) в годы проведения исследований представлены соответственно на рисунках и 2, как видно из рисунков температура воздуха и сумма осадков в исследуемый период значительно различались по годам.

2005-2006 с.-х. год. Агрометеорологические условия в сентябре – декабре 2005-06 с.-х. года для роста и развития озимых складывались удовлетворительно и обеспечили нормальное развитие озимой пшеницы к зимнему периоду. Озимая пшеница культура холодостойкая, при температуре 12°С ее семена начинают прорастать. Но для нормального прорастания и появления всходов оптимальная температура 1215°С. При температуре 1416°С и достаточной увлажненности почвы, первые всходы появляются через дней. Благоприятный для посева пшеницы календарный срок со среднесуточной температурой воздуха 1417°С [131]. 20.12.2005 в связи с понижением температуры воздуха озимые культуры прекратили вегетацию на 15 дней позже средних многолетних сроков. Условия для влагонакопления были хорошими. В середине января 2006 года были сильные и продолжительные морозы. Минимальная температура почвы на глубине узла кущения понижалась до –11С, что близко к расчетным критическим температурам вымерзания озимых культур. В конце января месяца морозы ослабли, условия для перезимовки озимой пшеницы улучшились.

Зимой, при хорошем закаливании, пшеница выдерживает понижение температуры на глубине узла кущения до минус 16-18°С, а высокоморозостойкие сорта – до минус 20° С. Однако высокой морозостойкостью отмечается только та, которая хорошо раскустилась (24 побега) и накопила в узлах кущения до 3035% сахаров. Переросшие растения, образовавшие осенью 56 побегов, теряют морозоустойчивость, повреждаются или погибают [165].

Рисунок 1 – Колебания температуры воздуха (t, 0С) в годы проведения исследований (2005-2007; 2010-2013 гг.) по данным метеостанции «Круглик», г. Краснодар Рисунок 2 – Сумма осадков (мм) в годы проведения исследований (2005-2007; 2010-2013 гг.) по данным метеостанции В феврале были отмечены резкие колебания температуры от сильных морозов до оттепелей, особенно в первой половине месяца, а также выпадение сильных и очень сильных осадков в виде снега.

Март и апрель характеризовались умеренно-тёплой погодой со значительными колебаниями температур в течение суток. Вегетация озимой пшеницы возобновилась в середине марта. Среднесуточная температура воздуха в мае находилась на уровне средних многолетних значений. Наиболее благоприятной в течение вегетации средней температурой является 1620°С. В то же время озимая пшеница способна выдерживать и более высокие температуры (3540°С), особенно при достаточной влажности почвы [132].

Июнь характеризовался резкими колебаниями температуры, аномально жаркая погода сменялась прохладной и дождливой, с грозами. Температура была на 0,9°С ниже нормы. Осадков выпало на 6 мм больше. В первой декаде отмечалась молочная спелость зерна. Сухая жаркая погода второй половины июня ускорила созревание, и к концу третьей декады зерно достигло полной спелости. В июле преобладала умеренно жаркая сухая погода, что положительно сказалось на ходе уборки озимой пшеницы.

Таким образом, 2005-2006 с.-х. год был вполне благоприятным для роста, развития озимой пшеницы, несмотря на низкие температуры в январе вымерзанию посевов не наблюдалось.

2006-07 с.-х. год. Температура воздуха в октябре-декабре 2006-07 с.-х.

года была немного выше средних многолетних величин, осадки выпадали неравномерно. В январе преобладала аномально тёплая погода с осадками преимущественно в виде дождя, и в первой половине февраля растения озимых культур вегетировали. Складывались условия для хорошего укоренения посевов и дополнительного кущения. В третьей декаде февраля при понижении температуры до – 5С вегетация прекратилась.

