Введение
Сельскохозяйственные растения, помимо макроэлементов, вносимых в почву в качестве удобрений (минеральные соли, селитра и т.д.), нуждаются в микроэлементах, а также различного рода стимуляторах роста [4; 5]. В настоящее время в сельском хозяйстве широко применяются стимуляторы роста и микроудобрения, насыщенные микроэлементами в свободной форме. Микроэлементы играют огромную роль в развитии растительного организма. Они являются неотъемлемой частью ферментных систем, а также выступают в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в клетках растений
[1-3]. Источниками микроэлементов для растений, помимо почвы, могут служить различного рода биопрепараты. Современные биопрепараты производятся на основе различных природных веществ, таких как гуминовые кислоты, хелатные комплексы металлов, а также органические кислоты, выделенные из растительного сырья.
Металлургический шлам является побочным продуктом металлургического производства. Он насыщен различными микроэлементами и металлами, которые необходимы для нормального роста и развития растений. Проводимые испытания металлургического шлама направлены на изучение потенциальной возможности его использования в качестве источника микроэлементов для сельскохозяйственных растений.
Целью проведенной работы стал поиск оптимальной концентрации металлургического шлама при обработке семян масличных культур: рапса и подсолнечника, на основе анализа витальных и морфофизиологических показателей семян и проростков.
Экспериментальная часть
Лабораторные исследования проводились в соответствии с ГОСТ 12038-84. Методика определения воздействия шлама на растительные объекты пищевого и кормового назначения основана на оценке изменений витальных и морфофизиологических показателей проростков растений, в частности: энергии прорастания; всхожести; длины 7-дневных надземных и подземных ростков; массы 7-дневных надземных и подземных ростков.
Культивационную среду с равномерно распределенным в ней металлургическим шламом помещали в чашку Петри для масличных – в объеме 1,5-2 мл. Повторность опыта для каждого варианта четырехкратная.
Схема проведения исследований:
- Контроль – жидкая культивационная среда на основе дистиллированной воды без добавления шлама.
- Раствор шлама металлургического производства с концентрацией вещества 0,001%.
- Раствор шлама металлургического производства с концентрацией вещества 0,01%.
- Раствор шлама металлургического производства с концентрацией вещества 0,1%.
- Раствор шлама металлургического производства с концентрацией вещества 1,0%.
- Раствор шлама металлургического производства с концентрацией вещества 10,0%.
Результаты и обсуждения
Исследование биологической активности шлама металлургического производства было проведено в лабораторных условиях на 2 видах растений: подсолнечник, рапс. Были изучены витальные (энергия прорастания, всхожесть), морфологические (длина вегетативной и корневой частей проростков) и физиологические (масса вегетативной и корневой частей проростков) показатели.
Результаты исследований по влиянию шлама на семена и проростки подсолнечника представлены в таблицах 1-3.
Таблица 1 ‑ Энергия прорастания и всхожесть подсолнечника при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Подсолнечник |
|||
Энергия прорастания, % |
Отношение к контролю, % |
Всхожесть, % |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
97 |
- |
97 |
- |
Шлам 0,001% |
98 |
-1% |
99 |
+2 |
Шлам 0,01% |
94 |
-3% |
97 |
- |
Шлам 0,1% |
95 |
-2% |
98 |
+1 |
Шлам 1,0% |
91 |
-6% |
99 |
+2 |
Шлам 10% |
96 |
-1% |
99 |
+2 |
Увеличение концентрации металлургического шлама в жидкой культивационной среде способствовало снижению энергии прорастания семян подсолнечника при всех концентрациях шлама, при этом всхожесть семян подсолнечника, напротив, превышала контроль (на 1-2%). Визуально проростки опытных семян подсолнечника были более плотные и жизнеспособные, чем контрольные (рис. 1, 2).
Рисунок 1 ‑ Проростки семян подсолнечника (шлам 0,1 и 1,0%)
Рисунок 2 ‑ Проростки семян подсолнечника (шлам 10,0%)
Таблица 2 ‑ Масса вегетативной и корневой частей проростков подсолнечника при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Подсолнечник |
|||
Масса вегетативной части, г |
Отношение к контролю, % |
Масса корневой части, г |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
0,0290 |
- |
0,0885 |
- |
Шлам 0,001% |
0,0202 |
-30,3 |
0,0811 |
-8,4 |
Шлам 0,01% |
0,0272 |
-6,2 |
0,0846 |
-4,4 |
Шлам 0,1% |
0,0292 |
+0,7 |
0,1061 |
+19,9 |
Шлам 1,0% |
0,0299 |
+3,1 |
0,0743 |
-16,0 |
Шлам 10% |
0,0342 |
+17,9 |
0,0784 |
-11,4 |
Масса 7-дневного вегетативной части проростка подсолнечника при низких концентрациях была значительно ниже контроля, но при высоких дозах шлама превышала контроль, максимально при содержании шлама в питательной среде 10,0% на 17,9%.
Весовые показатели корневой части проростка подсолнечника при всех концентрациях шлама металлургического производства были ниже контроля на 8-16%.
