Использование растворов борной кислоты в органических жидкостях в качестве борсодержащих микроудобрений. Влияние на урожайность и химический состав зерна белой горчицы

Автор: Кодочилова Наталья Александровна, Бузынина Татьяна Сергеевна, Семенов Владимир Викторович, Петров Борис Иванович, Лазарев Николай Михайлович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry

Рубрика: Неорганическая химия

Статья в выпуске: 4 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Концентрированные растворы борной кислоты в моноэтаноламине, диэтаноламине, триэтаноламине, глицерине и этиленгликоле с содержанием Н3ВО3 25,6; 19,9; 22,9; 20,4; 19,5 мас. % соответственно испытаны в качестве борсодержащих микроудобрений при возделывании белой горчицы. Растворы в органических жидкостях перед использованием многократно разбавлялись водой. Агрономические исследования проводились на светло-серой лесной среднесуглинистой почве в рамках полевого опыта на базе Нижегородского НИИСХ - филиала ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока в 2021 г. По урожайности зеленой массы горчицы при сравнении с контрольным вариантом достоверная прибавка отмечена на вариантах с использованием бората глицерина и диэтаноламина. Оценка влияния изучаемых растворов на урожайность зерна опытной культуры показала, что наибольший эффект наблюдался при использовании борной кислоты, растворенной в глицерине. На химический состав растительной продукции изучаемые растворы положительного влияния не оказали, однако, согласно справочным данным, горчица отличалась повышенным содержанием азота (более 4,50 %) и калия (более 0,59 %). Экономически наиболее целесообразно возделывать культуру на фоне внекорневой подкормки растений боратом глицерина. Кроме того, экономически обоснованным является проведение внекорневой подкормки боратами ди- и триэтаноламина. Положительное влияние на посевные качества семян было отмечено при использовании борной кислоты, растворенной в глицерине. Так, по энергии прорастания максимальные значения установлены при обработке семян борной кислотой в глицерине (вариация от 86 до 96 %). 100%-ные значения всхожести достигнуты при 0,005 %-ном разбавлении раствора борной кислоты в воде, борной кислоты в моноэтаноламине (0,005-0,050 % концентрации), борной кислоты в глицерине (0,001-0,005 % концентрации). Наиболее длинный проросток отмечен на варианте с 0,100%-ным раствором борной кислоты в глицерине (7,8 см).

Еще

Борная кислота, моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, глицерин, этиленгликоль, белая горчица, урожайность, структура урожая

Короткий адрес: https://sciup.org/147239265

IDR: 147239265 | DOI: 10.14529/chem220409

Текст научной статьи Использование растворов борной кислоты в органических жидкостях в качестве борсодержащих микроудобрений. Влияние на урожайность и химический состав зерна белой горчицы

Необходимые для питания растений микроэлементы (бор, марганец, кобальт, медь, цинк, молибден) используются в виде разбавленных водных растворов при капельном поливе и предпосевной обработке семян. Товарная форма микроудобрений, приобретаемых сельскохозяйственными предприятиями, представляет собой близкий к насыщенному водный раствор солей. Перед использованием он подвергается многократному разбавлению до необходимых концентраций. Растворимость [1] сульфатов марганца, меди, цинка и кобальта в 5–13 раз больше, чем борной кислоты. Из двух выпускаемых промышленными предприятиями в больших количествах соединений бора – борной кислоты и буры (тетрабората натрия) – наибольшей растворимостью в водной среде (4,87 г в 100 мл при 20 °С) [1] обладает борная кислота. Соизмеримые с перечисленными металлами количества бора невозможно внести в водный раствор. В работах [2, 3] мы продемонстрировали возможность использования в агрономических мероприятиях крепких растворов борной кислоты в органических жидкостях: моноэтаноламине H2NCH2CH2OH, диэтаноламине HN(CH2CH2OH)2, триэтаноламине N(CH2CH2OH)3, глицерине HOCH2CH(OH)CH2OH, эти- ленгликоле HOCH2CH2OH и морфолине O(CH2CH2)2CH2. Борная кислота растворяется в них намного лучше, чем в воде. Испытания были выполнены на примерах двух сортов гороха, озимой и яровой пшеницы. В настоящей работе бораты моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина, глицерина и этиленгликоля испытаны на примере белой горчицы. Соединения, получающиеся при растворении борной кислоты в функциональных органических жидкостях, имеют хелатное строение [4]. Производное триэтаноламина представляет собой широко известный боратран [5] – маловязкую жидкость, устойчивую на воздухе и быстро смешивающуюся с большим количеством воды с образованием прозрачных растворов. Морфолин оказался мало подходящим растворителем из-за подверженности полимеризации, в связи с чем он в дальнейшем не использовался. Моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, глицерин и этиленгликоль представляют собой крупнотоннажные продукты химической промышленности. Цель работы заключалась в выяснении влияния используемых растворов борной кислоты в органических жидкостях на рост и развитие белой горчицы.

