Об эффективности предпосевной обработки семян озимой пшеницы наночастицами металлов

Использование нанотехнологий в сельском хозяйстве - перспективное направление, которое позволит снизить зависимость величины и качества урожая от внешних факторов. Особое место занимают исследования, связанные с предпосевной обработкой семян наночастицами (НЧ) металлов. В настоящей работе впервые показано, что предпосевная обработка семян озимой пшеницы сорта Стан наночастицами металлов с заданными физико-химическими свойствами оказывает влияние на морфометрические показатели роста озимой пшеницы на всех стадиях ее развития, а также на устойчивость растений к действию фитопатогенов, качество зерна, степень его поражения фузариозом и элементный состав почвы после уборки урожая. При этом эффекты зависят от вида используемого металла. Нашей целью было изучение влияния предпосевной обработки семян наночастицами железа, цинка, меди на показатели роста озимой пшеницы на всех стадиях ее развития, а также качества зерна и элементного состава почвы после уборки урожая. Наночастицы железа (НЧ), цинка, меди были получены методом высокотемпературной конденсации на установке Миген-3 (Институт энергетических проблем химической физики РАН, Россия). Форму и размер НЧ оценивали методом электронной микроскопии на растровом электронном микроскопе JSM-7401F («Jeol Ltd.», Япония). Рентгенофазный анализ НЧ осуществляли на рентгеновском анализаторе АДП-1 (НПО «Современные технологии неразрушающего контроля», Россия). Полевой опыт проводили в хозяйственных условиях на базе валидационного полигона Новокубанского филиала ФГБНУ Росинформагротех (Краснодарский край). Преобладающий тип почв хозяйства - чернозем типичный, среднегумусный, тяжелосуглинистый. Производственный посев озимой пшеницы ( Triticum aestivum L.) сорта Стан проводили 4 октября 2016 года с установочной нормой высева семян 240 кг/га. Было заложено пять вариантов опыта: контроль (семена без обработки), обработка семян НЧ Fe (5×10-4 %), НЧ Zn (1×10-4 %), НЧ Cu (5×10-7 %), НЧ Fe + НЧ Zn + НЧ Cu (5×10-4 % + 1×10-4 % + 5×10-7 %). Отбирали почвенные образцы для анализа на содержание химических элементов. Густоту стояния, высоту, длину корня, глубину залегания узла кущения и кустистость определяли в фазу 3-4-го листа осенью, а также весной при возобновлении вегетации (6-8 листьев) и в фазу кущения (главный побег и 2-3 побега кущения). За 2 нед до уборки оценивали высоту растений, длину корня, толщину главного стебля у основания, длину колоса, число зерен в колосе, число продуктивных и непродуктивных стеблей. НЧ железа, цинка, меди представляли собой монокристаллические структуры круглой формы, покрытые полупрозрачной оксидной пленкой. Средний диаметр НЧ Fe составлял 27,0±0,51 нм, НЧ Zn - 54,0±2,8 нм, НЧ Cu - 79,0±1,24 нм. Результаты рентгенофазового анализа показали, что в НЧ железа кристаллическая металлическая фаза составляла 53,6 %, фаза Fe3O4 - 46,4 %, толщина оксидной пленки - 3,5 нм. НЧ Cu и Zn содержали только кристаллическую металлическую фазу с одинаковой толщиной оксидной пленки - от 0,5 до 1,0 нм. Предпосевная обработка семян НЧ Fe влияла на высоту всходов, способствовала формированию развитой корневой системы с длиной корней, превышающей значения в контроле на 4,50 % (р ≤ 0,05), и увеличивала густоту всходов на 9,96 % (р ≤ 0,05). Предуборочный мониторинг посевов выявил повышение урожайности растительной массы пшеницы при обработке семян НЧ Fe и Cu. Длина растений была больше показателя в контроле (81,3±1,2 см) соответственно на 3,8 и 8 см, средняя толщина главного стебля у основания растений - на 6 и 5 мм в сравнении с контролем (44±1,0 мм). Отмечали увеличение продуктивности стеблестоя в вариантах с НЧ Fe и Zn, повышение устойчивости к воздействию патогенов при обработке НЧ Fe (процент больных колосьев в сноповом материале в 3,85 раза меньше по сравнению с контролем), тенденцию к увеличению средней массы 1000 зерен при использовании НЧ Fe, Zn и Cu. Показатели качества урожая имели более высокие значения по сравнению с контролем: по содержанию сырой клейковины - на 6,12 % при обработке посевного материала НЧ Zn, Cu, композицией НЧ, по массовой доле белка - на 5,1 % при обработке НЧ Cu и композицией НЧ. Предпосевная обработка НЧ Fe и Zn снижала зараженность фузариозом зерна соответственно в 1,24 и 2,25 раза по сравнению с контролем. Элементный анализ почвы после уборки урожая показал снижение содержания подвижных форм фосфора на 27 % и цинка на 48 % в варианте с НЧ Zn, а также уменьшение количества подвижных форм фосфора на 23 % и серы на 7 % при обработке семян НЧ Cu по сравнению с контролем. Полученные данные свидетельствуют об активном влиянии предпосевной обработки семян НЧ металлов на показатели роста, развития и качества зерна пшеницы.