28 Апр

СОСТАВ И СВОЙСТВО БИОУДОБРЕНИЯ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ.




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Постоянно увеличивающееся население планеты стимулирует сельское хозяйство на получение большей продукции от растениеводства, которое является главным производителем пищи для человека [4]. Одновременно возникла проблема получения не только большого количества продукции, но и ее высокого качества.

Повышение качества зерна и продуктивности культуры возможно лишь при применении интенсификации сельскохозяйственного производства с использованием высокоэффективных и экологически чистых препаратов стимуляторов-регуляторов роста [3, 7, 9]. Обработка биопрепаратами перед посадкой проводится в следующих целях: для подавления поверхностной и внутрисемейной инфекции, стимуляции роста семян и укрепления их иммунитета, увеличения энергии прорастания семян, увеличения всхожести.

Предпосевная подготовка семян овощных культур является важным фактором повышения урожайности и качества продукции, снижения себестоимости и увеличения рентабельности производства овощной продукции.

Альтернативой химическим препаратам являются препараты растительного происхождения. Растения – ценный источник БАВ, использующийся в фармацевтической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности.

Большой интерес представляют продукты переработки древесины, в частности одного из доминантов темнохвойных и смешанных лесов Европы и России – ели европейской Picea abies (L.) Karst, семейство  Pinaceaе [5, 8]. Ель европейская относится к секции Picea, ряду Excelsae, к которому принадлежат еще 37 видов, восемь из которых произрастает на территории России. Под еловыми насаждениями находится до 25% всей лесной площади [6].

Этот вид является одним из основных при лесозаготовительных работах для получения деловой древесины. При каждом заготовленном кубометре древесины приходится до 500 кг отходов, из которых до половины составляет древесная зелень [11]. До 2000 г. использовали для химической и механической переработки около 2% всего доступного сырья (древесной зелени), в настоящее время практически отходы лесозаготовки не используются.

В то же время богатство химического состава и возможность круглогодичного использования делает древесную зелень хвойных пород привлекательной для получения органических и минеральных веществ, в том числе и биологически активных. Основная часть гидрофобных соединений древесной зелени (смолы) выполняют различные защитные функции или, меньшая часть, запасных питательных веществ (жиры, высшие жирные кислоты и их сложные эфиры) [1]. Водорастворимые вещества, в основном, являются продуктами биосинтеза необходимых для жизнедеятельности растительной клетки, в том числе продуктами первичного метаболизма.

Разработаны технологические схемы переработки гидрофобных экстрактивных веществ древесной зелени с получением более десяти различных продуктов, выпускаемых цехами лесобиохимии [10]. Гидрофильная часть экстрактивных веществ древесной зелени, после извлечения смолистых веществ, остается в отработанной древесной зелени и в настоящее время не используются. Такие вещества, как водорастворимые витамины, минеральные вещества, низкомолекулярные кислоты и другие обладают биологической активностью и представляют интерес для сельского хозяйства.

Для увеличения степени использования экстрактивных веществ и уменьшения отходов, образующихся при экстракции древесной зелени неполярными растворителями, проведены исследования по извлечению полярных экстрактивных веществ из отработанной древесной зелени. В качестве сырья использовали отработанную древесную зелень ели европейской Picea abies (L.) Karst, после экстракции нефрасом. Влажность исходного сырья от 18,5 до 22,5%, степень измельчения от 2 до 7 мм. Экстракцию проводили с помощью роторно-пульсационного аппарата. В аппаратах такого класса обрабатываемые продукты подвергаются активному гидродинамическому воздействию, дополнительному измельчению сырья, что положительно отражается на скорости извлечения целевого продукта, установка не требует нагрева. В качестве экстрагента использовали водно-солевой раствор – отход переработки экстрактивных веществ, извлекаемых из древесной зелени нефрасом.

