КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ГРУША Віктор Володимирович

УДК 631.81.095.337+546.79+633.3

ВПЛИВ ПОЗАКОРЕНЕВОГО ПІДЖИВЛЕННЯ

МІКРОЕЛЕМЕНТАМИ НА НАДХОДЖЕННЯ І

НАКОПИЧЕННЯ 90Sr ТА 137Cs КОРМОВИМИ РОСЛИНАМИ

03.00.01 – радіобіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі радіобіології та радіоекології Національного аграрного університету, м. Київ.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Гудков Ігор Миколайович,

Національний аграрний університет,

завідувач кафедри радіобіології та радіоекології.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Кравець Олександра Петрівна,

Інститут клітинної біології і генетичної інженерії

НАН України,

провідний науковий співробітник відділу біофізики та радіобіології.

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Перепелятніков Георгій Петрович,

Директор Українського радіологічного учбового центру

МНС України.

Захист відбудеться ”___” _______________ 2008 р. о ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, просп. академіка Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 434.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет, спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розіслано ”___” __________________ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Т.Р. Андрійчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Особливості ведення землеробства на територіях, що зазнали радіоактивного забруднення, полягають у необхідності виробництва сільськогосподарської продукції з мінімальним вмістом радіоактивних речовин. Цьому сприяє створення передумов для максимального зниження переходу радіонуклідів з ґрунту в рослини. Дослідження ролі різних факторів у зменшенні забруднення сільськогосподарської продукції і, насамперед, забруднення продукції рослинництва радіоактивними речовинами, має велике значення щодо зменшення дози опромінення людини за рахунок споживання продуктів харчування.

У практиці землекористування для зниження рівня забруднення такої продукції важливо застосовувати, насамперед, ті агротехнічні та агрохімічні заходи, виконання яких не потребує істотних змін в існуючих технологіях вирощування сільськогосподарських культур (Прістер Б.С. та ін., 1991; Гудков І.М., 1991; Анненков Б.М., Юдинцева К.В, 1991; Ведення сільського господарства в умовах радіоактивного забруднення території України внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС на період 1999-2002 рр., 1998). Одним з найбільш ефективних з них є застосування мінеральних добрив, зокрема підвищених доз фосфорних та калійних, основні елементи яких гальмують надходження та накопичення в рослинах довгоживучих радіоактивних забруднювачів навколишнього середовища – радіонуклідів 90Sr та 137Сs.

Співробітниками кафедри радіобіології та радіоекології Національного аграрного університету було показано, що в умовах Полісся, територія якого у найбільшій мірі зазнала впливу радіонуклідного забруднення, на бідних практично на всі макро- та мікроелементи живлення рослин грунтах досить ефективним прийомом, який суттєво може доповнити дію інших контрзаходів, є внесення мікроелементів цинку, марганцю, кобальту, міді та деяких інших (Гудков І.М. та ін., 1998). З одного боку ці мікроелементи можуть безпосередньо виступати у ролі антагоністів–блокаторів надходження радіонуклідів, а з іншого – синергістів макроелементів, які відомі як класичні блокатори згаданих радіонуклідів і гальмують їх перехід з ґрунту в рослини (Gudkov I.N. et al., 1999). Але при внесенні в ґрунт разом з макроелементами, зокрема з фосфором, а особливо на фоні вапнування, яке є одним з основних радіозахисних заходів на кислих ґрунтах Полісся, мікроелементи можуть зв’язуватись і переходити у недоступний для рослин стан. Крім того, внесення малої кількості солей мікроелементів в межах декількох кілограмів на гектар технологічно незручне.

Тому з метою зниження надходження радіонуклідів і підвищення урожайності та якості продукції рослинництва і кормовиробництва було вирішено застосувати позакореневе підживлення сільськогосподарських культур мікроелементами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень кафедри радіобіології та радіоекології Національного аграрного університету, які виконували за державною програмою “Вивчення механізмів взаємодії 90Sr та 137Сs і мікроелементів з метою розробки прийомів мінімізації надходження цих радіонуклідів в кормові рослини і організм сільськогосподарських тварин” 2000-2004 рр. (№ д / р 0100U002909).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є встановлення особливостей надходження 90Sr та 137Сs в рослини ріпаку і люпину при обробці їх мікроелементами шляхом позакореневого підживлення в умовах Полісся України. На підставі досліджень обґрунтувати і розробити оптимальні технології внесення мікроелементів, які зменшують накопичення в рослинах радіонуклідів і підвищують продуктивність культур.

Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

Вивчити найбільш ефективні мікроелементи і їх моно- та гетерометальні комплекси щодо блокування переходу 90Sr та 137Сs з ґрунту в рослини.

Дослідити оптимальні норми позакореневого внесення мікроелементів.

Вивчити можливі шляхи блокування надходження радіонуклідів в рослини під дією мікроелементів.

Дати комплексну оцінку мікроелементам щодо їх ефективності, у тому числі впливу на продуктивність рослин та їх якість.

На основі отриманих даних провести виробничу перевірку найбільш ефективних мікроелементів та рекомендувати їх виробництву.

Об’єкт дослідження – процес блокування надходження радіонуклідів у рослини ріпаку та люпину під дією мікроелементів у грунтово-кліматичних умовах Полісся України.

