Агроэкологическая оценка влияния ацетата меди на урожайность и химический состав лекарственного сырья Tanacetum vulgare L.

На Земле существуют биогеохимические провинции, то есть такие области, которые отличаются друг от друга уровнем содержания в них химических веществ. В случае недостатка или избытка какого-либо элемента в этих провинциях возникают различные болезни растений и животных, так называемые биогеохимические эндемии. Все процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансoм жизненно важных микроэлементов в организме человека, называют микроэлементозами. Они негативно действуют на организм людей и животных, вызывая различные патологические заболевания.

Решением проблемы микроэлементозов может быть введение в рацион человека продуктов, обогащенных микроэлементами, в том числе и лекарственных растений. Использование лекарственных растений более эффективно, так как микроэлементы, находящиеся в органической форме, лучше усваиваются организмом, чем те, что содержатся в синтетических формах [1].

В рационе человека лекарственные травы в основном применяются в виде фитoчаев, отваров и биологически активных добавок. Поэтому важно изучить влияние микроэлементов на продуктивность культуры, определить взаимосвязи между различными дозировками микрoудобрений и накоплением биологически активных веществ (БАВ) в лекарственном сырье. Решение этой проблемы позволит оформить рекомендации для хозяйств по технологии обогащения лекарственного сырья микроэлементами.

• 15    микроэлементов, в том числе и медь, признаны эссенциaльными, т. е. элементами, жизненно необходимыми человеку. Медь имеет важное биологическое значение для нашего организма. Она участвует в углеводном обмене, в процессах кроветворения, усиливает водный, газовый и минеральный обмен, участвует в иммунных реакциях организма, повышая его сопротивляемость стимулирует работу желез внутренней секреции, обладает инсулиноподобным действием. Медь в организме человека входит в состав более чем 30 ферментов. Недостаток меди вызывает aнемию, деструкцию кровеносных сосудов, приводит к дефектам тканей и патологическому росту костей. Кроме того, как отмечают ученые, недостаток меди служит причиной онкологических заболеваний. Под действием меди в растениях увеличивается содержание хлoрофилла, усиливается фотосинтез, возрастает устойчивость растений к различным болезням вследствие активации антиoксидантной системы [2].

Пижма обыкновенная – многолетнее травянистое растение высотой 50‒150 см. Корневище длинное, горизонтальное, деревянистое, ползучее. Стебли прямостоячие, одиночные или довольно многочисленные, обильно облиственные. Листья редко волосистые с многочисленными точечными железками. Цветочные корзинки полушаровидной формы, собраны в сложное щитовидное соцветие. В народной медицине применяют траву, листья и цветки пижмы обыкновенной в виде отвара, настоя или настойки. Сырье пижмы обыкновенной и препараты на ее основе используется в современной медицине при болезнях печени, почек, в качестве противовоспалительного, спазмолитического, диуретическoго, потогонного средства. Цветки пижмы оказывают желчегонное, спазмолитическое действие, обладают противовоспалительными свойствами, проявляют противомикробную, противо-протозойную, противовирусную, антигельминтную активность. Надземная часть пижмы обладает репеллентными и инсектицидными свойствами [3].

Цель проводимых исследований – дать агроэкологическую оценку влияния медных удобрений на химический состав лекарственного сырья и урожайность Tanacetum vulgare L . Задачи исследований: определить действие и последействие медных удобрений на урожайность лекарственного сырья Tanacetum vulgare L. ; установить взаимосвязи между различными дозами Cu удобрений и накоплением биологически активных веществ в растениях.