Для изучения состава биоудобрения экстракт отфильтровали от отработанной хвои и упаривали на ротационном испарителе ИР-1М3 под вакуумом до содержания сухих веществ 50±2%, упаривание под вакуумом позволяет уничтожить контаминантную микрофлору и сохранить биологическую полноценность питательной среды. Затем полученный раствор экстрагировали последовательно растворителями: петролейным эфиром(ПЭ), диэтиловым эфиром(ДЭ), этилацетатом(ЭА). Выход экстрактивных веществ составил: вещества, извлекаемые ПЭ — 0,15%, от массы биоудобрения, в ДЭ — 3,2%, в ЭА — 2,5%. Остальная часть экстракта растворима в воде.

Экстрактивные вещества, извлечённые ПЭ, обработкой спиртовым раствором гидроксида натрия, разделили на сумму кислот и неомыляемые вещества. Их выход составил: свободные и «связанные» кислоты — 56,4% от массы веществ растворимых в ПЭ, неомыляемые вещества — 43,6% соответственно. Компонентный состав выделенных кислот и неомыляемых веществ был исследован методом хромато-масс-спектрометрии (табл. 1 и 2 соответственно).

Использовали: хроматограф Agilent Technologies 6850C с квадрупольным масс-спектрометром Agilent Technologies 5973N, стандартная кварцевая капиллярная колонка HP-5MS длиной 30 см и с внутренним диаметром 0,25 мм, толщина пленки неподвижной фазы 0,25 мкм. Разделение потока 1:100. Температурные режимы колонки:

  • для свободных и связанных кислот: программирование температуры от 150 до 280 oС со скоростью 5 град·мин-1 , выдержка при 280o С- 20мин.
  • для неомыляемых веществ: программирование температуры от 100 до 280 oС со скоростью 5 град·мин-1, выдержка при 280o С- 20мин.
  • для нейтральных соединений: программирование температуры от 100 до 280 oС со скоростью 5 град·мин-1, выдержка при 280o С- 20 мин.
  • для фенолокислот: программирование температуры от 100 до 280 oС со скоростью 5 град·мин-1, выдержка при 280o С- 20 мин.
  • для фенолов: программирование температуры от 100 до 280 oС со скоростью 5 град·мин-1, выдержка при 280о С- 20 мин.

Идентификацию компонентов биоудобрения проводили сравнением полученных масс-спектров со спектрами известных соединений из двух банков данных (WILEY 275.L, NIST 05.L).

ИК — спектры осадков записаны на приборе ИК-Фурье спектрометр ФСМ 1201 со спектральным диапазоном 400-5000 см-1 в таблетках KBr.

Таблица 1. Состав суммы кислот экстрактивных веществ, растворимых в петролейном эфире

№ п/п Наименование кислоты Содержание, % от массы
суммы кислот веществ растворимых в петролейном эфире
1 Миристиновая 8,2 4,6
2 Пальмитиновая 55,0 31,2
3 Олеиновая 7,4 4,2
4 Стеариновая следы следы
5 Изопимаровая следы следы
6 Арахиновая следы следы
7 Дегидроабиетиновая 15,8 9,0
8 Генэйкозановая 11,4 6,4
9 Бегеновая следы следы
10 Лигноцериновая следы следы

Фракция кислот состоит из высших жирных и смоляных кислот. Смоляные кислоты представлены дегидроабиетиновой и изопимаровой кислотами, а высшие жирные кислоты – в основном насыщенными C14–C24 кислотами. Среди идентифицированных кислот ненасыщенной является олеиновая, остальные относятся к насыщенным кислотам. Такое соотношение можно объяснить тем что ненасыщенные кислоты легче переходят в бензин при промышленной переработке древесной зелени, а оставшиеся в древесной зелени после экстракции углеводородным экстрагентом насыщенные кислоты, оказались сконцентрированными в отработанной древесной зелени.

Таблица 2. Компонентный состав неомыляемых соединений экстрактивных веществ, растворимых в петролейном эфире

п/п

Наименование компонента

Содержание, % от массы

Неомыляемых

Веществ растворимых в

петролейном эфире

1 Оплопанол 14,1 6,1
2 Эпиманоол 2,5 1,1
3 Фитол 5,3 2,3
4 β-ситостерин 50,3 21,9

Основным идентифицированным соединением неомыляемой части экстрактивных веществ, растворимых в петролейном эфире, является β-ситостерин. Меньшую часть идентифицированных соединений составляют оплопанол, эпиманоол и фитол. Остальные соединения не удалось идентифицировать.