Экспериментальная часть

Определение плотности растворов производили с помощью набора ареометров общего назначения ИСП.А1, ТУ 25-11-1363-77 завода «Химлабприбор» ПО «Термоприбор». Показатели преломления измеряли на рефрактометре УРЛ. Использовали борную кислоту ГОСТ 9656-75 (АО «Химреактив», Н. Новгород), моноэтаноламин ТУ 2632-094-44493179-04 (ЭКОС-1), глицерин ГОСТ 6259-75, этиленгликоль ГОСТ 10164-75 (ЭКОС-1). Для испытаний на агрономическую эффективность были приготовлены [2] следующие растворы борной кислоты в органических жидкостях: раствор борной кислоты в моноэтаноламине (БК-МЭА), С 25,6 % (4,98 моль/л), d420 1,161 г·мл–1, nD20 1,4660; раствор борной кислоты в диэтаноламине (БК-ДЭА), С 19,9 % (3,61 моль/л), d421 1,192 г·мл–1, nD21 1,4542; раствор борной кислоты в триэтаноламине (БК-ТЭА), С 22,9 % (4,46 моль/л), d420 1,202 г·мл–1, nD20 1,4431; раствор борной кислоты в глицерине (БК-ГЛ), С 20,4 % (4,21 моль/л), d420 1,276 г·мл–1, nD20 1,4626, раствор борной кислоты в этиленгликоле (БК-ЭГ), С 19,5 % (3,55 моль/л), d420 1,122 г·мл–1, nD20 1,4274.

Агрономические исследования проводились в рамках полевого опыта на базе Нижегородского НИИСХ – филиала ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока в 2021 г. Почва опытного участка светлосерая лесная среднесуглинистая со следующей агрохимической характеристикой пахотного слоя: обменная кислотность – 5,8 ед. рН (близкая к нейтральной); гидролитическая кислотность – 1,10 мг-экв./100 г почвы; сумма обменных оснований – 15,40 мг-экв./100 г почвы; содержание подвижного фосфора – 162 мг/кг (высокое); подвижного калия – 123 мг/кг (повышенное); гумуса – 1,43 % (очень низкое). Закладка полевого опыта проводилась по следующей схеме:

1. Контроль (NPK – азот, фосфор, калий) – фон.
2. Фон + внекорневая подкормка (водный раствор борной кислоты) – П.
3. Фон + внекорневая подкормка (хелатная форма бора) – П.

Опыт однофакторный, основанный на сравнении форм микроэлемента (водный рас-твор/хелатная форма).

Повторность опыта четырехкратная, общая площадь делянки – 60 м ² , учётная – 26,5 м ² . Размещение делянок в опыте систематическое. В 2021 году борсодержащие растворы использовались для обработки семян и внекорневой подкормки растений.