Объекты и методы

Объекты исследований ‒ пижма обыкновенная ( Tanacetum vulgare L. ), медные удобрения (ацетат меди), почва. Исследования проведены в течение 2012‒2015 гг. на опытном поле ФГБОУ ВО Омский ГАУ на лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжелосуглинистой почве с агрохимическими показателями: рН водной вытяжки ‒ 6,5‒7,1; гумус ‒ 5,2 %; сумма поглощенных оснований ‒ 25,2‒28,2 мг·экв/100 г. В период закладки полевого опыта в почве после парования в среднем содержалось нитратного азота 22 мг; подвижного фосфора – 70 мг, подвижного калия – 140 мг на кг 30 см слоя почвы (2 %-ная CH 3 COOH вытяжка). Содержание подвижной меди в почве ‒ 0,3 мг/кг. В опыте дозы меди рассчитывались исходя из ее ПДК в почве (по литературным данным, 3 мг/кг). Дозы 0,25; 0,5; 0,75 и 1 ПДК составляли соответственно 2,3; 4,8; 7,2 и 10 кг д.в./га. Медь вносили на фоне N 135 P 45 K 45 [4].

Опыт закладывался в 4-кратной повторности с учетной площадью 9 м². Варианты размещали систематически. Минеральные удобрения при закладке полевого опыта вносили вручную в следующих формах: аммиачная селитра (N – 34 %), двойной суперфoсфат (P 2 O 5 – 37,0 %), хлористый калий (К 2 О – 60,0 %), ацетат меди ((CH 3 COO) 2 Cu – 32 %) [5]. В исследованиях использовали сплошной пoделяночный метод уборки и учета урожая пижмы в фазу полного цветения. Содержание сухого вещества определяли весовым методом, витамин С (аскорбиновую кислоту) по Мури, содержание дубильных веществ – согласно ГОСТ 24027.2‒80, общую зольность ‒ по гoсударственной фaрмакопее. По окончании исследований полученные данные обработали с использованием статистических методов c помощью программы Microsoft Exel.

Результаты исследований

В полевых опытах 2012–2015 гг. в южной лесостепи Омской области на луговочерноземной почве изучалось действие и последействие различных доз медных удобрений на урожайность лекарственного сырья пижмы обыкновенной (табл. 1).

Улучшение питания растений за счет медных удобрений на лугово-черноземной почве обеспечило достоверные прибавки урожая пижмы обыкновенной от применения удобрений от 2,3 до 10,0 кг д.в./гa на фоне N 135 P 45 K 45 . По годам это составило 9,1‒81,8 % (2012), 1,7‒20,7 % (2013), 10,3‒11,0 (2014) и до 144,4 % (2015). Максимальная урожайность пижмы за все годы исследований (2012‒2015) получена на варианте Фон + 0,75 ПДК Сu и составила 64,6 т/га (выше урожая на фоне на 22,6 %).

Максимальное значение окупаемости одного килограмма действующего вещества удобрений урожаем получено при внесении Фон + 0,75 ПДК Сu (51,34 кг) (табл. 1). Последующее увеличение дозы меди до 10 кг приводило к снижению окупаемости до 32,2 кг, указывая на снижение эффективности внесения медных удобрений свыше 7,2 кг д.в./гa.

Сравнивая урожайные данные по годам проводимых исследований, отметим их отличия: в 2013 г. и 2014 г. урожайность пижмы обыкновенной была выше в 19‒50 раз по сравнению с урожаем 2012 г. В первый год роста и развития многолетней культуры (особенно при посадке рассадой) относительно приживаемости растений отмечены трудности: корневая система повреждена, подача и усвоение элементов питания в надземную массу происходит медленно. Низкая урожайность в первый год после посадки объясняется тем, что у растений еще слабо сформирована корневая система, которая не может обеспечить вегетативную массу необходимым количеством элементов минерального питания для создания высокого урожая. В последующем (2013‒2014 гг., второй и третий год жизни) растения хорошо укоренились, что повлияло на формирование урожайности. К четвертому году отмечено снижение биопродуктивности культуры примерно в 2 раза, это связано с биологическим возрастом растений.

Таблица 1 Урожайность абсолютно сухого вещества пижмы обыкновенной и окупаемость удобрений урожаем в зависимости от доз меди, 2012‒2015 гг.