Предмет дослідження – ефективність позакореневого внесення мікроелементів щодо зниження вмісту радіонуклідів в кормових рослинах та підвищення їх продуктивності.

Методи дослідження. Досліди проводили в лабораторних та польових умовах. В процесі виконання роботи використовували загальноприйняті стандартні методи фізіолого-біохімічних досліджень. Візуальний – для спостереження фенології росту та розвитку рослин ріпаку та люпину; вимірювально-ваговий – для встановлення висоти та густоти стояння рослин, маси сухої речовини, вологості ґрунту; радіометричні – для визначення вмісту радіонуклідів; агрохімічні та біохімічні – для визначення якісних показників ґрунту та рослин; статистичний – для оцінки достовірності отриманих результатів досліджень; розрахунково-порівняльний – для встановлення економічної та енергетичної ефективності технології вирощування ріпаку та люпину на зелену масу і насіння.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на забруднених радіонуклідами ґрунтах зони Полісся України встановлено, що позакореневе підживлення сільськогосподарських культур мікроелементами зменшує в них вміст 137Cs і 90Sr.

Доведено, що використання солей мікроелементів у вигляді комплексонатів було більш ефективним, ніж у водних розчинах тих же концентрацій практично за усіма показниками – гальмуванні накопичення радіонуклідів, збільшення продуктивності, покращення якості продукції, ефективності взаємодій між окремими елементами.

Встановлено, що зменшення накопичення 137Сs і 90Sr в продукції кормовиробництва зумовлено, з одного боку, антагоністичними взаємодіями мікроелементів і радіонуклідів, а з іншого – опосередкованою дією за рахунок стимуляції надходження в рослини макроелементів – антагоністів радіонуклідів, зокрема калію і кальцію.

Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів польових досліджень та їх виробничої перевірки, проведеної в сільськогосподарському товаристві “Вишевичі” Радомишльського району Житомирської області, рекомендовано до впровадження науково-обґрунтовані оптимальні дози позакореневого внесення мікроелементів, що забезпечують зменшення вмісту радіонуклідів в рослинах ріпаку ярого і люпину жовтого, підвищення урожайності, валового збору зеленої маси та зерна й істотне зниження енергетичних витрат. В умовах Полісся рекомендовано вносити цинк та марганець у формі водних розчинів, а також їх комплексонатів в дозах 220 і 300 г/га.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто здійснено інформаційний пошук, аналіз та оцінку наукової літератури за темою дисертаційної роботи, виконані експериментальні дослідження. Планування досліджень та відбір методичних підходів для виконання комплексу лабораторно-польових досліджень, організував і проводив відбір, підготовку проб, брав активну участь у радіохімічних, радіометричних вимірюваннях проб. Обгрунтування отриманих результатів було проведено спільно із науковим керівником та співробітниками кафедри радіобіології та радіоекології Національного аграрного університету.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень і основні положення дисертаційної роботи були висвітлені у доповідях на всеукраїнських та міжнародних конференціях: всеукраїнській конференції молодих вчених “Засади сталого розвитку аграрної галузі” (Київ, 2002 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми степового землеробства і рослинництва та їх вирішення в реформованих сільськогосподарських підприємствах” (Миколаїв, 2003 р.); наукових конференціях викладачів, наукових співробітників та аспірантів Національного аграрного університету (2001-2003 рр.); III Всеукраїнському з`їзді радіаційних досліджень: радіобіологія і радіоекологія (Київ, 2003 р.); конференції “Живлення рослин: теорії і практика”, присвяченій 100-річчю від дня народження академіка АН УРСР та ВАСГНІЛ П.А.Власюка (Київ, 2005 р.); міжнародній конференції “20 років Чорнобильській катастрофі. Погляд у майбутнє” (Київ, 2006 р.); науково-практичному семінарі УААН і МінАП “Радіоекологія–2007” (Київ, 2007); міжнародній конференції “Современная физиология растений: от молекул до экосистем” (Сиктивкар, Республіка Комі, Росія, 2007);

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 12 наукових праць: 6 статей, 5 тез доповідей на наукових конференціях, одні методичні рекомендації.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів досліджень, результатів та їх обговорення, узагальнення, висновків, списку використаної літератури та додатків. Список цитованої літератури нараховує 249 найменування. Робота викладена на 179 сторінках друкованого тексту, ілюстрована 6 рисунками та містить 51 таблицю.

матеріали та методи досліджень

Дослідження з вивчення позакореневого внесення мікроелементів на нагромадження радіонуклідів 90Sr та 137Cs кормовими рослинами ярого ріпаку та жовтого люпину проводилися протягом 2001-2003 рр. у наукових лабораторіях кафедри радіобіології та радіоекології Національного аграрного університету та на полях сільськогосподарського товариства “Злагода” (с. Базар Народицького району Житомирської області). Польові досліди проводились з ярим ріпаком (Brassica napus L. сорт Марія) і жовтим люпином (Lupinus luteus L. сорт Обрій). В модельних лабораторних дослідах використовували проростки гороху (Pisum sativum L. сорт Дамир 3).

