Нанокристаллический порошок железа как компонент современной технологии создания лесных культур сосны обыкновенной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нанокристаллический порошок железа как компонент современной технологии создания лесных культур сосны обыкновенной

Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В.,

Нестеренко А.В., Щур А.В., Гогмачадзе Г.Д.

Аннотация

В связи с большим объемом лесовосстановительных работ определенное значение имеет приживаемость, сохранность, а также ускорение смыкания древостоя и, как следствие, перевод его в покрытую лесом площадь, от чего зависит эффективность работ по искусственному воспроизводству лесных ресурсов. Рекомендуемый метод обработки сеянцев водной суспензией нанопорошка железа стимулирует ростовые процессы лесных культур сосны обыкновенной. Он удобен и хорошо вписывается в современную технологию создания лесных культур.

Ключевые слова: НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ПОРОШОК ЖЕЛЕЗА, ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ, СЕЯНЦЫ, САЖЕНЦЫ, СОСНА ОБЫКНОВЕННАЯ, ПРИЖИВАЕМОСТЬ, ВЫСОТА РАСТЕНИЯ, ДИАМЕТР СТВОЛИКА

Введение

Лес - возобновляемый природный ресурс, требующий не просто разумного потребления, но и обеспечения научно обоснованной, долгосрочной системы охраны и воспроизводства.

Искусственное лесовосстановление должно обеспечивать непрерывное и эффективное восполнение вырубаемых запасов древесины путем выращивания высокопродуктивных лесных насаждений из хозяйственно-ценных пород при одновременном сохранении и повышении всех полезных свойств леса, положительно влияющих на природно-географическую среду [1].

Малопродуктивные дерново-подзолистые, светло-серые лесные почвы легкого гранулометрического состава обладают крайне низким биоклиматическим потенциалом, и для повышения их продуктивности необходимо поддерживать положительный баланс гумуса и питательных элементов, а также использовать биологические добавки, внося их в почву и работая по вегетации растений [2-9].

Растения используют железо в значительно меньших количествах, чем основные элементы, но тем не менее оно абсолютно необходимо для максимального роста растений. Образование хлорофилла не может идти без железа, хотя оно не входит в его состав [10].

В процессе роста и развития растения используют микроэлементы в виде ионов различных солей металлов, а также хелатных соединений, причем использование их, с одной стороны, ограничивается существующими предельно допустимыми концентрациями для растений, а, с другой стороны, - опасностью загрязнения окружающей среды ионами тяжелых металлов. В связи с этим возникает необходимость замены солей металлов такой формой, которая будет оказывать меньшее загрязняющее влияние на окружающую среду и обеспечивать минимальные требования к концентрации, используемой для обработки растений и семян. Такой формой являются нанокристаллические (ультрадисперсные) порошки металлов. Низкая токсичность металлов в ультрадисперсной форме, пролонгированность действия на биосистемы являются предпосылками для расширения номенклатуры биостимуляторов роста [11].

Наночастицы вследствие своих небольших размеров могут связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы, и тем самым изменять функции биоструктур. Кроме того, они обладают высокой адсорбционной активностью.

Изучение воздействия нанокристаллического железа показало, что предпосадочная обработка увеличивает водоудерживающую способность. Фотосинтез и усвоение углекислого газа в листьях растений проходит под очень высоким давлением внутриклеточной жидкости. Из-за недостатка воды в почве это давление падает, что приводит к снижению интенсивности фотосинтеза. При этом преждевременно стареют клетки всего растения, и его рост прерывается [12, 13].

Воздействие нанокристаллических порошков металлов на биологические объекты принципиально отличается от воздействия на те же объекты солей металлов (в форме удобрений), которое кратковременно и в низких концентрациях малоэффективно, а в высоких - токсично. При взаимодействии с биологическими объектами нанопорошки металлов предоставляют множество источников ионов металла, постоянно образующих определенную концентрацию вокруг каждой частицы. Этим и объясняется пролонгированное действие нанокристаллических препаратов на биологические объекты [14].

В связи с вышеизложенным целью работы является совершенствование технологии создания лесных культур сосной обыкновенной с использованием нанопорошка железа.

Данная работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО РГАТУ по теме: «Разработка и внедрение элементов инновационных технологий повышения плодородия почв, управление продукционным процессом в агроэкосистемах и лесовосстановлении», раздел 1.6: «Разработка мероприятий по лесовосстановлению в Рязанской области».

Полевые исследования проводились в ГКУ РО «Солотчинское лесничество» (Мурминское участковое лесничество) Рязанской области, почва - дерновоподзолистая песчаная, ТЛУ-А2 (свежие боры). Опыт заложен весной 2010 года. Данный год характеризуется аномально жаркими и засушливыми погодными условиями. Общая площадь опыта - 11,6 га: без обработки - 6,2 га; обработанные посадки - 5,4 га.