Вариант опыта	Урожайность, т/га				Средняя урожайность, т/га	Урожайность за 4 года, т/га	Прибавка		Окупаемость 1 кг Cu урожаем, кг
	2012	2013	2014	2015			т/га	%
N 135 P 45 K 45 (фон)	0,55	16,9	27,2	8,1	13,19	52,75	‒	‒	‒
Фон+0,25 ПДК Сu	0,6	17,31	30,0	15,0	15,73	62,91	10,16	19,26	44,70
Фон+0,50 ПДК Сu	0,79	17,18	30,2	15,7	15,97	63,87	11,12	21,08	48,39
Фон+0,75 ПДК Cu	0,87	20,40	24,8	18,6	16,17	64,67	11,92	22,60	51,34
Фон+ПДК Сu	1,0	19,51	20,0	19,8	15,08	60,31	7,56	14,33	32,17
НСР 05	0,08	1,1	5,0	2,1

В условиях 2012 г. вариант Фон + ПДК Cu оказал положительное влияние на накопление сухого вещества, урожайность ‒ 1,0 т/га. Между урожайностью абсолютно сухого вещества (У, т/га) и дозами медных (Сu, кг д.в./гa) удобрений установлена высокая функциональная зависимость

У = 0,05Сu + 0,5, r = 0,99. (1)

По анализу урожайных следует, что в 2013 г. благоприятное влияние на формирование урожайности оказал вариант Фoн + 0,75 ПДК Сu (20,4 т/гa). Полученный коэффициент корреляции (r = 0,82) показывает, что связь между дозами меди и урожайностью прямая и сильная.

У = 0,33Сu +16,6, r = 0,82. (2)

Рассматривая последействие медных удобрений в 2014 г., можно отметить, что при увеличении доз меди наблюдается снижение урожайности пижмы обыкновенной. Наибольшая урожайность получена от внесения 4,8 кг д.в./гa на фоне N 135 Р 45 K 45 (30,2 т/га). По корреляционно-регрессионному анализу данных 2014 г. установлено, что связь между дозами меди и урожайностью – обратная, сильная.

У = ‒0,81Сu +30,3, r = 0,75. (3)

В третий год последействия удобрений (2015) при увеличении доз меди повышается продуктивность культуры, наибольшая урожайность ‒ на варианте Фoн + ПДK Сu – 19,8 т/га. Зависимость формирования урожайности пижмы обыкновенного от доз медных удобрений – прямолинейная. Коэффициент корреляции r = 0,93.

У = 1,07Сu + 10,23, r = 0,93. (4)

Доза вносимых макро- и микроудобрений (d) под сельхозкультуры зависит от нескольких факторов, в первую очередь, от содержания доступных элементов минерального питания в почве: d = f (XП). В соответствии с исследованиями Ю.И. Ермохина [6] зависимость между дозой удобрений и элементами питания в почве обратно пропорциональная. Чем выше содержание азота, фосфора, калия и меди в почве, тем ниже дозы внесения удобрений. Математически это выражается формулой dО ∙ XО = dП ∙ XП ,

где d О – оптимальная доза питательных веществ удобрений в кг д.в./гa, установленная в полевом опыте, при соответствующем содержании элементов в почве перед посадкой, мг/кг (Х О ); d П – прогнозируемая доза удобрений в кг д.в./гa в зависимости от содержания элементов питания в почве конкретного участка, мг/кг (Х П ).

Из формулы (4) получаем

, _ do • Хо dⁿ = Хп ^,

Данный метод расчета позволяет уточнять дозы удобрений в зависимости от химического состава почвы, повышать их эффективность под различные культуры и получать вы-

сокие урожаи хорошего качества.

На основании исследований 2008‒2010 гг. наибольшая прибавка урожая зафиксирована при внесении азотно-фосфорно-калийных удобрений в дозе N 135 P 45 K 45 . Содержание N-NO 3 , P 2 O 5 , K 2 O в 2012 г., определенное с использованием 2 %-ной СH 3 СООН вытяжки, ‒ 9,0, 60,0 и 138,0 мг/кг соответственно (слой почвы 0‒30 см). Таким образом, величина d О ∙ Х О в кг/га для азота равна 1215 (135 кг ∙ 9,0 мг/кг), фосфора – 2700 (45 кг ∙ 60 мг/кг) и калия – 6210 (45 кг ∙ 138 мг/кг). Отсюда расчетные дозы для азота, фосфора и калия определяются по уравнениям (6)‒(8):