Мікроелементи застосовували у формі водних розчинів сульфатів у кількостях: цинк 150 і 220 г/га, марганець 200 і 300 г/га, кобальт 300 і 450 г/га, мідь 300 і 450 г/га в перерахунку на іон. На основі етилендиаміндиянтарної кислоти були синтезовані та випробувані моно- та гетерометальні комплекси цинку та марганцю, які містили метали в тих же кількостях. Комплекси мають склад К2Zn(Mn)edds2H2O та К4[ZnMn(edds)22H2O]H2O.

Методичною основою при виконанні досліджень були “Методические рекомендации по проведению полевых опытов с зерновыми и кормовыми культурами“ (Циков В.С. та ін., 1983), а також методики наукових досліджень в рослинництві (Молостов О.С., 1966; Доспехов Б.А., 1985; Вовкодав В.В., 2001).

Досліди закладалися за методом розщеплених ділянок. Повторність досліду – чотириразова. Фенологічні спостереження за рослинами ріпаку та люпину проводили за методикою держкомісії по сортовипробуванню сільськогосподарських культур. Початок кожної фази росту та розвитку встановлювали після настання її у 10 % рослин (Алімов Д.М. та ін., 2001). Густоту рослин визначали по всіх варіантах шляхом підрахунку їх кількості на одному метрі рядку в п’яти місцях по діагоналі ділянки у фазі 5-7 листків і перед збиранням урожаю з наступним перерахунком на гектар (Вовкодав В.В., 2001). Відбір середнього зразку ґрунту і рослин, його приготування до аналізу і сам аналіз проводили у відповідності до практичних вказівок Петербурського А.В. (1968). Вологість ґрунту визначали ваговим методом, а запаси доступної рослинам вологи – розрахунковим (Доспехов Б.А., 1985). Вміст загального азоту у ґрунті визначали за методом Тюріна-Кононової, рухомих фосфатів – за Чіріковим, обмінного калію – за методом Маслової, вміст гумусу в орному шарі за методом Тюріна-Кононової (Радов А.С. та ін., 1978). Вміст 137Сs у ґрунті та рослинах визначали на радіометрі РУБ-06-01, 90Sr – радіохімічним методом. Коефіцієнт накопичення (КН) визначали за співвідношенням вмісту радіонукліда в одиниці маси рослини / ґрунті. Вміст мікроелементів у ґрунті та рослинах визначали атомно-адсорбційним методом, вміст, вміст протеїну визначали за методом К’єльдаля на приладі “Автокельтек”, жиру – методом знежиреного залишку, клітковини – методом Ганберга-Штопана, цукрів – за методом Бертрана, цистеїну – на амінокислотному аналізаторі (Петербурський А.В., 1968). Облік врожаю насіння ярого ріпаку та жовтого люпину проводили за методом суцільного збирання з облікової ділянки у фазі 75 % стиглості бобів; коефіцієнт господарсько цінної продукції визначали за відношенням величини урожаю основної продукції до загальної урожаю біомаси (Алімов Д.М. та ін., 2001). Результати дослідів обробляли статистично згідно стандартних методик (Доспехов Б.А., 1985, Приседський Ю.Г., 1999).

результати досліджень та їх обговорення

Вплив мікроелементів на накопичення радіонуклідів у ріпаку і люпині. Залежність між відносною швидкістю росту і надходженням іонів поживних речовин, в т.ч. і мікроелементів, досить складна і параметри, котрі безпосередньо контролюють надходження іонів, ще не ідентифіковані до кінця. Так як у ґрунтовому розчині є багато поживних елементів, то швидкість поглинання певного іону залежить від ступеня поглинання іншого. Вона є результатом взаємодії чи конкуренції за спільні сайти поглинання або безпосередньої дії інших іонів на фізіолого-біохімічні процеси в рослині, які можуть впливати на процеси поглинання елементів.

При надходженні окремих елементів у рослини через корені, а, можливо, і через надземні органи, зокрема, листки, конкуренція іонів здійснюється як у процесі їх поглинання, так і транспорту по рослині та накопичення в певних органах. Явище конкуренції може бути зумовлене з одного боку справжнім суперництвом за сайти переносу, а з іншого – непрямою дією, коли надлишок одного іону певним чином впливає на поглинання та пересування іншого.

Доведено, що позакореневе внесення міді, цинку, марганцю і кобальту, які були відібрані на основі попередніх лабораторних досліджень, має радіоблокуючі властивості (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив позакореневого внесення мікроелементів на надходження 137Cs у вегетативну масу і насіння ріпаку, 2001 р. (M±m; n=4)

Примітка: Р < 0,05 тут і далі.

Розподіл і накопичення елементів в рослинному організмі помітно варіює як для різних елементів, так і для різних рослин. Найменший вміст 137Сs спостерігали у варіантах з використанням водних розчинів сульфатів цинку та марганцю. При цьому ефективність мікроелементів, як правило, мала тенденцію до зростання при збільшенні їх кількості. Рослини люпину (табл. 2) накопичували 137Cs в 2-3 рази більше в порівнянні з ріпаком.

Таблиця 2

Вплив позакореневого внесення мікроелементів на надходження 137Cs у вегетативну масу люпину, 2001 р. (M±m; n=4)

Обидва мікроелементи (табл. 3) показали досить високу радіоблокуючу дію. Так, в дослідах із ріпаком Zn у більшій концентрації зменшував накопичення радіонукліду зі 132 до 81 Бк/кг, тобто в 1,6 рази. Аналогічна ситуація спостерігалась в дослідах із люпином, хоча максимальне зменшення надходження радіонукліду, якого вдалось досягти, також було лише 1,6 -кратним. Марганець в усіх варіантах проявив дещо меншу ефективність, проте і вона була статистично достовірною.