Обсуждение результатов

Влияние различных форм борной кислоты на формирование урожая горчицы белой

Интегральным показателем, отражающим эффективность использования микроудобрений, является урожайность сельскохозяйственных культур. Улучшение условий минерального питания, в том числе за счет оптимальной обеспеченности растений микроэлементами, приводит к повышению продуктивности культурных растений, что подтверждается многочисленными исследованиями, проведенными в различных почвенно-климатических зонах нашей страны [6–9].

В рамках вышеобозначенного направления перед нами стояла задача изучить влияние различных форм микроудобрений при внекорневой подкормке на формирование элементов структуры урожая и урожайность горчицы белой. Отбор снопового материала проводился перед уборкой культуры в фазу полной спелости зерна. Также проводился учет зеленой массы урожая культуры во время вегетации (табл. 1).

Полученные результаты свидетельствуют, что по урожайности зеленой массы горчицы при сравнении с контрольным вариантом прибавка отмечена на вариантах с использованием боратов глицерина и диэтаноламина.

Водный раствор борной кислоты снизил урожайность с 168 до 136 ц/га. Однако использование для внекорневой подкормки диэтаноламина (БК-ДЭА) и глицерина (БК-ГЛ) привело к ее увеличению до 184 и 204 ц/га соответственно (на 9,5 и 21,4 %). Раствор БК-МЭА подействовал идентично БК-Н 2 О (снизил урожайность зеленой массы), в то время как триэтаноламин (БК-ТЭА) и этиленгликоль (БК-ЭГ) скомпенсировали отрицательное воздействие БК-Н 2 О до уровня фона.

Таблица 1

Влияние борной кислоты на урожайность зеленой массы белой горчицы

Варианты опыта	Урожайность, ц/га	Прибавка
		к фону		к варианту с традиционной формой микроэлемента
		ц/га	%	ц/га	%
1. Контроль (фон)	168	–	–	–	–
2. Фон + БК-Н 2 О	136	–32	–19,0	–	–
3. Фон + БК-МЭА	136	–32	–19,0	0	0,0
4. Фон + БК-ДЭА	184	16	9,5	48	35,3
5. Фон + БК-ТЭА	164	–4	–2,4	28	20,6
6. Фон + БК-ГЛ	204	36	21,4	68	50,0
7. Фон + БК-ЭГ	162	–6	–3,6	26	19,1
НСР 05		35		12

Весьма эффективным оказалось действие растворов БК в органических жидкостях на урожайность зерна горчицы белой, в то время как водный раствор только незначительно ее увеличил – с 2,3 до 2,4 ц/га (табл. 2). Из пяти использованных препаратов только моноэтаноламин более чем в два раза снизил урожайность (с 2,3 до 1,1 ц/га). Использование БК-ДЭА, БК-ТЭА, БК-ГЛ и БК-ЭГ привело к увеличению сбора зерна до 4,4, 3,7, 7,0 и 2,7 ц/га соответственно, т. е. в 1,9; 1,6; 3,0 и 1,2 раза.

Таблица 2

Влияние борной кислоты на урожайность зерна белой горчицы

Варианты опыта	Урожайность, ц/га	Прибавка
		к фону		к варианту с традиционной формой микроэлемента
		ц/га	%	ц/га	%
1. Контроль (фон)	2,3	–	–	–	–
2. Фон + БК-Н 2 О	2,4	0,1	4,3	–	–
3. Фон + БК-МЭА	1,1	–1,2	–52,2	–1,3	–54,2
4. Фон + БК-ДЭА	4,4	2,1	91,3	2,0	83,3
5. Фон + БК-ТЭА	3,7	1,4	60,9	1,3	54,2
6. Фон + БК-ГЛ	7,0	4,7	204,3	4,6	191,7
7. Фон + БК-ЭГ	2,7	0,4	17,4	0,3	12,5
НСР 05		0,11		0,05

Наиболее ярко выраженное действие раствор борной кислоты оказал на длину растений и число зерен с растения: прибавка составила 12,7 и 292,5 % соответственно (табл. 3). Борат моно-этаноламина положительно повлиял на разветвленность растений (в 7,35 раз выше контроля) и увеличение числа зерен в стручке (в 1,25 раза выше контроля). Наибольшей сохранности растений горчицы способствовал раствор борной кислоты в диэтаноламине, где количество растений с 1 м ² составило 130,0 шт., что на 29 растений больше фонового варианта. Борат глицерина (вариант 6) увеличил биомассу 1000 семян на 1,0 г к фону, что превысило варианты с водой и традиционной формой бора.

