Формирование урожая лекарственных культур (Tanacetum vulgare L., Echinacea purpurea L.) под влиянием эссенциальных микроэлементов

Vegetable crops of Russia. 2019;(5):72-76 (In Russ.)

Ц инк – важный микроэлемент для роста растений, играющий большую роль в каталитических реакциях ряда ферментов [1]. У растений ферменты, содержащие цинк, участвуют в метаболизме углеводов, синтезе белка, поддержании целостности клеточных мембран, регуляции синтеза ауксина и образовании семян и пыльцы. Многие исследователи наблюдали, что цинк тесно связан с метаболизмом азота у растений, что приводит к снижению синтеза белка при дефиците Zn [1, 2].

Цинк необходим растениям в небольших, но оптимальных количествах. Он участвует в нескольких ключевых физиологических функциях, включая: мембранную структуру, фотосинтез, активность фитогормонов, метаболизм липидов и нуклеиновых кислот, регуляцию генов и защиту от засухи и болезней. В качестве кофактора цинк активирует различные гормоны (например, ауксин), которые необходимы для роста и развития растений [3, 4]. Он играет существенную роль во многих биологических процессах и является важным микроэлементом для растений, животных и человека [5, 6, 7]. У людей дефицит цинка связан с качеством питания, что является следствием недостатка цинка в почвах [8, 9].

Дефицит цинка из всех питательных микроэлементов в сельскохозяйственных почвах считается наиболее географически распространённым, ограничивающим производство сельскохозяйственных культур (потери урожая могут превышать до 40%) [6, 10, 11].

Основными причинами недостатка Zn в сельскохозяйственных культурах являются, главным образом, почвенные условия: низкое содержание подвижного Zn в почве и его низкая доступность растениям, потери органических веществ из почвы, высокое содержание азота, кальция, фосфатов и др. [6, 9, 12].

Лекарственные культуры также являются важными источниками микронутриентов, включая Zn. Для восполнения недостатка микроэлементов в мире широко используется приём агрономического биообогащения растениеводческой продукции. Основой этого приёма является использование микроудобрений (Zn) для повышения содержания микроэлементов в сельскохозяйственных растениях, а также для повышения продуктивности культур [13, 14, 15].

В исследованиях зарубежных авторов изучалось влияние различных методов (корневое и внекорневое внесение) и концентраций цинка на рост и некоторые биохимические показатели, а также на содержание питательных веществ в масле Chrysanthemum balsamita L. В эксперименте было установлено, что применение цинка способствовало повышению показателей роста растений, содержанию белка, хлорофилла, антиоксидантной способности растений, а также оказывало положительное влияние на содержание фенолов по сравнению с контрольными растениями [16].

В Индийском институте садоводческих исследований (IIHR) в Бангалоре изучали влияние цинка и фосфора в различных комбинациях на лекарственное растение стевия. Исследования показали, что общий урожай биомассы был значительно увеличен с применением Zn и P в различных комбинациях и параметрах [17].

Для изучения влияния действия и последействия цинковых удобрений были выбраны две многолетние, популярные среди средств фитотерапии лекарственные культуры – пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.) и эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea L.). Пижма является распространённым лекарственным растением, которое применяют в медицинской практике как желчегонное, противоглистное, спазмолитическое средство за счёт широкого спектра значимых биологически активных веществ [18]. Tanacetum vulgare L. является природным биоаккумулятором ряда микроэлементов Cd, Mn и Zn, поэтому может использоваться как биоиндикатор этих элементов [19].

Эхинацея пурпурная используется в медицине и ветеринарии в качестве эффективного иммунокорректора. Фундаментальные и клинические исследования доказали её широкий спектр действия: антивирусное, антибактериальное, противогрибковое, антиоксидантное и противовоспалительное [20]. В литературе отсутствуют данные об аккумулирующей способности цинка эхинацеей пурпурной, вследствие этого изучение данного вопроса представляет особый интерес.

Целью исследований являлось изучение действия и последействия цинковых удобрений на урожайность пижмы обыкновенной и эхинацеи пурпурной.