Таблиця 3

Вплив позакореневого внесення мікроелементів на надходження 137Cs у вегетативну масу ріпаку і люпину, 2002 р. (M±m; n=4)

Безперечно, перспективним є варіант спільного застосування мікроелементів і аміачної селітри. Адже азотні добрива, особливо у фізіологічно кислих формах при внесенні в ґрунт, як правило, посилюють надходження радіонуклідів у рослини. При позакореневих підживленнях, ймовірно, складається інша ситуація. Аміачна селітра, стимулюючи надходження мікроелементів через листки, у меншій мірі впливає на транспорт речовин через корені.

З урахуванням одержаних результатів у наступних дослідженнях увага була зосереджена на двох мікроелементах, які найкраще себе проявили у зменшенні надходження радіонуклідів 137Cs і 90Sr та збільшенні речовин, які характеризують якість рослинної маси з точки зору її поживної цінності. Це - мікроелементи цинк і марганець, а також вперше застосовані окремі комплексонати цих мікроелементів і їх спільний комплексонат, якій містив обидва мікроелементи у таких же кількостях.

Обидва мікроелементи мали в польових умовах досить високу радіоблокуючу дію. Сульфат цинку Було також проаналізовано вміст у зерні ріпаку та люпину 90Sr. Наведені в табл. 5 дані однозначно свідчать про те, що в усіх варіантах досліду вміст 90Sr зменшувався, хоча, не у такому ступеню, як 137Сs. У найбільшій мірі зменшення надходження 90Sr спостерігали у варіантах із застосуванням цинку. Це підтверджує гіпотезу про можливий механізм блокування надходження цього радіонукліду у рослини завдяки антагоністичним взаємодіям з цинком.

Таблиця 5

Вплив позакореневого внесення мікроелементів на надходження 90Sr у вегетативну масу ріпаку і люпину, 2001 р. (M±m; n=4)

В 2003 р. було зареєстровано високі коефіцієнти накопичення 90Sr (табл. 6) 4,33 у контрольному варіанті з рослинами люпину і 3,67 – з ріпаком. Це можна пояснити погодно-кліматичними особливостями року, коли на початку вегетації випала велика кількість опадів. За цих умов найбільш репрезентативні дані щодо 90Sr, як і 137Cs, виявились у варіанті із гетерокомплексонатом – накопичення радіонукліду у соломі ріпаку знизилось на 1,6 рази і у соломі люпину зменшувалось надходження на 1,4 рази. На інших варіантах спостерігали тенденцію зниження вмісту 90Sr на 1,1 рази з рослинами ріпаку і 1,1-1,2 рази – люпину.

Таблиця 6

Вплив позакореневого внесення мікроелементів та їх комплексонатів на надходження 90Sr у вегетативну масу ріпаку і люпину, 2003 р. (M±m; n=4)

Таким чином, позакореневе підживлення рослин ріпаку і люпину водними розчинами сірчанокислих солей міді, цинку, марганцю і кобальту зменшує накопичення вмісту 137Cs та 90Sr у вегетативній масі в 1,5–2 рази порівняно з контролем. В цілому слід відзначити, що використання комплексонатів мікроелементів було більш ефективним, ніж водних розчинів солей за тих же концентрацій.

Вплив мікроелементів на урожайність ріпаку та люпину. Встановлено залежність урожаю ріпаку та люпину від внесених мікроелементів. В дослідах 2001 р. внесення всіх мікроелементів в незначній мірі вплинуло на урожай ріпаку. Можна тільки відзначити певну тенденцію до зростання врожаю насіння у варіантах із використанням цинку і кобальту, особливо при збільшених концентраціях (табл. 7). Так, у варіанті Сu-300 г/га урожайність насіння збільшилась на 3,8 %. Сu у збільшеній кількості 450 г/га викликала приріст урожаю насіння майже на 5 %. Zn (150 г/га) збільшував урожайність до 5,7 %, Zn у дозі 220 г/га збільшував приріст до 9,5 %. Co (300 г/га) давав приріст до 6-7 %. Co у збільшеній кількості 450 г/га сприяв підвищенню урожаю насіння до 11,5 % у порівнянні з контролем.

Найбільша врожайність насіння ріпаку та люпину була отримана у 2002 р., коли у ґрунті навесні була достатня кількість вологи, а це сприяло кращому розвитку кореневої системи, асиміляційної поверхні надземної маси. На основі попередніх дослідів було випробувано та використано мікроелементи у збільшених дозах: цинк від 220 до 330 г/га, марганець 300 і 450 г/га, а також ці мікроелементи у поєднанні з аміачною селітрою в дозі 20 кг/га за діючою речовиною. Так, у варіанті Zn-220 г/га спостерігалось підвищення урожайності насіння до 9,4 %, Zn-330 г/га збільшував урожайність насіння на 4,7 %. Як свідчать дані, підвищення кількості цинку було не виправдано у цьому варіанті, а у варіанті Zn-220 г/га + N-20 спостерігалось збільшення урожайності насіння майже на 12 %. Збільшення дози цинку до 330 г/га + N-20 кг/га забезпечило найбільший приріст насіння – на 20,3 %. У варіантах з Mn-300 та 450 г/га, як і у 2001 р., спостерігалася менша урожайність насіння в порівнянні з Zn-220 г/га - прибавка становила 8,6 %. Використання марганцю в дозах 300 і 450 г/га у поєднанні з азотом стимулювало ріст бокових пагонів рослин, і урожайність насіння внаслідок цього збільшилась на 15,6-20,3 %.