Таблица 3

Структура урожая горчицы белой на фоне использования борсодержащих препаратов

Варианты опыта	Длина растения, см		Количество						Масса
	Длина растения, см		растений с 1 м², шт.		ветвей с 1 м², шт.		зерен в стручке, шт.		зерен с 1 растения, г		масса 1000 зерен, г
	ч о Рч О	Ес? -н	Ч о Рч О	Ес? о к -н	Ч о Рч О	Ес? -н	О	-н	о О	-н	О	-н
1. Контроль (фон)	71,3		101,0		12,0		4,0		49,6		3,9
2. Фон + БК-Н 2 О	80,4	9,1	110,0	9,0	85,0	73,0	4,5	0,5	194,7	145,1	3,9	0,0
3. Фон + БК-МЭА	73,1	1,8	122,0	21,0	88,2	76,2	5,0	1,0	121,0	71,4	4,0	0,1
4. Фон + БК-ДЭА	76,1	5,0	130,0	29,0	66,7	54,7	3,5	–0,5	65,2	15,6	4,2	0,3
5. Фон + БК-ТЭА	68,1	–3,2	124,0	23,0	83,7	71,7	4,2	0,2	79,8	30,2	4,1	0,2
6. Фон + БК-ГЛ	75,4	4,3	110,0	9,0	75,6	63,6	3,7	–0,3	127,9	78,3	4,9	1,0
7. Фон + БК-ЭГ	74,4	3,1	115,0	14,0	70,3	58,3	3,7	–0,3	77,3	27,7	4,4	0,5
НСР 05	2,3		10,0		46,2		0,2		24,7		0,2

Влияние различных форм борной кислоты на химический состав зерна белой горчицы

Согласно данным табл. 4, содержание азота в зерне горчицы на контрольном варианте оказалось наибольшим (4,99 % в пересчете на абсолютно сухое вещество). Среди растворов бора положительные результаты получены при использовании моноэтаноламина, который повысил концентрацию азота до 4,63 %, что хотя и уступает контрольному варианту, но превосходит справочные данные (4,50 %) [10].

По сравнению с подкормкой растений водой (контрольный вариант) на вариантах с применением борной кислоты и бората этиленгликоля содержание фосфора в зерне составило 1,17 %.

Содержание калия при внекорневой подкормке горчицы белой растворами бора варьировало от 0,90 (борат глицерина) до 1,02 % (водный раствор борной кислоты), что соответственно на 0,09 % было ниже контроля и на 0,03 % выше его.

Таблица 4 Содержание макроэлементов в зерне горчицы белой на фоне использования растворов борной кислоты

Варианты опыта	Азот, %		Фосфор, %		Калий, %
Варианты опыта	Среднее	Отклонение от контроля	Среднее	Отклонение от контроля	Среднее	Отклонение от контроля
1. Контроль (фон)	4,99	–	1,15	–	0,99	–
2. Фон + БК-Н 2 О	4,58	–0,41	1,17	0,02	1,02	0,03
3. Фон + БК-МЭА	4,63	–0,36	1,15	0,00	0,99	0,00
4. Фон + БК-ДЭА	4,52	–0,47	1,14	–0,01	0,94	–0,05
5. Фон + БК-ТЭА	4,46	–0,53	1,14	–0,01	0,94	–0,05
6. Фон + БК-ГЛ	4,52	–0,47	1,11	–0,04	0,90	–0,09
7. Фон + БК-ЭГ	4,37	–0,62	1,17	0,02	0,94	–0,05
НСР 05	0,25		0,02		0,03

