Агроэкологическая оценка влияния микроэлементов на урожайность и качество лекарственного сырья тысячелистника обыкновенного

Одной их важнейших задач национальной программы «Здоровье» является обеспечение населения страны отечественными лекарственными фитопрепаратами. В стратегии развития фармацевтической промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. предусмотрено увеличить долю продукции отечественного производства до 50% [1].

В современной медицине достаточно большой процент лекарственных препаратов производится из лекарственного растительного сырья. В настоящее время потребность в растительном сырье в России составляет примерно 100 тысяч тонн. Потребность отечественной фармацевтической промышленности в лекарственном сырье в основном осуществляется за счет поставки зарубежного сырья [2].

В настоящее время достаточно важной задачей является возрождение лекарственного растениеводства. После распада СССР основные зоны возделывания лекарственных культур, расположенные на территории Белоруссии, Казахстана, Украины, утратили для России прежнее значение. В том числе стоит задача возрождения такой важной лекарственной культуры, как тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), который обладает противовоспалительным, бактерицидным, ранозаживляющим и кровоостанавливающим действием. В состав тысячелистника входят такие биологически активных веществ, как сесквитерпеновые лактоны, витамин К, флавоноиды, хамазулен, дубильные вещества.

Использование микроэлементов под лекарственные культуры позволяет повысить устойчивость растений к абиотическим и биотическим факторам, активизирует биохимические и физиологические процессы, повышает урожайность и качество лекарственного сырья.

Анализ данных мониторинга плодородия почв РФ на площади 44 млн га позволил установить значительное преобладание площадей с недостаточным содержанием подвижных

форм микроэлементов. Так, сумма площадей с низкой и средней обеспеченностью цинком составила 95,5%; медью – 50,9% [3]. В Омской области, по данным агрохимического обследования почв, проведенного Омской областной проектно-изыскательской станцией химизации, обменный цинк в черноземах южной лесостепи находится в первом минимуме [4]. Так как микроэлементы поступают в растения из почвы, становится очевидной необходимость внесения их в почву.

Кроме этого, цинк и медь играют важную роль для растений. Цинк принимает участие во многих физиолого-биохимических процессах растений: в процессах транскрипции, стабилизации нуклеиновых кислот, белков и особенно компонентов биологических мембран, а также в обмене витамина А и нуклеиновом обмене. Ему принадлежит важная роль в синтезе нуклеиновых кислот и белка. Недостаток цинка приводит к нарушению обмена веществ у растений и возникновению целого ряда заболеваний. Медь в растениях активно участвует в процессах дыхания, фотосинтеза, восстановления, фиксации азота и регулирует образование хлорофилла; входит в состав целого ряда ферментов-оксидаз. При сильном недостатке меди снижается урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Цель исследований – дать агроэкологическую оценку влияния цинка и меди на урожайность и качество лекарственного сырья тысячелистника обыкновенного.

Объекты и методы

Объектами исследования служили: тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), почва, микроэлементы (цинк, медь).

Полевой опыт был заложен в 2012 г. на базе Омского ГАУ на лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжелосуглинистой почве. Предшественник – чистый пар.

До закладки опыта в почве к моменту посадки в среднем содержалось: N–NO 3 – 9; P 2 O 5 – 60; K 2 O – 138 (2%-ная уксуснокислая вытяжка); меди – 0,3; цинка – 0,65 мг/кг почвы в слое 0–30 см.

Опыт был заложен в четырехкратной повторности, учетная площадь делянки – 10 м². Размещение вариантов систематическое. Схема опыта (варианты): контроль; фон (N 135 P 45 K 45 ); фон + 0,25 ПДК Zn (20 кг д.в./га); фон + 0,5 ПДК Zn (40 кг д.в./га); фон + 0,75 ПДК Zn (60 кг д.в./га); фон + ПДК Zn (80 кг д.в./га); фон + 0,25 ПДК Cu (2,4 кг д.в./га); фон + 0,5 ПДК Cu (4,9 кг д.в./га); фон + 0,75 ПДК Cu (7,0 кг д.в./га); фон + ПДК Cu (9,7 кг д.в./га).

Формы минеральных удобрений, используемых при закладке полевого опыта: аммиачная селитра (N – 34%), двойной гранулированный суперфосфат (P 2 O 5 – 37,0%), калий хлористый (К 2 О – 60,0%), ацетат цинка ((CH 3 COO) 2 Zn – 29,7%), ацетат меди ((CH 3 COO) 2 Cu – 32%).