Таблиця 7

Урожайність ріпаку та люпину під впливом позакореневого внесення мікроелементів в різні роки проведення дослідів (M±m; n=4)

Обприскування рослин 1 % водним розчином аміачної селітри менше вплинуло на урожайність насіння у порівнянні з мікроелементами і контролем прибавка становила 5,5 %.

У 2003 р. урожайність насіння ярого ріпаку ще більше зросла. Так, у варіанті Zn-220 г/га спостерігальсь підвищення на 16,1 %. Варіант Mn-300 г/га підвищував урожайність насіння на 13,4 %. Комплексонат Zn, який у своєму складі містив таку ж кількість Zn - 300 г/га, підвищував урожайність насіння на 20 %. Комплексонат Mn в меншій мірі підвищував урожайність насіння ріпаку - приріст склав 9,9 %. Використання гетерокомплексонату Zn та Mn найкраще себе проявило у підвищенні врожайності - прибавка досягала майже 30 %.

В дослідах із люпином спостерігалось збільшення урожаю на 32,2-33,7 %. Так, у 2001 р. у варіанті Cu-300 г/га урожайність насіння збільшилась на 4,5 %, Cu-450 г/га – збільшилась на 2,3 %. Використання цинку в кількості 150 г/га збільшувало урожайність насіння на 6,7 %. Збільшення дози цинку до 220 г/га діючої речовини підвищувало урожайність насіння на 20 %. марганець, як і в дослідах з ріпаком в кількості 200, 300 г/га менше впливав на врожайність – 2,3 %. Використання кобальту 300 г/га сприяло підвищенню урожайності на 4,5 %. Збільшення дози кобальту до 450 г/га підвищувало врожайність на 13,4 %.

На відміну від попереднього року помітне збільшення продуктивності обох культур спостерігали під впливом мікроелементів, особливо на варіантах з використанням спільних підживлень з аміачною селітрою. Як і в дослідах з ріпаком на рослинах люпину жовтого було використано мікроелементи в поєднанні з аміачною селітрою в тих самих дозах. Так, Zn в кількості 220 г/га підвищував урожайність насіння на 17,3 %. Збільшена норма Zn до 330 г/га сприяла зростанню урожайності на 24,2 %. Поєднання аміачної селітри в розрахунку 20 кг/га і Zn з нормою внесення 220 г/га стимулювало покращення урожаю насіння на 21,8 %. Підвищена кількість Zn-330 г/га + N-20 кг/га менше вплинула на урожайність та склала 19,6 %. У варіантах з використанням Mn в кількості 300 г/га елементу урожайність дещо знижувалась у порівнянні з цинком, приріст насіння збільшувався на 4,6 %. Збільшена доза Mn до 450 г/га підвищувала урожайність на 13,8 %. Поєднання марганцю з аміачною селітрою в дозах 300 г/га та 20 кг/га підвищувало урожайність насіння на 25,3 %. Збільшення кількості Mn до 450 г/га і спільне використання аміачної селітри збільшувало приріст урожаю на 28,7 %. Використання водного 1 % розчину аміачної селітри менше сприяло підвищенню урожайності в порівнянні з мікроелементами та контролем, приріст врожаю насіння збільшувався на 5,8 %.

У 2003 р. за посушливих умов із високими температурами повітря найвища урожайність насіння ріпаку та люпину була у варіантах з використанням комплексонатів в дозах 220 і 300 г/га. Комплексонат Zn стимулював приріст насіння на 12,5 %, а Mn підвищував урожайність насіння на 8,9 %. Спільне використання гетерокомплексонату Zn і Mn сприяло збільшенню урожайності насіння рослини люпину на 32,2 %.

Якість вегетативної маси рослин ріпаку і люпину залежно від внесених мікроелементів. Основними показниками якості олійних і бобових рослин, які визначають його цінність, є вміст жирів, білків, окремих амінокислот і вітамінів. В обох видів рослин було досліджено вміст деяких специфічних речовин, що можуть характеризувати якість рослинної маси з точки зору її поживної цінності. Під впливом цинку активізуються всі метаболічні процеси, що вивчались – накопичення протеїну, жиру, клітковини, цукрів, амінокислот (табл. 8, 9). Решта мікроелементів також позитивно впливала на деякі з цих процесів. Так, марганець індукував збільшення накопичення цистеїну та метіоніну. Кобальт активізував накопичення протеїну, проте це не позначалось на синтезі відмічених амінокислот. Під впливом останнього спостерігалась також тенденція до збільшення кількості вуглеводів – як клітковини, так і цукрів.