Таблица 3 ‑ Длина вегетативной и корневой частей проростков подсолнечника при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Подсолнечник |
|||
Длина вегетативной части, мм |
Отношение к контролю, % |
Длина корневой части, мм |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
20,6 |
- |
14,6 |
- |
Шлам 0,001% |
21,0 |
+1,9 |
12,5 |
-14,4 |
Шлам 0,01% |
19,7 |
-4,4 |
12,2 |
-16,4 |
Шлам 0,1% |
23,5 |
+14,1 |
11,7 |
-19,8 |
Шлам 1,0% |
22,2 |
+7,8 |
12,0 |
-17,8 |
Шлам 10% |
24,7 |
+19,9 |
11,6 |
-20,5 |
Под действием шлама металлургического производства длина вегетативной части проростка подсолнечника превышала контроль при концентрациях 0,1-10% от 7,8 до 19,9% относительно контроля, но длина корневой части оставалась ниже контроля при всех концентрациях на 14-20% (таблица 3). Таким образом, шлам металлургического производства в большей степени стимулировал рост и развитие вегетативной части проростков подсолнечника.
Витальные, метрические и весовые показатели проростков рапса при взаимодействии со шламом металлургического производства представлены в таблицах 4-6.
Таблица 4 ‑ Энергия прорастания и всхожесть рапса при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Рапс |
|||
Энергия прорастания, % |
Отношение к контролю, % |
Всхожесть, % |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
90 |
- |
95 |
- |
Шлам 0,001% |
92 |
+2 |
96 |
+1 |
Шлам 0,01% |
93 |
+3 |
95 |
- |
Шлам 0,1% |
95 |
+5 |
95 |
- |
Шлам 1,0% |
95 |
+5 |
98 |
+3 |
Шлам 10% |
96 |
+6 |
99 |
+4 |
Энергия прорастания и всхожесть семян рапса при взаимодействии со шламом значительно превышали контрольные показатели практически во всем интервале концентраций, достигнув максимального значения при содержании шлама в питательной среде 10,0% (таблица 4).
Таблица 5 ‑ Масса вегетативной и корневой частей проростков рапса при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Рапс |
|||
Масса вегетативной части, г |
Отношение к контролю, % |
Масса корневой части, г |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
0,0184 |
- |
0,0040 |
- |
Шлам 0,001% |
0,0239 |
+29,9 |
0,0047 |
+17,5 |
Шлам 0,01% |
0,0282 |
+53,3 |
0,0055 |
+37,5 |
Шлам 0,1% |
0,0232 |
+26,1 |
0,0046 |
+15,0 |
Шлам 1,0% |
0,0212 |
+15,2 |
0,0051 |
+27,5 |
Шлам 10% |
0,0262 |
+42,4 |
0,0056 |
+40,0 |
Присутствие металлургического шлама стимулировало накопление массы проростков семян рапса. При использовании шлама в максимальной концентрации (10%) масса вегетативной части проростков рапса превысила контроль на 42,4%, масса корневой части проростка – на 40,0%, показав лучший результат в эксперименте (таблица 5). При этом изменился и рост проростков рапса (таблица 6).
Таблица 6 ‑ Длина вегетативной и корневой частей проростков рапса при взаимодействии со шламом металлургического производства
Варианты |
Рапс |
|||
Длина вегетативной части, мм |
Отношение к контролю, % |
Длина корневой части, мм |
Отношение к контролю, % |
|
Контроль |
12,8 |
- |
15,0 |
- |
Шлам 0,001% |
14,0 |
+9,4 |
16,2 |
+8,0 |
Шлам 0,01% |
16,5 |
+28,9 |
18,8 |
+25,3 |
Шлам 0,1% |
18,6 |
+45,3 |
21,5 |
+43,3 |
Шлам 1,0% |
18,8 |
+46,9 |
19,7 |
+31,3 |
Шлам 10% |
19,8 |
+54,7 |
23,5 |
+56,7 |
Длины вегетативной части проростка увеличилась в среднем на 9-54%, рост корневой части также достоверно превышал контроль, максимально при концентрации шлама 10,0% на 56,7%. Следовательно, шлам металлургического способствовал росту и развитию как корневой, так и вегетативной части проростков рапса, максимально при содержании шлама в жидкой культивационной среде от 0,1 до 10%.
Заключение
Таким образом, на основе изменений витальных, морфологических и физиологических показателей семян и проростков масличных культур в лабораторных условиях можно сделать следующие выводы.
- Шлам металлургического производства обладает высокой биологической активностью.
- Исследуемые концентрации показали различный эффект по воздействию на семена и проростки подсолнечника и рапса. Наиболее эффективными и оптимальными являются концентрации водных растворов шлама от 1 до 10%.
Работа выполнена при поддержке ГК 14.512.12.0001 от 25.02.2013 г.
Рецензенты:
Ховайло В.В., д.ф.-м.н., профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», г.Москва.
Серов Г.В., д.т.н., профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», г. Москва.