Уборку урожая зеленой массы и соцветий Achillea Millefolium L. проводили методом прямого поделяночного взвешивания в фазе массового цветения.

Из показателей качества тысячелистника обыкновенного определяли содержание сухого вещества весовым методом, витамина С – по Мури, определение содержания дубильных веществ проводили согласно ГОСТ 24027.2–80, каротина – ГОСТ 13496.17–95, общую зольность – согласно Государственной фармакопеи [5–8].

Полученные в результате исследований данные подвергались математической и статистической обработке по Доспехову [9].

Результаты исследований

Влияние микроэлементов на процессы роста и развития лекарственных культур в течение вегетации находит отражение в изменении урожайности.

В 2012–2014 гг. в опыте по изучению эффективности использования микроэлементов под тысячелистник обыкновенный на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области предусматривалось выявить закономерности действия и последействия различных доз цинка и меди на урожайность данной культуры (таблица).

Урожайность абсолютно сухого вещества тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.) и окупаемость удобрений урожаем в зависимости от доз цинка и меди

Вариант опыта	Урожайность, т/га			Средняя урожайность, т/га	Урожайность за 3 года, т/га	Прибавка за 3 года действия и последействия Zn и Cu		Окупаемость 1 кг Zn, Cu урожаем, кг
	2012 г.	2013 г.	2014 г.			т/га	%
Контроль	0,53	6,43	16,5	7,82	23,46	–	–	–
N 135 P 45 K 45 (фон)	0,81	6,62	20,5	9,31	27,93	–	–	–
Фон + 0,25 ПДК Zn	1,09	8,21	20,9	10,07	30,2	2,27	8,1	113,50
Фон + 0,50 ПДК Zn	1,18	8,72	21,9	10,09	31,80	3,87	13,9	96,75
Фон + 0,75 ПДК Zn	0,80	8,27	22,5	10,52	31,57	3,64	13,0	60,67
Фон + ПДК Zn	0,86	7,77	22,6	10,41	31,23	3,3	11,8	41,25
Фон + 0,25ПДК Cu	1,07	7,39	21,4	9,95	29,86	1,93	6,9	839
Фон + 0,50 ПДК Cu	1,14	7,74	21,2	10,03	30,08	2,15	7,7	448
Фон + 0,75 ПДК Cu	1,27	8,64	22,6	10,84	32,51	4,58	16,4	636
Фон + ПДК Cu	1,20	8,27	21,9	10,46	31,37	3,44	12,3	344
НСР 05	0,11	0,5	0,5	–	–	–	–	–

Исследования в 2012 г. показали, что тысячелистник обыкновенный в условиях Западной Сибири способен за вегетацию обеспечить урожайность абсолютно сухого вещества 0,80–1,18 т/га при внесении цинка и 1,07–1,27 т/га при внесении меди. В 2013 г. урожайность тысячелистника обыкновенного значительно увеличилась и составила 7,77–8,72 т/га при внесении цинка и 7,39–8,64 т/га при внесении меди. В 2014 г. было установлено, что урожайность абсолютно сухого вещества тысячелистника обыкновенного в третий год проведения исследования возросла по сравнению с предыдущими годами и составила 20,9–22,6 т/га при внесении цинка и 21,2–22,6 т/га при внесении меди.

Улучшение условий питания на лугово-черноземной почве за счет внесения цинка обеспечило прибавки урожая тысячелистника обыкновенного от 2,27 (8,13%) при внесении 0,25 ПДК Zn (20 кг д.в./га) до 3,87 т/га (13,9%) при дозе 0,5 ПДК Zn (60 кг д.в./га). При дальнейшем повышении дозы цинка увеличение урожайности не происходило.

За три года действия и два года последействия меди на рост и развитие тысячелистника обыкновенного можно заключить, что применение меди в различных дозах способствовало отзывчивости данной культуры практически одинаково по сравнению с цинковыми удобрениями. При внесении меди прибавки урожая тысячелистника обыкновенного составили 1,93 т/га (6,91%) при внесении 0,25 ПДК Cu и 4,58 т/га (16,40%) на варианте 0,75 ПДК Cu. При увеличении дозы меди выше 0,75 ПДК Cu наблюдается снижение урожайности тысячелистника обыкновенного [10; 11].