Таблиця 8

Вплив мікроелементів на вміст деяких метаболітів у вегетативній

масі ріпаку, г/кг (M±m; n=4)

В дослідах з люпином Zn також позитивно впливав на вміст сирого протеїну. Так, із використанням Zn з нормою внесення 150 г/га вміст збільшувався на 0,8 %, а зі збільшенням норми внесення до 220 г/га вміст сирого протеїну збільшувався на 3,8 % і становив 52,3 г/кг у порівнянні з контролем (50,4 г/кг).

Таблиця 9

Вплив мікроелементів на вміст деяких метаболітів у вегетативній

масі люпину, г/кг (M±m; n=4)

Mn у кількості 200 г/га стимулював накопичення протеїну і його вміст в рослинах становив 52,1 г/кг, а при підвищеній кількості до 300 г/га знижувала вміст цього показника якості, знижувався до 50,6 г/кг. Co, як і Zn, із збільшенням кількості підвищував вміст сирого протеїну на 4,4 % при дозі 300 г/га, і на 7,4 % при кількості 450 г/га цього елемента. Cu знижувала вміст сирого протеїну.

Комплексонат Zn з нормою внесення 220 г/га в перерахунку на елемент підвищував вміст сирого протеїну на 17,9 % або до 21,7 г/кг у порівнянні з контролем 18,4 г/кг. Комплексонат марганцю з нормою елементу 300 г/га підвищував вміст сирого протеїну на 1,6 г/кг в порівнянні з контролем 18,4 г/кг. При спільному поєднанні комплексонатів цинку і марганцю вміст протеїну становив 22,6 г/кг (табл. 10).

Випробування комплексонатів на рослинах ріпаку, як і на рослинах люпину, позитивно вплинуло на вміст протеїну (табл. 11). Так у варіанті з комплексонатом Zn вміст підвищувався до 44,6 г/кг у порівнянні з контролем 35,3 г/кг. Комплексонат Mn також сприяв підвищенню до 42,1 г/кг. Застосування комплексонату Zn і Mn підвищувало вміст сирого протеїну до 48,8 г/кг.

Таблиця 10

Вплив мікроелементів на якість вегетативної маси ріпаку, г/кг (M±m; n=4)

Наведені дані свідчать про те, що під впливом цинку активізується накопичення протеїну, особливо в рослинах люпину, а під впливом марганцю – жиру, особливо в насінні ріпаку. При цьому ефективність мікроелементів у складі комплексонатів, як правило, була вищою, ніж при застосуванні водних розчинів.

Таблиця 11

Вплив мікроелементів на якість вегетативної маси люпину, г/кг (M±m; n=4)

Таким чином, під впливом позакореневої обробки рослин обох видів як водними розчинами солей мікроелементів, так ї їх комплексонатів покращувались кормові якості вегетативної маси рослин за рахунок підвищення вмісту протеїну, цукрів, жирів, деяких амінокислот.

В звязку із необхідністю вирішення проблем щодо можливого використання земель, забруднених внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, проводиться розробка агротехнічних та меліоративних прийомів, які знижують надходження радіонуклідів в рослини. В цьому аспекті певний інтерес на дерново-підзолистих бідних на мікроелементи грунтах Полісся представляє використання мікроелементів, як добрив, і можна стверджувати, що позакореневе підживлення рослин ріпаку і люпину водними розчинами солей цинку і марганцю зменшує вміст 137Cs та 90Sr у вегетативній масі та насінні і позитивно впливає на урожай та якість кормової маси рослин, збільшуючи у ній вміст окремих макро-, мікроелементів, протеїну, жиру, клітковини, цукрів. Використання солей у формі комплексонатів істотно підвищує ефективність мікроелементів. Найбільший ефект був одержаний при застосуванні спільного гетерокомплексонату цинку і марганцю.

В цілому використання солей мікроелементів у вигляді комплексонатів, було більш ефективним, ніж у водних розчинах тих же концентрацій практично за усіма показниками: зменшенні вмісту радіонуклідів, збільшення продуктивності, покращення якості продукції. Цілком імовірно, що це пов’язано із більшою проникністю мікроелементів у клітини, їх більшою доступністю і рухомістю у складі комплексонатів.

ВИСНОВКИ

1. У польових дослідах на забруднених радіонуклідами дерново-підзолистих ґрунтах Полісся, які дефіцитні на більшість мікроелементів, встановлено, що позакореневе підживлення ріпаку і люпину солями цинку, марганцю, міді та кобальту суттєво зменшує накопичення рослинами 137Cs і 90Sr.

2. Найбільш ефективними виявились сірчанокислі солі цинку та марганцю, позакореневе підживлення водними розчинами яких у кількостях, відповідно, 200 та 300 г/га у перерахунку на метал зменшує вміст 137Cs у вегетативній масі рослин та насінні ріпаку ярого і люпину жовтого у 1,5-2 рази і 90Sr – на 1,2-1,4 рази.

3. Додавання до робочого розчину мікроелементів аміачної селітри до концентрації 1 % посилювало ефективність суміші щодо зменшення накопичення обох радіонуклідів.

4. Застосування мікроелементів у формі монокомплексонатів цинку і марганцю посилювало їх ефективність щодо зменшення накопичення радіонуклідів. При застосуванні спільного гетерокомплексонату цинку і марганцю накопичення 137Cs зменшувалось в 1,6-2,8 рази i 90Sr – в 1,4-1,6 рази.