Погодные условия в марте были благоприятными для роста и развития озимых культур. В апреле наблюдалось снижение осадков по сравнению со среднемноголетними данными. В мае преобладала аномально жаркая погода с недобором осадков. Максимальная температура воздуха повышалась до +38С. Сумма осадков составила 33 % нормы. Дефицит влаги в период кущения снижает продуктивную кустистость, а в период колошения и цветения – зернистость колоса [131]. Жаркая и сухая погода способствует ускорению развития озимых культур в мае. В первой декаде июня было значительное количество осадков, что может несколько задержать созревание зерна озимой пшеницы.

В целом, 2006-2007 с.-х. год был не вполне благоприятным для роста, развития озимой пшеницы, из-за недостатка влаги в периоды колошения и цветения.

2010-2011 с.-х. год. В этом году сев озимой пшеницы производился 14 октября. Условия для проведения посевных работ складывались удовлетворительно. Прошедшие дожди хорошо увлажнили почву, запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы увеличились до удовлетворительной нормы (1420 мм).

Агрометеорологические условия для роста и развития растений озимой пшеницы при этом улучшились. Прошедшие в середине октября дожди значительно увеличили запасы влаги в почве (2545 мм). Началось накопление влаги в метровом слое почвы. Агрометеорологические условия для вегетации озимых культур к концу месяца были благоприятными, лишь в отдельные дни для нормального развития растений было недостаточно тепла. На посевах наблюдалось прорастание зерна, состояние всходов – хорошее. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы оставались на хорошем уровне (2035 мм). Агрометеорологические условия для вегетации озимой пшеницы в ноябре складывались благоприятно.

Достаток тепла и влаги обусловили активную вегетацию растений (высота растений 515 см). Состояние посевов, в основном, хорошее. Запасы продуктивной влаги в почве из-за отсутствия осадков немного понизились, но оставались хорошими (2030 мм) в пахотном слое почвы. В середине ноября необычно теплая погода обусловила активную вегетацию растений озимой пшеницы. Длительное сохранение сухой погоды способствовало понижению запасов влаги в почве, но продуктивная влага в пахотном слое почвы оставалась удовлетворительной (1019 мм). Верхний слой почвы (05 см) был слабо увлажнен, местами сухой. На посевах продолжалось кущение и укоренение.

Кустистость составляла 1,22,0; высота растений 1520 см; состояние посевов – хорошее. В начале зимы растения вегетировали, что способствовало развитию посевов и улучшению их состояния. В большинстве посевов озимых культур отмечалось кущение. Высота растений 1020 см, состояние посевов хорошее. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы – оптимальные (1045 мм). За счет неустойчивого температурного режима (резкие перепады температуры) вегетация растений была прерывистой. В отдельные периоды из-за неблагоприятных температурных условий вегетация прекращалась или отмечалась только в дневные часы. Прошедшие в течение второй декады осадки способствовали накоплению влаги в почве. К концу декабря растения озимой пшеницы вегетировали, чему способствовала необычно теплая погода, с дневной температурой 1420°С. Только лишь в конце декабря холода способствовали замедлению вегетации растений озимой пшеницы, и она отмечалась преимущественно в дневные часы. Состояние посевов оставалось хорошим. Условия для влагонакопления почвы были хорошими. В январе с понижением температуры вегетация растений озимой пшеницы прекратилась. В течение месяца посевы находились в состоянии покоя, условия перезимовки их были хорошими. Большую часть месяца поля были укрыты снегом, минимальная температура почвы на глубине узла кущения составила 0,6°С и опасности для зимующих растений не представляла. Осадки, выпадавшие на слабо промёрзшую почву, способствовали накоплению влаги в почве. В течение февраля сохранялась зимняя погода, и посевы озимой пшеницы находились в состоянии покоя. Температурный режим создал удовлетворительные условия для перезимовки озимых культур. Большую часть месяца снежный покров был небольшим (15 см) или отсутствовал. В наиболее холодный период минимальная температура почвы на глубине залегания узла кущения составила – 5– 9° С.

Из-за промерзания почвы условия для накопления в ней влаги были удовлетворительными.