Схема опыта

Вариант 1. Контроль (без замачивания сеянцев в водной суспензии нанокристаллического порошка железа);

Вариант 2. Замачивание сеянцев в водной суспензии нанокристаллического порошка железа- 0,001% суспензия;

Вариант 3. Замачивание сеянцев в водной суспензии нанокристаллического порошка железа- 0,01% суспензия;

Вариант 4. Замачивание сеянцев в водной суспензии нанокристаллического порошка железа- 0,1% суспензия.

Экспозиция замачивания - 20 мин.

нанокристаллический порошок железо сосна

Методы исследований

Для изучения состояния лесных культур сосны обыкновенной были заложены две ленточные пробные площади. Пробные площади закладывались в соответствии с ОСТом 56-99-93 «Лесные культуры. Оценка качества».

Проведя исследования, получили следующие результаты.

По итогам осенней инвентаризации 2010 года приживаемость сеянцев сосны обыкновенной составила: в контроле (без обработки) 68%, в изучаемых вариантах - 74-76 %, т.е. увеличение приживаемости составило 6-8 %.

По итогам осенней инвентаризации 2011 года сохранность сеянцев сосны обыкновенной составила: в контроле (без обработки) 96%, в изучаемых вариантах - 100%, т.е. увеличение составило 4%.

Лучшим был вариант с использованием 0,01% суспензии нанопорошка железа.

Результаты эксперимента показывают, что наилучшим условием, необходимым для повышения приживаемости саженцев сосны обыкновенной, является применение нанопорошка железа с концентрацией 0,01%. На сохранность саженцев повлияло применение нанопорошка железа, без учета концентрации.

При посадке сеянцы сосны обыкновенной имели следующие биометрические параметры: средняя высота растений - 4,310,06 см (точность 5,03%), средний диаметр стволика - 1,210,04 мм (точность 3,14%). Данные параметры заметно увеличились от применения нанопорошка железа, как в сравнении с исходными данными, так и в сравнении с контрольным вариантом.

Осенью 2010 года биометрические показатели на контрольном варианте были следующими (табл. 1): средняя высота растений - 4,840,11см; средний диаметр стволика - 1,460,19 мм. Замачивание корневой системы растений в суспензии нанопорошка железа с концентрацией 0,001% несколько повысило среднюю высоту растений и составило 4,960,42 см. Увеличение концентрации нанопорошка железа до 0,01% способствовало увеличению средней высоты до 5,010,38 см. Дальнейшее увеличение концентрации нанопорошка железа в суспензии оказывало ингибирующее действие. Аналогичные закономерности прослеживались с изменением среднего диаметра стволика.

При осенней инвентаризации 2011 года было выявлено следующее: в контрольном варианте средняя высота растений увеличилась до 5,960,54 см, средний диаметр стволика - до 1,970,31 мм (табл. 2). Применение нанопорошка железа в исследуемых концентрациях увеличило среднюю высоту растений практически в 2 раза, а средний диаметр стволика - на 0,520,84 мм. Лучшим был вариант с использованием 0,01% суспензии нанопорошка железа.

Таблица 1. Влияние нанопорошка железа на биометрические параметры саженцев сосны обыкновенной, осень 2010 г.

Таблица 2. Влияние нанопорошка железа на биометрические параметры саженцев сосны обыкновенной, 2011 г.

Осенью 2012 года были проведены линейные замеры саженцев сосны обыкновенной. В результате этого было выявлено следующее: в контрольном варианте средняя высота растений увеличилась до 24,141,63 см, средний диаметр стволика - до 23,30,65 мм (табл. 3).

Таблица 3. Влияние нанопорошка железа на биометрические параметры саженцев сосны обыкновенной, 2012 г.

Применение нанопорошка железа в исследуемых концентрациях увеличило среднюю высоту растений практически в 2 раза. Лучшим был вариант с использованием 0,01% суспензии нанопорошка железа. Средний диаметр стволика увеличился от применения нанопорошка железа на 11,8-13,1 мм. Лучшим был вариант с использованием 0,001% суспензии нанопорошка железа. Дальнейшее увеличение концентрации снижало данный показатель.

Аналогичная ситуация отмечалась и в 2013 году (табл. 4). Применение нанопорошка железа в исследуемых концентрациях увеличило среднюю высоту растений практически в 2 раза. Лучшим был вариант с использованием 0,01% суспензии нанопорошка железа. Средний диаметр стволика увеличился от применения нанопорошка железа на 8,2-12,1 мм. Лучшим был вариант с использованием 0,001% суспензии нанопорошка железа. Дальнейшее увеличение концентрации снижало данный показатель.