6. Застосування солей мікроелементів підвищувало врожай вегетативної маси і зерна ріпаку, відповідно, на 29,5 % і люпину – на 32,2 %.

7. Застосування мікроелементів позитивно позначалося на якості кормової маси обох культур, підвищуючи у ній вміст білків, клітковини, цукрів, деяких амінокислот, а також вміст мікроелементів, що для умов цієї біогеохімічної провінції є досить важливим.

8. Проведені дослідження, а також аналіз даних щодо впливу мікроелементів на їх вміст в рослинах, а також вміст макроелементів і радіонуклідів 137Cs і 90Sr, у значній мірі підтверджує висунуту робочу гіпотезу про те, що зменшення накопичення останніх у вегетативній масі та насінні може бути зумовлене, з одного боку, за рахунок антагоністичних взаємодій між мікроелементами і радіонуклідами, а з іншого – синергістичних взаємодій між мікроелементами і макроелементами калієм, кальцієм, фосфором та деякими іншими, які є антагоністами по відношенню до цих радіонуклідів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Груша В.В., Гудков І.М. Вплив позакореневого підживлення рослин мікроелементами на накопичення 137Cs // Наук. вісн. НАУ. – 2003. – Вип. 63.– С. 263-268.

2. Груша В.В. Вплив позакореневого внесення мікроелементів на надходження радіонуклідів у продукцію рослинництва // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв. – 2003. – Т. 1, вип. 3. – С 43-49.

3. Гудков І.М., Груша В.В., Грисюк С.М., Трунова О.К., Роговцев О.О. Ефективність позакореневого підживлення люпину та ріпаку комплексонатами мікроелементів у зниженні накопичення радіонуклідів та збільшенні продуктивності рослин // Наук. вісн. НАУ. – 2004. – Вип. 79. – С. 233-238. (Дисертантом проаналізовано літературу, особисто виконано обробка рослин комплексонатами мікроелементів в умовах радіаційного забруднення, обробку та аналіз результатів).

4. Гудков І.М., Груша В.В. Мікроелементи як блокувальники надходження радіонуклідів у рослини та як радіопротектори // Физиология и биохимия культур. растений. – 2004. – Т. 36, №3. – С. 205-216.

5. Бережницька О.С., Трунова О.К., Макотрик Т.О., Груша В.В. Гетерометальні комплекси Zn-II і Mn-II з біологічно активним комплексоном // Укр. хим. журнал. – 2004. – №9-10. – С. 12-14. (Здобувачем проведено досліди з впливу гетерометальних комплексів Zn-II і Mn-II на вміст радіонуклідів в рослинах).

6. Груша В.В., Гудков І.М. Роль мікроелементів у попередженні надходження радіонуклідів в сільськогосподарські рослини // Живлення рослин. Теорія і практика. (Зб. наук. пр., присвяч. 100-річчю від дня народження академіка П.А. Власюка). – К.: Логос, 2005. – С. 498-508. (Дисертантом проаналізовано літературу, проведено дослідження, обробка та аналіз результатів).

7. Груша В.В. Вплив позакореневого підживлення рослин мікроелементами на накопичення 137Cs // Матер. Всеукр. конф. молодих вчених “Засади сталого розвитку аграрної галузі”. – К. – 2002. – С 140.

8. Груша В.В. Роль позакореневого внесення мікроелементів у накопиченні радіонуклідів сільськогосподарськими рослинами // 3-й з’їзд з радіаційних досліджень: радіобіологія і радіоекологія: Тези доп., – К.: Укр. фітосоціол. Центру, 2003. – С. 292.

9. Груша В.В., Гудков І.М. Ефективність мікроелементів і їх комплексонатів у зниженні накопичення радіонуклідів стронцію-90 та цезію-137 кормовими рослинами // Матер. Міжнар. конф. “Двадцять років Чорнобильській катастрофі. Погляд у майбутнє”. – К. – 2006. – С. 314-315.

10. I. Gudkov, V. Grusha, V. Kitsno, S. Grysjuk, N. Lasarev “Microelements as radioprotectors and radioblocators at the territories contaminated by radionuclides” // Матер. Міжнар. конф. “Двадцять років Чорнобильській катастрофі. Погляд у майбутнє”. – К.: Холтех, 2006. – С. 392-393.

11. Груша В.В., Гудков И.Н. Внекорневая подкормка люпина и рапса комплексными соединениями цинка и марганца снижает накопление радионуклидов в растениях и повышает их продуктивность // Матер. Міжнар. конф. “Современная физиология растений: от молекулы до экосистем”. – Сиктивкар, Республіка Комі, Росія, 2007. – С. 55-56.

12. Рекомендації по виробництву та використанню в рослинництві і тваринництві на забруднених радіонуклідами територіях нових сполук на основі мікроелементів, які мають радіозахисні властивості / І.М. Гудков, С.М. Грисюк, М.М. Лазарєв, В.О. Кіцно, В.В. Груша та ін. – К.: НАУ, 2005. – 30 с. (Дисертантом виконано обробку рослин комплексонатами мікроелементів в умовах радіаційного забруднення, обробку та аналіз результатів).