Таким образом, агрометеорологические условия для окончания зимовки растений озимой пшеницы складывались вполне удовлетворительно. Повреждений посевов от низких температур не наблюдалось. Минимальная температура почвы на глубине узла кущения не опускалась ниже +1° С. В начале марта с повышением температуры воздуха до 1520° С у растений активизировались ростовые процессы. Почва оттаяла. В середине месяца закончилась перезимовка озимой пшеницы, растения повсеместно возобновили вегетацию, что близко к средним многолетним срокам. Высота растений составила см, кустистость – 24 стебля на одно растение. После перезимовки посевы находились преимущественно в хорошем состоянии. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы 2535 мм, в метровом – 150200 мм.

Агрометеорологические условия в апреле для вегетации растений озимой пшеницы складывались удовлетворительно, но в большинство дней было с нехваткой тепла и солнечного света. При этом кущение продолжалось, и состояние посевов было хорошим. Прошедшие осадки способствовали пополнению запасов влаги в почве. К середине апреля на посевах озимой пшеницы отмечалась фаза выхода в трубку. Высота растений к середине апреля составила 2030 см. К концу месяца рост и развитие растений сдерживался недостатком тепла. Отмечено появление нижнего узла соломины над поверхностью почвы, начался рост стебля. Высота стебля составляла 1020 см; состояние посевов хорошее. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы уменьшились на 1525 мм из-за недобора осадков и повышенного потребления воды растениями.

В начале мая в связи с пониженным температурным режимом рост и развитие растений озимой пшеницы сдерживались недостатком тепла. Повсеместно отмечался рост соломины. Высота растений увеличилась на 714 см; в колосе заложилось 1520 колосков. Осадки, выпадавшие в течение мая, поддерживали хорошую влагообеспеченность посевов. В середине месяца у озимой пшеницы проходил интенсивный рост соломины (прирост в высоту составил в среднем 2025 см) и формирование колоса. Условия для этого были благоприятными: температура воздуха – близка к оптимальной, запасы влаги в почве в пахотном слое составляли 2045 мм, в метровом – 120160 мм. В конце мая на посевах озимой пшеницы отмечалось массовое колошение и началось цветение. В метровом слое почвы содержалось 120 165 мм продуктивной влаги.

В начале лета условия для формирования урожая были хорошими, проходил налив зерна, отмечена фаза молочной спелости зерна. Запасы влаги в метровом слое почвы составляли 85115 мм. Рост соломины у растений прекратился, преобладающая высота была 8095 см. Повышенный температурный режим середины июля несколько ускорил развитие растений озимой пшеницы. Запасы влаги (85120 мм) в метровом слое почвы были достаточными для окончания налива и созревания зерна. Неустойчивая погода с выпадением осадков несколько сдерживала темпы созревания, но к концу месяца восковая спелость зерна озимой пшеницы отмечалась почти повсеместно, что было близко к средним многолетним срокам. В июле на посевах озимой пшеницы отмечена фаза полной спелости зерна. Преобладала сухая жаркая погода, что было благоприятно для проведения уборочных работ.

2011-2012 с.-х. год. В этом году погодные условия проведения опыта отличались от средних многолетних данных, их динамику можно проследить на рисунках 1 и 2.

Метеорологические наблюдения в сентябре фиксировали теплую, сухую погоду. Осадки выпадали в первой декаде сентября, иногда сильные. Во второй и третьей декадах наблюдался их недостаток. Октябрь был дождливым и отличался резкими колебаниями температуры. В первой половине месяца наблюдалась теплая погода, в третьей декаде она была на 2,04,5°С ниже нормы. Среднемесячная температура была выше нормы на 0,1°С и составила 11,7°С. Первая половина месяца была дождливой, количество осадков превысило норму на 57 %, вторая половина октября была сухой. Сев озимой пшеницы производили 07.10.2011. Для ноября была характерна холодная и сухая погода. Осадков выпало на 26 мм меньше нормы, в основном в виде мокрого снега и дождя. Среднемесячная температура воздуха составила 1,4°С. В конце месяца среднесуточная температура упала ниже 0°С.