Материалы и методы

Исследования проводили в 2012–2018 годах на опытном поле ФГБОУ ВО «Омский ГАУ», расположенном на третьей надпойменной террасе р. Иртыш (г. Омск). Почва опытного поля – лугово-чернозёмная среднегумусовая среднесуглинистая. Содержание гумуса в слое 0…20 см – 5,2%, нитратного азота (по Кочергину) – 7-10 мг/кг почвы, подвижного фосфора (по Чирикову) – 216-349, калия – 419-749 мг/кг почвы, рН водной вытяжки – 6,5-6,8. Обеспеченность нитратным азотом перед посадкой растений была низкая, фосфором и калием в опыте с пижмой – средняя, в опыте эхинацеей – высокая. Содержание подвижных форм цинка определяли атомно-адсорбционным методом на спектрометре «VarianAA-140» (ГОСТ 30178-96) в корнеобитаемом слое – 0,30-0,65 мг/кг почвы (низкое). Материалом для исследования служили многолетние лекарственные культуры пижма обыкновенная и эхинацея пурпурная (рис.1, 2).

Схема однофакторного полевого опыта предусматривала изучение следующих вариантов:

Пижма обыкновенная (опыт №1)

• 1.    Без удобрений (контроль);

• 2.    Фон (N 135 P 45 K 45 );

• 3.    N 135 P 45 K 45 + 0,25 ПДК Zn;

• 4.    N 135 P 45 K 45 + 0,5 ПДК Zn;

• 5.    N 135 P 45 K 45 + 0,75 ПДК Zn;

• 6.    N 135 P 45 K 45 + 1,0 ПДК Zn.

  Эхинацея пурпурная (опыт №2)

  • 1.    Без удобрений (контроль);

  • 2.    Фон (N 125 );

  • 3.    N 125 + 0,25 ПДК Zn;

  • 4.    N 125 + 0,5 ПДК Zn;

  • 5.    N 125 + 0,75 ПДК Zn;

  • 6.    N 125 + 1,0 ПДК Zn.

  
  

Опыт закладывали в четырёхкратной повторности, делянки размещали в опыте с пижмой обыкновенной систематически, последовательно в один ярус; в опыте с эхинацеей пурпурной варианты размещали со смещением на две делянки. Учётная площадь – 10 м2. Предшественник – чистый пар, основная обработка почвы общепринятая для зоны – вспашка плугом на глубину 22…24 см.

Цинковые удобрения вносили в виде ацетата цинка на фоне макроудобрений в расчёте N 135 P 45 K 45 (опыт с пижмой обыкновенной), N 125 (опыт с эхинацеей пурпурной). Дозы цинковых удобрений вносили в дозах 20; 40; 60; 80 кг д.в./га (опыт №1) и 10,7, 21,4, 32,4, 42,8 кг д.в./га (опыт №2), исходя из содержания в почве до посадки и предельно допустимой концентрации цинка (23 мг/кг).

Математическую обработку данных полевого опыта проводили по Б. А. Доспехову с использованием программ для Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение

Погодные условия вегетационных периодов 2012-2018 годов были типичными для зоны южной лесостепи Западной Сибири: резкие колебания суточных температур и недостаток влаги.

Рис. 1. Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.) в фазы весеннего отрастания, бутонизации и цветения Fig. 1. Tanacetum vulgare L. in the phases of spring regrowth, budding and flowering

Рис. 2. Эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea L.) в фазы отрастания, бутонизации и цветения Fig. 2. Echinacea purpurea L. in the phases of regrowth, budding and flowering

В 2012 году преобладала жаркая с недостаточным количеством осадков погода. Вегетационный период 2013 года характеризовался неравномерным распределением осадков. Средняя температура за период вегетации была ниже среднемноголетних значений. Погодные условия 2014 года характеризовались достаточно большим количеством влаги и неравномерным ее распределением. Температурный режим был ниже среднемноголетних значений, за исключением июня и августа. Вегетационный период 2016 года характеризовался повышенными температурами и отсутствием осадков, что привело к острой ранневесенней засухе. В 2017 году наблюдалась раннелетняя засуха, среднесуточные температуры воздуха незначительно превышали среднемноголетние показатели. В 2018 году преобладала дождливая погода, температура воздуха была близка к среднемноголетним значениям.