АНОТАЦІЯ

Груша В.В. вплив позакореневого підживлення мікроелементами на надходження і накопичення 90Sr і 137Cs кормовими рослинами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.01 – радіобіологія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Дисертаційну роботу присвячено вивченнню впливу позакореневого підживлення рослин мікроелементами на надходження і накопичення 90Sr і 137Cs. Встановлено, що позакореневе підживлення кормових рослин - ярого ріпаку і жовтого люпину водними розчинами солей мікроелементів цинку та марганцю у кількостях, відповідно, 200 та 300 г/га зменшує накопичення у вегетативній масі і насінні 137Сs в 1,5-2 рази, а 90Sr у 1,2-1,4 рази. Показано, що при застосуванні мікроелементів у формі комплексонатів суттєво підвищується їх радіоблокуюча ефективність. Під впливом спільного комплексонату цинку і марганцю накопичення 137Сs зменшувалось у 1,6-2,8 рази і 90Sr – в 1,4-1,6 рази.

Застосування солей мікроелементів та їх комплексонатів підвищувало врожай вегетативної маси і насіння ріпаку на 29,5 і люпину - на 32,2 % і позитивно впливало на їх якість, збільшуючи накопичення протеїну, жирів, цукрів, клітковини, а також вміст амінокислот цистеїну та метіоніну.

Показано, що зменшення накопичення 137Сs і 90Sr в продукції кормовиробництва зумовлено, з одного боку, антагоністичними взаємодіями мікроелементів і радіонукліду, а з іншого – опосередкованою дією за рахунок стимуляції надходження в рослини макроелементів – антагоністів, зокрема калію, кальцію і деяких інших елементів. Значне збільшення кількості мікроелементів в рослинах виявлено при позакореневих обробках цинком і марганцем.

Ключові слова: мікроелементи, комплексонати, радіонукліди, синергізм, антогонізм, надходження, накопичення.

АННОТАЦИЯ

Груша В.В. Влияние некорневой подкормки микроэлементами на поступление и накопление 90Sr и 137Cs кормовыми растениями. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.01 – радиобиология. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2007.

Диссертационная работа посвящена изучению влияния некорневой подкормки микроэлементами на поступление и накопление 90Sr и 137Cs в кормовых растениях. Установлено, что в условиях Украинского Полесья на бедных практически на все макро- и микроэлементы почвах, в наибольшей степени подвергшихся радионуклидному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г., дополнительным приемом, который может снизить поступление в растения этих радионуклидов, является внесение некоторых микроэлементов, из которых наиболее эффективными оказались цинк и марганец. Микроэлементы с одной стороны могут непосредственно выступать в качестве антагонистов-блокаторов поступления радионуклидов, а с другой – синергистов упомянутых макроэлементов фосфора и калия, которые препятствуют их переходу из почвы в растения.

По результатам работы впервые установлено, что внекорневая подкормка этими микроэлементами, не только уменьшает поступление в растения радионуклидов не в меньшей степени, чем при внесении в почву, но и позволяет применять соли в значительно меньших количествах, упрощая при этом технологию их применения. С целью повысить эффективность солей была предпринята попытка исследовать их действие в составе комплексных соединений.

Микроэлементы использовали в виде водных растворов их сернокислых солей, а также монокомплексонатов (хелатов) этих микроэлементов и их совмесного гетерокомплексоната на основе комплексона (хелатора) этилендиаминдиянтарной кислоты (ЭДДЯ). Состав монокомплексонатов - K2Zn(Mn)edds.2H2O и гетерокомплексоната - K4[ZnMn(edds)2.2H2O].H2O при содержании каждого из вышеупомянутых металлов приблизительно по 8%.

В полевых опытах, проведенных на загрязненных радионуклидами дерново-подзолистых почвах Житомирской области, было показано, что внекорневая подкормка растений люпина и рапса водними растворами сернокислих солей цинка 200 г/га и марганца 300 г/га снижает накопление 137Cs и 90Sr в соломе и семенах в 1,5–2 раза, а также положительно влияет на урожай и качество кормовой массы растений, повышая при этом содержание отдельных макроэлементов, микроэлементов, протеина, жира, клетчатки, сахаров. Монокомплексонаты цинка и марганца, а также их гетерокомплексонат в значительно большей степени уменьшают накопление в растениях радионуклидов и повышают их продуктивность. Наиболее высокую эффективность проявил гетерокомплексонат, при применении которого накопление радионуклидов снижалось в 1,6-2,8 раза. Показано, что внесение микроэлементов в форме комплексных соединений значительно эффективней, чем их применение в виде простых водных растворов. По всей вероятности, это обусловлено более полным проникновением микроэлементов в растения в составе комплексонатов, их более высокой подвижностью и лучшей доступностью к молекулярным структурам клетки.

ANNOTATION

Grusha V.V. The influence of fertilizing by microelements on uptake and accumulation of 90Sr and 137Cs in fodder plants. – Manuscript.

Dissertation for the candidate of biology sciences (Ph.D.) degree in speciality 03.00.01 – radiobiology. – Kiev National Taras Shevchenko University, Kiev, 2007.

The dissertation is devoted to investigation of the influence of out-root additional fertilizing by trace elements on uptake and accumulation of 90Sr and 137Cs in fodder plants. Data on the influence of foliar additional fertilizing by trace elements on entrance and accumulation of 90Sr and