Влияние растворов борной кислоты в органических растворителях на посевные качества семян и морфометрические показатели проростков горчицы белой

В рамках лабораторных исследований нами было изучено влияние различных концентраций исследуемых борсодержащих соединений на прорастание семян белой горчицы. Действие изучаемого препарата – хелатного соединения сопоставлялось с влиянием, оказываемым на растения традиционной формой – водного раствора борной кислоты, используемой в практике сельскохо- зяйственного производства как источник данного микроэлемента. Также при постановке эксперимента был предусмотрен контрольный вариант с использованием дистиллированной воды. В ходе проведения лабораторных экспериментов нами были изучены показатели энергии прорастания и всхожести проростков опытной культуры, а также их длина (табл. 5).

На фоне высоких концентраций растворов борной кислоты в диэтаноламине, триэтаноламине, этиленгликоле наблюдается ярко выраженный токсический эффект на энергию прорастания (–18…–6 %) и всхожесть (–16…–6 %) семян опытной культуры. Разбавление способствовало увеличению ответной реакции растений, однако изменения не выходят за пределы ошибки опыта.

Таблица 5

Влияние борсодержащих соединений на посевные качества семян горчицы белой

№ п/п	Вариант	Концентрация раствора, %	Энергия прорастания, %		Всхожесть, %		Длина проростка, см
№ п/п	Вариант	Концентрация раствора, %	Среднее	± К контролю	Среднее	± К контролю	Среднее	± К контролю
1	Контроль (Н 2 О)	0,000	86	–	96	–	5,8
2	БК–Н 2 О	0,100	86	0	94	–2	6,8	1,0
3		0,050	80	–6	92	–4	6,4	0,6
4		0,010	84	–2	98	2	6,1	0,3
5		0,005	88	2	100	4	6,4	0,6
6		0,001	88	2	98	2	7,0	1,2
		НСР 05	2		2		0,4
7	БК-МЭА	0,100	88	2	96	0	6,6	0,8
8		0,050	82	–4	100	4	6,2	0,3
9		0,010	80	–6	100	4	6,3	0,4
10		0,005	82	–4	100	4	7,3	1,5
11		0,001	86	0	98	2	6,8	1,0
		НСР 05	3		3		0,7
12	БК-ДЭА	0,100	72	–14	86	–14	5,2	–0,6
13		0,050	74	–12	88	–8	5,6	–0,2
14		0,010	78	–8	88	–8	5,7	–0,1
15		0,005	80	–6	92	–4	6,2	0,4
16		0,001	92	6	94	–2	6,4	0,6
		НСР 05	6		4		0,3
17	БК-ТЭА	0,100	68	–18	80	–16	4,8	–1,0
18		0,050	72	–14	84	–12	4,5	–1,3
19		0,010	76	–10	88	–8	5,3	0,5
20		0,005	80	–6	94	–2	4,9	–0,9
21		0,001	86	0	96	0	5,3	0,5
		НСР 05	9		6		0,4
22	БК-ГЛ	0,100	94	8	96	0	7,8	2,0
23		0,050	92	6	98	2	7,2	1,4
24		0,010	92	6	98	2	6,8	1,0
25		0,005	92	6	100	4	6,4	0,6
26		0,001	96	10	100	4	7,2	1,4
		НСР 05	4		2		0,8
27	БК-ЭГ	0,100	80	–6	90	–6	6,0	0,2
28		0,050	78	–8	90	–6	5,9	0,1
29		0,010	82	–4	92	–4	6,0	0,2
30		0,005	82	–4	94	–2	6,4	0,6
31		0,001	84	–2	96	0	6,3	0,7
		НСР 05	4		2		0,2

Водный раствор борной кислоты оказал незначительный положительный эффект на посевные качества семян. При снижении концентрации опытного раствор были отмечены прибавки на 2,0 % по энергии прорастания (5 и 6 варианты) и по всхожести на 2–4 % (4–6 варианты опыта).