Наибольшая группа соединений, растворимых в ДЭ, представлена фенолокислотами (более 50%) от массы веществ, растворимых в диэтиловом эфире.  Около 40% соединений составляют фенолы и 6% нейтральные вещества.

Основным соединением во фракции фенолов и фенолокислот из проэкстрагированной древесной зелени является n-гидроксиацетофенон с примесью 3-метокси-4-гидроксиацетофенона. Основным компонентом выделенных нейтральных соединений является β-ситостерин. На его долю приходится около 83,7% от фракции нейтральных веществ или 2,2% от массы веществ растворимых в ДЭ.

Проведены исследования биоудобрения на посевные качества семян (лабораторные испытания) и влияния на урожайность сельскохозяйственных культур.

Качества семян является важнейшим фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Эффективность процессов, характеризующих начальные фазы прорастания, в значительной мере определяют состояние формирующихся проростков, находит свое отражение в посевных качествах семян. [12]

Проведенные исследования показали, что при обработке семян биоудобрением увеличивается энергия прорастания и всхожесть семян по сравнению с обработкой семян водой и обработкой удобрением «Благо-3». Так, обработка семян редиса биоудобрением активирует ростовые процессы уже на самой ранней стадии онтогенеза растений. Получена достоверная прибавка всхожести семян, которая составила 11%. На варианте с использованием удобрения «Благо-3» всхожесть семян была увеличена на 3%. При обработке семян томатов получена достоверная прибавка всхожести семян, которая составила 15%.

Установлено в полевых условиях влияние биоудобрения из древесной зелени на урожайность полевых, овощных, зеленых и декоративных цветочных культур. При обработке семян водным раствором биоудобрений на всех культурах получена прибавка урожайности в пределах от 5 до 26%. Например, предпосевная обработка семян свеклы и моркови биоудобрением способствовала увеличению урожайности корнеплодов на 5; 4,8 т/га, соответственно, что составило 25, 26%. Применение биоудобрения на разных сортах картофеля (Невский, Кураж, Артемис) показали следующие результаты: на сортах картофеля Невский и Кураж не было получено существенной прибавки урожайности к контрольному варианту, а картофель сорта Артемис по сравнению с контрольным вариантом сформировал на 9 т/га урожая больше, что превышает контрольный вариант на 24,6 %.

На основании проведенных исследований по применению биоудобрений при выращивании зеленых культур можно отметить их положительное влияние на ростовые процессы растений.  Это в конечном итоге отразилось на урожайности культур. Урожайность зеленой массы при применении данного агроприема составила 3,7; 2,1 т/га соответственно, что в 1,7; 1,6 раза превышает вариант без применения биоудобрения.

 Применение биоудобрений на цветочных культурах способствовало лучшему укоренению миниатюрных роз, что обусловило в дальнейшем образование дополнительных побегов в кусте и продолжительность цветения. Следует отметить, что на кустах, где применялось биоудобрение на 5– 6 дней раньше появились бутоны. На этих же вариантах насчитывалось в 4–5 раз больше цветков, что способствовало увеличению периода бутонизация – цветение у миниатюрных роз.

Таким образом, применение биопрепарата на миниатюрных розах в качестве подкормки с интервалом между обработками 2 недели способствует лучшему укоренению растений, образованию дополнительных побегов и бутонов, что в свою очередь увеличивает продолжительность обильного цветения миниатюрных роз.

Выводы.

Предложена экологически безопасная технология экстрактивных веществ древесной зелени ели с получением нового продукта «Биоудобрение», методом водно-солевой экстракции в роторно-пульсационном аппарате.

Изучен состав экстрактивных веществ биоудобрения, растворимых в петролейном и диэтиловом эфирах. Показано, что основными компонентами являются: насыщенные жирные и смоляные кислоты, фитол, β-ситостерин, эпиманоол, n-гидроксиацетофенон.