Декабрь был также сухим, но неожиданно теплым. Среднемесячная температура была выше нормы на 5,3оС. Количество осадков было ниже нормы на 32 %, в основном они выпадали в виде дождя. Слабо морозной погодой с осадками характеризовалась большая часть января. Температура воздуха была выше нормы на 1,6оС. В конце месяца почва промерзла, вследствие резкого похолодания. Осадки в первой половине месяца выпадали в виде дождя, во второй половине – в виде снега и мокрого снега. Большая часть февраля была аномально холодной со значительными осадками во второй и третьей декадах.

В среднем за месяц температура воздуха составила – 5,1оС, что на 4,2°С ниже нормы. Превышение нормы по осадкам составило 28,9 мм. Почва промерзла до 60 см. Оттаивание почвы отмечено после 22 февраля.

В начале март месяц был холодным, а конец второй и начало третьей декады были более теплыми. Среднемесячная температура воздуха была на 1,2°С ниже нормы и составила 3,0оС. Переход среднесуточной температуры выше 0°С начался во второй половине марта. Начало вегетации озимой пшеницы отмечалось в третьей декаде 25.03.2012. Осадки выпали в виде дождя и мокрого снега, их количество было несколько выше нормы и составило 50 мм.

Почва полностью оттаяла в третьей декаде месяца. Апрель был необычно теплым. Среднемесячная температура воздуха превысила норму на 5,6°С и составила 16,5°С. Осадки выпадали в основном в первой и второй декадах, в третьей декаде было практически сухо. Количество выпавших осадков составило 41,0 мм, что на 7,2 мм меньше нормы. Май был аномально жарким с суховеями. Температура воздуха в среднем на 4,6оС превышала норму. Осадки выпадали во второй и третьей декадах, а в первой декаде месяца было сухо. В целом, в мае количество осадков превышало норму на 13,9 мм.

В течение июня наблюдалась жаркая и сухая погода, среднесуточная температура воздуха составила 24,7°С, что выше нормы на 4,3°С. Количество выпавших осадков было меньше нормы на 53 мм. Полная спелость зерна наблюдалась к 20.06.2012.

В целом, 2011 - 2012 с.-х. год был неблагоприятным для формирования урожая озимых культур из-за холодной погоды в феврале с глубоким промерзанием почвы и аномально жарким маем с суховеями.

2012-2013 с.-х. год. Агроклиматические условия в 2012-2013 с.-х. годах отличались повышенным температурным режимом и достаточным увлажнением. Сентябрь 2012 года характеризовался повышенным температурным режимом и недостатком осадков, но в последней декаде месяца после дождей улучшились условия для подготовки почвы к посеву озимой пшеницы. Октябрь был также необычно теплым с малым количеством осадков. Сев озимой пшеницы производился 07.10.2012. Весь месяц октябрь был удовлетворительным для прорастания зерна и появления всходов. Всходы появились 19.10.2012. Ноябрь был теплый с небольшими осадками, агрометеусловия были благоприятны для роста и развития озимой пшеницы, и процесс кущения начался 08.11.2012.

В декабре 2012 года опасных условий для перезимовки озимых не наблюдалось, растения перешли в состояние покоя 14.12.2012. Почва была преимущественно в мерзлом состоянии до – 2°С, условия накопления влаги удовлетворительные. В первой половине января преобладала слабо морозная погода с минимальной температурой – 5°С, опасности для посевов не было.

Вторая половина месяца была аномально теплой. Возобновление вегетации пшеницы началось 23.01.2013. При этом складывались благоприятные условия для укоренения растений и дополнительного кущения. Февраль был благоприятным для роста и развития озимых культур. В связи с аномально теплой погодой вегетация озимой пшеницы проходила активно и в большей мере в первой половине месяца.