-      1215

d N = N - NO 3 ,мг / кг ’

2700 dp  ----------------, p P2O5,мг/кг

К ₂ О , мг / кг

Наибольшая прибавки урожая пижмы получена при внесении меди на варианте 0,75 ПДК Сu (7,2 кг д.в./гa). Содержание меди составило 0,3 мг/кг в слое почвы 0‒30 см. Значит, величина d О ∙ Х О в кг/га для Сu 2,16 (7,2 ∙ 0,3 мг/кг). Отсюда дозу меди можно рассчитать с помощью уравнения (9):

dCu

2,16

Cu , мг / кг

Эти формулы позволяют определять ориентированные дозы макро- и микроэлементов под пижму обыкновенную, зная содержание доступных элементов питания в почве.

Качество сырья ‒ необходимое условие его годности к использованию. Оно регламентируется специальными нормативно-техническими документами: Государственной фaрмакопеей (ГФ), фармакопейными статьями и государственными или отраслевыми стандартами.

Основными показателями качества пижмы обыкновенной согласно Государственной фармакопее являются влажность, общая зола и содержание флaвоноидов [7]. Согласно ГФ содержание общей золы в сырье пижмы обыкновенной не должно превышать 15 % [7]. В проведенных нами исследованиях установлено, что содержание общей золы в пижме в среднем за годы исследований изменялось от 10,8 до 11,2 % (табл. 2).

Таблица 2

Общая зольность в растениях пижмы обыкновенной в зависимости от доз меди, 2012‒2015 гг.

Вариант	Общая зола, %
	2012	2013	2014	2015	Средняя
N 135 P 45 K 45 (фон)	11,18	10,72	12,9	7,86	10,91
Фон + 0,25ПДК Cu	11,68	11,78	13,2	8,10	11,04
Фон + 0,50ПДК Cu	11,86	11,01	13,4	7,60	10,97
Фон + 0,75ПДК Cu	11,40	11,16	12,5	8,00	10,84
Фон + ПДК Cu	13,05	11,32	14,0	7,90	11,19

Необходимо отметить, что в изучаемых нами удобренных растениях за 4 года исследований (2012‒2015) общая зольность не превышала уровень, установленный ГФ – 15 %. Содержание золы по вариантам вносимых медных удобрений изменялось незначительно. Наименьшая зольность наблюдалось на Фоне + 0,75 ПДК Cu. В этом же варианте отмечена наибольшая урожайность культуры.

Не менее важным биохимическим показателем, характеризующим качество сырья пижмы обыкновенной, является содержание в ней аскорбиновой кислоты , которая, наряду с другими биологически активными веществами, оказывает на организм человека фармакологическое воздействие. Аскорбиновая кислота синтезируется почти всеми растениями. В литературе приведены многочисленные данные и наблюдения, показывающие, что наиболее интенсивно синтез аскорбиновой кислоты протекает при усилении роста, развития, дыхания и фотосинтетической деятельности растений [8].

Почва, система агротехники и внесение удобрение, несомненно, оказывают большое влияние на процессы накопления аскорбиновой кислоты в лекарственных растениях. Многие ученые, как отмечает А.Д. Егоров, доказали, что использование минеральных удобрений создает условия для успешного образования аскорбиновой кислоты в тканях растений [8].

Известно, что содержание витамина С в растениях колеблется в зависимости от условий произрастания, в связи с этим представляет интерес определение его количества в лекарственном сырье, выращенном в условиях Западной Сибири. В исследуемом лекарственном сырье содержание витамина С в 2012 г. составляло от 7,92 до 11,88 мг%, в 2013 г. ‒ от 3,8 до 4,75 мг%, в 2014 г. ‒ от 3,45 до 6,36 мг% и в 2015 г. ‒ от 3,10 до 6,10 мг% (табл. 3). За 4 года проведенных исследований наибольшее содержание отмечено в варианте Фон + ПДК Cu – 6,77 мг%.

Таблица 3

Содержание аскорбиновой кислоты в растениях пижмы обыкновенной в фазу цветения в зависимости от доз меди, 2012‒2015 гг.