Максимальные значения энергии прорастания были отмечены на вариантах с боратом глицерина при разном разбавлении. К моменту определения всхожести 100%-ные значения были получены при использовании водного раствора борной кислоты при 0,005%-ном разбавлении, мо-ноэтаноламина (0,050–0,005 %) и глицеролата бора при 0,005–0,001%-ной концентрации раствора.

Анализ длины проростка показал, что при снижении концентрации опытных растворов до 0,005–0,001 % показатель достиг наибольших прибавок при сравнении с более насыщенными формами борсодержащих растворов. Так, на вариантах с диэтаноламином, триэтаноламином и этиленголиколем показатель варьировал от 5,3 до 6,4 см при разбавлении до 0,005 %, что также не обеспечило прибавки к длине, но токсический эффект был менее выражен. Водный раствор борной кислоты при 0,001%-ной концентрации дал прибавку 1,2 см к контролю (5,8 см). На варианте с боратом моноэтаноламина максимальная прибавка составила 1,5 см (7,3 см) при 0,005%-ной концентрации раствора. Раствор борной кислоты в глицерине оказал более стимулирующий эффект на длину проростка. Показатель варьировал от 6,4 до 7,8 см, что в 1,10–1,34 раз больше фонового варианта.

Исследования выполнены в рамках госзадания (Тема № 45.4 «Химия функциональных материалов», рег. № 0094-2016-0012) с использованием оборудования центра коллективного пользования «Аналитический центр ИМХ РАН» в Институте металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН при поддержке гранта «Обеспечение развития материальнотехнической инфраструктуры центров коллективного пользования научным оборудованием» (Уникальный идентификатор RF-2296.61321X0017, номер соглашения 075-15-2021-670).

Список литературы Использование растворов борной кислоты в органических жидкостях в качестве борсодержащих микроудобрений. Влияние на урожайность и химический состав зерна белой горчицы

Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1991. 432 с.
Использование растворов борной кислоты в органических жидкостях в качестве борсодержащих микроудобрений. Влияние на урожайность и химический состав зерна озимой и яровой пшеницы / Н.А. Кодочилова, А.О. Иваненкова, Т.С. Бузынина и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия Химия. 2021. Т. 13, № 2. С. 49-61.
Влияние борной кислоты в органических жидкостях на проростки зернобобовых культур / Н.А. Кодочилова, Т.С. Бузынина, В.В. Семенов, Б.И. Петров // Агрохимический вестник. 2021, № 6. С. 78-85.
Несмеянов А.Н., Соколик Р.А. Методы элементоорганической химии. Бор, алюминий, галлий, индий, таллий. М.: Наука, 1964. 499 с.
Convenient and fast synthesis of boratrane in water medium / Yu.I. Bolgova, G.A. Kuznetsova, O.M. Trofimova, M.G. Voronkov // Chem. Heterocycl. Comp. 2013. Vol. 49, no. 8. P. 1246-1248.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 2011. 251 с.
ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. 1986-01-07. М.: Стандартинформ, 2011. С. 30.
Комаров В.И., Калинина З.Т., Гришина А.В. Динамика агрохимических показателей плодородия почв пахотных угодий и объемов применения средств химизации во Владимирской области // Достижения науки и техники АПК. 2016, № 11. С. 17-23.
Корчагин В.И. Эколого-агрохимическая оценка плодородия почв Воронежской области: автореф. дис. … канд. с.-х. н.: 06.01.04. Воронеж. ГАУ им. Петра I. Воронеж, 2017. 28 с.
Булдыкова И.А., Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н. Микроэлементы на посевах подсолнечника // Научный журнал КубГАУ. 2015, № 107(03). С. 1-14.

Еще

Статья научная