Март характеризовался неустойчивым температурным режимом с резкими перепадами температур, продолжительными заморозками (категория опасного явления) и выпадением обильных осадков. Для озимой пшеницы в первые две декады месяца условия удовлетворительные, в третьей – плохие из-за понижения температур до отрицательных значений и выпадения снега.

Апрель имел умеренный температурный режим и недобор осадков. Первая и вторая декады были благоприятными для роста и развития озимой пшеницы, третья – лишь удовлетворительной из-за сухой и жаркой погоды. Выход в трубку наблюдался у растений 15.04.2013. Май характеризовался повышенной температурой, она превысила норму на 5,1оС, максимальная температура составила 32оС. Из-за отсутствия осадков (запасы влаги в слое 020 см равны нулю) в первой декаде условия для произрастания озимой пшеницы были плохие. Фаза колошения наступила 12.05.2013, цветения – 17.05.2013. Жаркая погода мая и малое количество осадков (18 мм, что на 68% меньше нормы) отрицательно сказались на наливе зерна. В июне преобладала умеренно-жаркая погода с ливневыми дождями, местами сильным градом. В первой декаде обильные осадки задерживали созревание озимой пшеницы. В третьей декаде были хорошие условия для уборки, её произвели 24.06.2013.

В целом, 2012-2013 с-х. год был благоприятным для формирования урожая озимой пшеницы.

Как показал анализ агрометеорологических условий района полевых опытов, климат района умеренно континентальный, степной с неустойчивым увлажнением, характеризуется мягкой непродолжительной зимой, длительным безморозным периодом, большой суммой положительных температур за вегетационный период, что позволяет выращивать многие теплолюбивые культуры. Однако, как указано выше, 2005-2006 и 2011 - 2012 с.-х. годы были не вполне благоприятными для роста и развития растений озимой пшеницы.

2.2 Изучаемые сорта озимой пшеницы и методы её исследования Воздействие ЭХАВ-К в составе водных растворов удобрений на рост, развитие и продуктивность озимой пшеницы исследовалось на двух сортах селекции Краснодарского НИИСХ им. П.П. Лукьяненко: Дельта и Таня.

Сорт Дельта, разновидность Lutescens – среднеспелый, среднерослый, (высота растений 100105 см), среднеустойчив к полеганию. Мукомольные и хлебопекарные качества соответствуют требованиям ценных сортов пшеницы.

Сорт устойчив к септориозу, желтой ржавчине и мучнистой росе, фузариозу колоса, пыльной головне. Обладает полевой устойчивостью к бурой ржавчине.

Отличается средней морозостойкостью и засухоустойчивостью. Включен в государственный реестр селекционных достижений с 1999 года [29].

Сорт Дельта изучался нами в 2005-2007 гг., предшествующая культура – подсолнечник. Поверхностная обработка почвы состояла из трехкратного лущения тяжелыми дисковыми боронами БДТ-3 на глубину 10 12 см с последующим прикатыванием кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6А. Перед посевом проводилась культивация на глубину 56 см агрегатом ДТ-75 + КПС-4, + БЗСС-1,0. После посева почва повторно прикатывалась. Под основную обработку во всех опытах вносили удобрения: аммонийную селитру (34 % N), аммофос (12% N и 52% Р2О5) и калийную соль (44% К2О) в дозе N60Р60К60. В начале вегетации посевы озимой пшеницы подкармливали аммонийной селитрой в дозе N60 кг/га, общий фон удобрений составлял N120Р60К60.

Сорт Таня – среднеранний, полукарликовый (на 56 см выше стандартного сорта Скифянка), устойчив к осыпанию, высокоустойчив к полеганию.

Зерно крупное, яйцевидной формы, окрашенное, хохолок длинный. В сорте ярко выражены свойства, позволяющие максимально реализовать потенциал урожайности в неблагоприятных агротехнических условиях. По качеству зерна отвечает требованиям ГОСТа, предъявляемым к ценным сортам пшеницы.

На фоне искусственного заражения сорт Таня устойчив к мучнистой росе, пыльной головне. Имеет полевую устойчивость к бурой и желтой ржавчинам.