Проведены исследования по обработке семян овощных, полевых и зеленых культур биоудобрением. Установлено, что при обработке семян биоудобрением увеличивается энергия прорастания и всхожесть семян по сравнению с контролем обработкой семян водой и обработкой семян удобрением «Благо3».

При обработке семян водным раствором биоудобрений на всех культурах получена прибавка урожайности в пределах от 5 до 26%, у картофеля (24,6%) и салата (23%).

Применение подкормки на посевах с обработкой семян водным раствором биоудобрений также повышала урожайность (на 20-68 %) в зависимости от культуры, максимальные прибавки отмечены у растений салата листового (61%) и петрушки листовой (68%).

Применение биоудобрения на цветочных культурах в качестве подкормки с интервалом между обработками 2 недели способствует лучшему укоренению растений, образованию дополнительных побегов и бутонов, что в свою очередь увеличивает продолжительность обильного цветения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (госзадание 37.2087.2014 К) «Разработка комплексной технологии переработки древесной зелени лесозаготовительной промышленности с получением экологически нейтральных продуктов для сельского хозяйства».

Список литературы

  1. Белик В.Ф. Методика опытного дела в овощеводстве и бахчеводстве. — М.: Агропромиздат, 1992. — 319 с.
  2. Васильев С.Н., Рощин В.И., Фелекс С. Экстрактивные вещества древесной зелени ели европейской. // Раст. Ресурсы, вып. 1-2, 1996, с. 151-180.
  3. Грехова И.В. Применение регуляторов роста и развития растений / И.В. Грехова // Нивы Зауралья. 2009. №3 (59).
  4. Коренев Г.В. Растениеводство с основами селекции и семеноводства / Г.В. Корнеев, П.И. Подгорный, С.Н. Щербак. С-Пб., 2009. 576 с.
  5. Лихачев В.С. Сила роста семян и ее роль в оценке их качества /В.С. Лихачев//Селекция и семеноводство. – 1983. – № 1. – С. 42-44.
  6. Правдин Л.Ф. Ель европейская и ель сибирская в СССР.М.,1975,210 с.
  7. Скуратович Л.В. Реакция яровой пшеницы на обработку гуминовыми препаратами в лесостепи Тюменской области: Дис. …к.с.-х.н. Тюмень, 2007. 167 с.
  8. Флора европейской части СССР.Л.,1974, т.1
  9. Хусаинов А.Т. Влияние гуминового препарата Росток на структуру и урожай сельскохозяйственных культур в степной зоне Северного Казахстана / А.Т. Хусаинов, Д.Т. Кудабаева, М.Д. Сеитова, А. Касипхан // Научные инновации – аграрному производству: Мат. Междунар. науч.-практ. конф. Омск, 2013. С. 111.
  10. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени. Л., Изд-во Ленинградского университета, 1981,223с.
  11. Яновский Л.Н. Вес зеленой биомассы деревьев древостоев сосны, ели, березы и осины. //Лесное хозяйство, лесная деревообрабатывающая промышленность. – Л. 1975, вып.3,с.21-23
  12. Гриценко В.В. Совершенствование методики проращивания семян при определении всхожести / В.В. Гриценко, В.А. Дмитриева, П.Д. Бугаев // Селекция и семеноводство. — 1987. -№2.- С.42-43.
    СОСТАВ И СВОЙСТВО БИОУДОБРЕНИЯ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ.
    Представлены данные по разработке технологии получения биоподкормки сельскохозяйственных растений из отходов лесозаготовки. Приведен состав гидрофобных соединений, входящих в состав биоудобрения. Получены результаты лабораторных испытаний по влиянию препарата на всхожесть семян. Установлено увеличение всхожести семян редиса на 10%. В полевых условиях препарат показал положительное влияние на повышение урожайности полевых, овощных, зеленых и декоративных цветочных культур.
    Written by: Волкова Кристина Валерьевна, Рощин Виктор Иванович, А.Г. Орлова, Ф.Ф. Ганусевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 12/20/2016
    Edition: euroasia-science_28.04.2016_4(25)
    Available in: Ebook