Осенью 2014 года была проведена очередная инвентаризация посадок саженцев сосны обыкновенной. В результате этого было выявлено следующее (табл. 5): в контрольном варианте средняя высота растений увеличилась до 110,52,51см, средний диаметр стволика - до 43,05,59мм. Применение нанопорошка железа в исследуемых концентрациях увеличило среднюю высоту растений на 34,0-53,5 см. Лучшим был вариант с использованием 0,01% суспензии нанопорошка железа. Средний диаметр стволика увеличился от применения нанопорошка железа на 4-21 мм. Лучшим был вариант с использованием 0,1% суспензии нанопорошка железа.

Таблица 4. Влияние нанопорошка железа на биометрические параметры саженцев сосны обыкновенной, 2013 г.

Таблица 5. Влияние нанопорошка железа на биометрические параметры саженцев сосны обыкновенной, 2014 г.

Таким образом, можно отметить, что обработка корневой системы сеянцев сосны обыкновенной водной суспензией нанокристаллического железа способствует лучшей приживаемости растений:

- увеличение приживаемости составило 8%;

- сохранность сеянцев сосны обыкновенной составила 4%.

При анализе биометрических данных установлено, что применение нанопорошка Fe стимулирует ростовые процессы в растениях, среднегодовой прирост в пятилетних культурах сосны обыкновенной составил в контрольном варианте 25,56 см, а в варианте с применением 0,1% суспензии нанопорошка железа - 36,73 см.

За счет увеличения приживаемости и сохранности обработанные нанопорошком железа лесные культуры не требуют дополнения, что уменьшает себестоимость создания 1 га лесных культур на 9,2% (с учетом затрат на изготовление и применение препарата).

Список использованных источников

1. Калашникова Е.А., Родин А.Р. Теоретические и практические аспекты применения нанотехнологий при подготовке семян к посеву // Вестник МГУЛ-Лесной вестник. - 2012, № 7 (90). - С. 65-66.

2. Балабко П.Н., Мажайский Ю.А., Виноградов Д.В. и др. Экологическое обоснование использования почв Окской поймы и ополья мещерского Полесья. - Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ. - 2013. - 240 с.

3. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Улучшение малопродуктивных супесчаных дерновоподзолистых почв при внесении органо-минеральных удобрений и микробиологической добавки // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А.Костычева. - 2014, № 1 (21). - С. 47-51.

4. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Роль агромелиоративных приемов в улучшении основных агрофизических свойств супесчаной дерново-подзолистой почвы // Агропанорама. - Республика Беларусь, Минск. - 2013, №6. - С. 10-12.

5. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Изменение основных свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы под действием органо-минеральных удобрений и бактериального препарата «Байкал ЭМ-1» // Вестник УО БГСХА. - 2013, №4. - С. 113-117.

6. Ушаков Р.Н., Виноградов Д.В., Гусев В.И., Зубец А.Н. Физико-химическая модель плодородия серой лесной почвы как информационной основы ее к неблагоприятным воздействиям // Международная научная конференция «Почвы Азербайджана: генезис, мелиорация, рациональное использование и экология». - 2012. - С. 1013-1018.

7. Ушаков Р.Н., Виноградов Д.В., Головина Н.А. Физико-химический блок плодородия агросерой почвы // Агрохимический вестник. - 2013, № 5. - С. 12-13.

8. Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В. Зависимость баланса элементов питания в системе «почва - удобрение - растение» от форм азотных удобрений в условиях юга Нечерноземья // Вестник КрасГАУ. - 2015, №6. - С. 13-18.

9. Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В. Роль длительности применения форм азотных удобрений в формировании урожая сельскохозяйственных культур в условиях Юга Нечерноземья // Международный технико-экономический журнал. - 2014, № 2. - С. 80-84.

10. Чурилов Г.И., Назарова А.А., Амплеева Л.Е., Сушилина М.М., Полищук С.Д. Рекомендации по использованию ультрадисперсных порошков металлов (УДПМ) в сельскохозяйственном производстве. - Рязань: Изд-во РГАТУ. - 2010. - 51 с.

11. Фадькин Г.Н., Нестеренко А.В. Изучение влияния нанокристаллических порошков металлов на рост и развитие сеянцев сосны обыкновенной // Юбилейный сборник научных трудов студентов, аспирантов и преподавателей агроэкологического факультета, посвященный 110-летию со дня рождения профессора Травина И.С. Материалы научно-практической конференции. - 2010. - С. 158-161.

12. Фадькин Г.Н., Нестеренко А.В. Лесовосстановление с использованием наноматериалов // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / VIIМеждународная научно-практическая конференция. - Барнаул: Изд-во АГАУ. - 2012, кн. 2. - С. 91-92.

13. Виноградов Д.В., Потапова Л.В. Использование ультрадисперсных металлов в сельхозпроизводстве // Международный технико-экономический журнал. - 2009, №3. - С. 37-39.

14. Фадькин, Г.Н. Нестеренко А.В. Использование нанопорошков железа в технологии создания лесных культур сосны обыкновенной // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А.Костычева. - 2012, № 3. - C. 40-44.

Размещено на Allbest.ru