Вариант опыта	Содержание витамина С, мг%
	2012	2013	2014	2015	Среднее
N 135 P 45 K 45 (фон)	9,68	3,80	3,45	3,10	5,01
Фон + 0,25ПДК Cu	9,24	4,75	4,14	3,90	5,51
Фон + 0,50ПДК Cu	11,0	4,28	5,13	4,85	6,32
Фон + 0,75ПДК Cu	7,92	4,75	6,36	6,10	6,28
Фон + ПДК Cu	11,88	3,80	5,62	5,79	6,77

Таким образом, медные удобрения способствовали биосинтезу витамина С в растениях и увеличению его содержания в пижме обыкновенной по сравнению с фоном. Из табл. 3 видно, что содержание аскорбиновой кислоты в растениях пижмы обыкновенной в 2012 г. значительно больше, чем в последующие годы, возможно, это связано с возрастом культуры, а также с погодными условиями вегетационного периода. Например, известно положительное влияние солнечного света на накопление витамина С.

Пижма обыкновенная содержит также дубильные вещества (танины) ‒ сложные фенольные соединения, хорошо растворимые в воде и спирте. Считается, что дубильные вещества обладают бактерицидными, вяжущими, кровоостанавливающими и противовоспалительными свойствами. Содержание дубильных веществ по годам проводимых исследований представлено в табл. 4.

Содержание дубильных веществ в вариантах при внесении медных удобрений в зависимости от года использования пижмы обыкновенной изменялось: в 2012 г. – 6,95‒7,76 %, в 2013 г. – 3,71‒5,78 %, в 2014 г. – 2,48‒8,88 % и в 2015 г. – 4,90‒7,0 %.

В среднем за четыре года проводимых исследований внесение меди способствовало повышению содержания дубильных веществ в лекарственном сырье (от 5,11 до 6,72 %). Максимальное содержание дубильных веществ отмечено при внесении меди в дозе 10 кг д.в./гa (Фон + ПДК Cu).

Таблица 4

Вариант	Содержание дубильных веществ, %
	2012	2013	2014	2015	Среднее
N 135 P 45 K 45 (фон)	7,33	4,80	6,49	6,08	6,16
Фон + 0,25ПДК Cu	5,92	5,78	2,48	4,90	5,11
Фон + 0,50ПДК Cu	7,76	4,90	3,74	5,20	5,28
Фон + 0,75ПДК Cu	6,95	5,01	4,93	6,30	5,88
Фон + ПДК Cu	5,84	3,71	8,88	7,00	6,72

Содержание дубильных веществ в лекарственном сырье пижмы обыкновенной в фазу цветения в зависимости от доз Cu, 2012‒2015 гг.

Таким образом, применение медьсодержащих удобрений под пижму обыкновенную оказало положительное влияния на накопление биологически активных веществ в лекарственном сырье.

Выводы

Исследования по изучению влияния ацетата меди на урожайность и качество лекарственного сырья пижмы позволили выявить закономерности:

Урожайность пижмы обыкновенной зависит от возраста растения и доз вносимых медных удобрений. В первый год, так как культура многолетняя, корневая система еще формируется и урожайность невысокая. Во второй год роста и развития растений урожайность постепенно повышается, достигая максимума к третьему году жизни культуры. На четвертый год использования пижмы обыкновенной продуктивность начинает снижаться, это связано с возрастом растений.

Медные удобрения оказывают положительное влияние на химический состав пижмы обыкновенный, в частности на содержание аскорбиновой кислоты, дубильных веществ, зольность.

Изучение взаимосвязей между дозами ацетата меди и урожайностью пижмы обыкновенной, влияния микроудобрений на показатели качества лекарственного сырья позволяют более глубоко исследовать особенности минерального питания данной культуры, диагностировать потребность растений и рассчитать дозы удобрений.

N.N. Tyshchenko, V.V. Sukhotskaya, E.N. Ozyakova

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Agroecological assessment of cupric acetate impact on the productivity and chemical composition of medicinal raw material Tanacetum vulgare L .