Цинковые удобрения положительно влияли на продуктивность изучаемых лекарственных культур (пижмы обыкновенной и эхинацеи пурпурной).

В опыте с пижмой обыкновенной ацетат цинка оказал более значимое воздействие по сравнению с фоном, где вносились только макроудобрения. На контроле и фоне урожайность пижмы обыкновенной была близкой и составила 14,1-14,4 т/га (табл. 1). В вариантах с применением расчётных доз цинка наблюдается повышение продуктивности биомассы пижмы обыкновенной. Так, при внесении ацетата цинка в дозах 20, 40 и 60 кг д.в./га прибавка урожайности составила 1,3, 2,6, 4,8 т/га, соответственно. Снижение прибавки до 3,4 т/га, а, следовательно, и урожайности отмечалось в варианте ПДК Zn (80 кг д.в/га).

Дозы цинковых удобрений в пределах 20-40 кг д.в./га обеспечивали равную окупаемость 0,07 т. Максимальная окупаемость 0,08 т/га отмечается в варианте Фон+0,75ПДКZn (60 кг д.в/га).

Проведенный корреляционно-регрессионный анализ подтверждает наличие зависимостей между дозами цинковых удобрений и урожайностью пижмы обыкновенной (рис. 3).

Полученные уравнения прямой зависимости указывают на сильную связь (r=0,88-0,99) вносимого в почву микроэлемента с урожайностью культуры. Каждый кг Zn до максимально вносимой дозы (80 кг д.в./га) повышал урожайность пижмы обыкновенной в среднем за годы исследований на 0,05 т/га (уравнение 1). В пределах оптимальной дозы (60 кг д.в./га) урожайность пижмы при внесении 1 кг д.в./га повышалась на 0,08 т (уравнение 2).

В опыте с эхинацеей пурпурной внесение азотных удобрений (фон) повышало урожайность данной культуры на 1,5 т/га по сравнению с контролем (табл. 2). Урожайность воздушно сухой массы при использовании цинка варьировала в пределах 7,7…9,8 т/га. Максимальная урожайность эхинацеи отмечалась при внесении Zn в дозе 21,4 кг д.в./га и составила 9,8 т/га, дальнейшее увеличение доз приводило к снижению продуктивности (7,7-8,0 т/га) до уровня контрольных и фоновых значений. Наибольшая прибавка (1,55 т/га) и окупаемость (0,07 т) наблюдались на варианте 0,5 ПДК Zn на фоне N 125 .

Статистический анализ экспериментальных данных позволил установить зависимости между дозами и урожайностью эхинацеи пурпурной (рис. 4).

При внесении цинковых удобрений в дозах от 10,7 до 42,8 кг д.в./га урожайность подчинялась полиноминальной зависимости, связь средняя ( η = 0,63). Для выявления коэффициента интенсивности действия была установлена прямая зависимость до оптимальной дозы вносимого цинка (21,4 кг д.в./га). Оба уравнения показывают, что 1 кг Zn удобрений повышал среднюю урожайность на 0,07 т (уравнения 3-4).

Уравнения 2, 4 и коэффициенты интенсивности действия

Таблица 1. Урожайность Tanacetum vulgare L., в пересчете на сухое вещество (г. Омск, Омская область, в среднем за 2012-2014 годы) Table 1. Productivity of Tanacetum vulgare L., in terms of dry matter (Omsk, Omsk region, on average for 2012-2014)

Вариант опыта	Урожайность, т/га	Прибавка урожайности к фону, т/га	Окупаемость 1 кг д.в. Zn урожаем, т
Без удобрений (контроль);	14,1±3,14	-	-
Фон (N 135 P 45 K 45 )	14,4±2,73*	-	-
Фон+0,25ПДКZn (20 кг д.в/га)	15,7±0,92*	1,3	0,07
Фон+0,5ПДК Zn (40 кг д.в/га)	17,0±0,88*	2,6	0,07
Фон+0,75ПДКZn (60 кг д.в/га)	19,2±3,92*	4,8	0,08
Фон + ПДК Zn (80 кг д.в/га)	17,8±1,99*	3,4	0,04
НСР 05	0,08

Примечание: *различия между опытными вариантами (контролем и фоном) достоверны при р<0,05.