Сравнивая урожайные данные по годам проводимых исследований, следует отметить резкие отличия: в 2013 г. урожайность тысячелистника обыкновенного была выше в 6–8 раз по сравнению с урожаем 2012 г. В 2014 г. урожайность тысячелистника обыкновенного по сравнению с 2013 г. увеличилась в 3–5 раз, а по сравнению с 2012 г. почти в 20 раз. Это объясняется тем, что культура многолетняя и в первый год после посадки у растений еще слабо сформировалась корневая система, которая не смогла обеспечить вегетативную массу необходимым количеством элементов минерального питания для создания высокого урожая зеленой массы. К 2014 г. (третий год жизни) растения уже хорошо укоренились, что сразу сказалось на формировании урожайности.

В условиях 2012 г. положительное влияние на накопление сухого вещества оказали варианты 0,50 ПДК Zn и 0,75 ПДК Cu. Максимальная урожайность от цинка и меди на этих вариантах находилась в пределах 1,18–1,27 т/га. В условиях 2013 г. положительное влияние оказали варианты 0,50 ПДК Zn и 0,75 ПДК Cu. Максимальная урожайность на этих вариантах составила 8,72 и 8,64 т/га соответственно. В условиях 2014 г. положительное влияние на накопление сухого вещества оказали варианты 0,75 ПДК Zn и 0,75 ПДК Cu.

Исследования показали, что каждый килограмм разового внесенного медного удобрения (Cu, кг д.в./га) в год действия и два года последействия увеличивает урожайность сухого вещества тысячелистника обыкновенного (У, т/га) соответственно на 0,040; 0,187; 0,163 т (рис. 1–3, уравнения (1)–(3)).

Доза Cu, кг д.в./га

Рис. 1. Зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз меди, 2012 г.

Доза Сu, кг д.в./га

Рис. 2. Зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз меди, 2013 г.

Рис. 3. Математическая зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз меди, 2014 г.

Изучая влияния действия и последействия цинковых удобрений на растения тысячелистника обыкновенного можно заключить, что увеличение урожайности в первый год действия происходит при внесении 0,5 ПДК Zn, а в последующие два года последействия от применения 0,5 и 0,75 ПДК Zn (рис. 4–6, уравнения (4)–(6)).

Рис. 4. Зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз цинка, 2012 г.

Доза Zn, кг д.в./га

Рис. 5 . Зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз цинка, 2013 г .

Рис. 6. Зависимость урожайности тысячелистника обыкновенного от внесения различных доз цинка, 2014 г.

Три года исследований показали положительное влияние на биосинтез абсолютно сухого вещества вариантов 0,50 ПДК Zn и 0,75 ПДК Cu. На этих вариантах отмечается самая высокая урожайность за 3 года исследований: 31,80 и 32,51 т/га соответственно. Об этом свидетельствует установленная высокая функциональная связь общей урожайности за 2012–2014 гг. с дозами применяемой меди и цинка (рис. 7–8, уравнения (7)–(8)).

Уравнения (7)–(8) показывают, что каждый килограмм разового внесенного цинкового и медного удобрения в процессе действия и последействия увеличивает урожайность тысячелистника обыкновенного соответственно на 0,04 и 0,39 т/га (рис. 7–8). На возникновение зависимостей между урожайностью и дозами применения цинка и меди под тысячелистник обыкновенный на лугово-черноземной почве указывают коэффициенты корреляции (r = 0,79–0,86).

Доза Zn, кг д.в./га

Рис. 7. Математическая модель связи урожайности тысячелистника обыкновенного с действующими дозами применения цинка, 2012–2014 гг.

Рис. 8. Математическая модель связи урожайности тысячелистника обыкновенного с действующими дозами применения меди, 2012–2014 гг.

Кроме этого, исследования показали, что применение цинковых и медных удобрений в оптимальных дозах и сочетаниях к уровням обеспеченности азотом, фосфором и калием (фон) положительно влияли на качество урожая. Содержание витамина С зависело от метеоусловий года и варьировало от 5,28 до 11,38 мг%. Содержание дубильных веществ изменялось по годам проводимых исследований от 0,84 до 5,97%, что указывает на положительный биосинтез дубильных веществ от использования цинка и меди. Содержание каротина в среднем за годы исследований варьировало от 6,55 (Контроль) до 11,68 (фон + 0,50ПДК Zn) мг%.

Заключение

Результаты исследований позволяют сделать вывод о положительном влиянии микроэлементов (цинка и меди), применяемых на лугово-черноземной почве под тысячелистник обыкновенный, на урожайность и показатели качества лекарственного сырья.