Влияние медных удобрений на формирование урожайности лекарственного сырья эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea)

Введение. По рекомендациям ФАО, каждая страна должна обеспечивать свое население качественными и безопасными продуктами питания собственного производства. Этого можно достичь лишь при выращивании сельскохозяйственных растений, в том числе лекарственных, используя современные агрохимические технологии, которые обеспечивают сбалансированное питание сельскохозяйственных культур макро- и микроэлементами.

Использование человеком лекарственных растений началось давно, и по истечении многих лет накоплен колоссальный опыт в этой сфере. Возросший интерес к лекарственному растительному сырью (ЛРС) в последнее время связан с тем, что его применение не имеет границ. Оно используется как в народной, так и официальной медицине, в отраслях промышленности (парфюмерно-косметическая, фармацевтическая и др.), а также в быту (красители, пищевые добавки) и сельском хозяйстве (медоносы, кормовые культуры и др.) [1].

Постоянное изменение экологических усло- вий под воздействием хозяйственной деятельности человека существенно сокращает ареалы произрастания лекарственных растений. Особенно уязвимы те, которые, кроме лекарственных свойств, обладают рядом других, к примеру декоративными. Стремительное сокращение запасов лекарственных трав требует принятия быстрых и эффективных мер по регламентации заготовки ЛРС. Одной из таких действенных мер является введение лекарственных растений в культуру, что позволяет получать желаемые урожаи с соответствующим качеством сырья. При этом промышленное выращивание растений позволяет посредством использования интродукции возделывать нетрадиционные лекарственные растения, обладающие уникальными свойствами [2].

Применение и использование в медицинской практике лекарственных препаратов природного происхождения достаточно перспективно, так как растительное сырье обладает высокой биологической активностью соединений, с одной стороны, и их низкой токсичностью – с другой [3].

Продуктивность растениеводства в значит е л ьной степени зависит от обеспеченности растений как макро-, так и микроэлементами. Несмотря на содержание микроэлементов в растениях в тысячных и стотысячных долях, в большинстве случаев их недостаток или избыток играет определяющую роль, в том числе в повышении урожайности.

Медь принимает участие в образовании ферментов, азотном, углеводном, белковом и фенольном обменах веществ, а также увеличивает интенсивность фотосинтеза и дыхания растений [4]. Дефицит или избыток меди приводит к отклонениям в развитии культур (снижается интенсивность фотосинтеза, устойчивость к заболеваниям, образование РНК).

Медьсодержащие удобрения имеют большое значение для придания растениям засухо- и морозоустойчивости, резистентности к бактериальным заболеваниям [5].

Недостаток многих макро- и микроэлементов в почвах является одной из наиболее важных проблем питания растений. Медь находится в числе основных микроэлементов, дефицит которых отмечен в почвах на территории Омской области. Установлено низкое содержание меди более чем на 50 % обследованной площади [6, 7].

В условиях Западной Сибири исследованиями Ю.И. Ермохина, Н.Н. Тищенко установлено положительное влияние медных удобрений на урожайность и качество лекарственного сырья таких культур, как Achillea millefolium L. и Tanacetum vulgare L. [8, 9].

Применение комплексных удобрений, в том числе содержащих медь, в настоящее время более чем перспективное направление, так как до сих пор остается неизученной система оптимизации минерального питания эхинацеи пурпурной с применением микроэлементов.

Одним из простых, но эффективных приемов применения удобрений является их предпосевное внесение. Данный способ позволяет расте- ниям усваивать микроэлементы уже в самом начале роста.

Эхинацея пурпурная (рис. 1) родом из Северной Америки. Многолетнее лекарственное растение. В качестве растительного сырья используются целые растения и свежие корневища. Препараты, полученные на основе эхинацеи пурпурной, обладают большим спектром действия: иммуностимулирующим, противовоспалительным, болеутоляющим и др., и поэтому ее интродукция в культуру как лекарственного растения представляет интерес для нашего региона.

Рис. 1. Эхинацея пурпурная (фаза цветения), 2017 г.

В настоящее время на территории бывшего СССР основными зонами возделывания эхинацеи пурпурной остаются: Украина, Республика Беларусь, Литва и Эстония. В России это опытные станции ВИЛАРа – Северный Кавказ, Самарская и Белгородская области. Имеется ряд данных о проведении опытов с эхинацеей пурпурной на всей территории РФ. В условиях Западной Сибири впервые проведены опыты по применению микроудобрений под это лекарственное растение с целью повышения урожайности и качества данной культуры.

Цель исследований . Изучить влияние медных удобрений на урожайность лекарственного сырья эхинацеи пурпурной.

Методы исследований. Объектами нашего исследования служили: эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea), почва лугово- черноземная, микроудобрения (ацетат меди).

Полевой опыт был заложен в 2016 г. на базе Омского ГАУ на лугово-черноземной малогумусовой среднесуглинистой почве. Предшественником в опыте являлся чистый пар.

Агрохимическая характеристика луговочерноземной почвы при закладке опыта была следующая: N-NO 3 – 12,5; P 2 O 5 – 110; K 2 O – 247; Cu -0,40 мг/кг почвы в слое 0-30 см.

Полевой опыт закладывали в четырехкратной повторности. Размещение вариантов рен-домизированное, со сдвигом на две делянки. Схема опыта: 1. Без удобрений (контроль). 2. Фон (N 125 ). 3.Фон + 0,25 ПДКCu (2,3 кг/га). 4. Фон + 0,5 ПДКCu (4,7 кг/га). 5. Фон + 0,75 ПДК Cu (7,0 кг/га). 6. Фон + ПДК Cu (9,4 кг/га).

В качестве фона использовали аммиачную селитру (N – 34 %), микроэлемент вносили в форме ацетата меди ((CH3COO)2Cu – 32 %).

Уборку урожая зеленой массы и соцветий эхинацеи пурпурной проводили методом прямого поделяночного взвешивания в фазе массового цветения.

Оценку опытных данных и выявление различных взаимосвязей в системе «почва – удобрение – растение» осуществляли методами дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализов.

Результаты исследований и их обсуждений. Влияние макро- и микроудобрений на процессы роста и развития лекарственных культур в течение вегетации находят отражение в изменении урожайности [10].

В 2016–2017 гг. в опыте по изучению применения медных удобрений под эхинацею пурпурную ( Echinacea purpurea) на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области были выявлены закономерности действия и последействия различных доз Cu на урожайность лекарственного сырья. Полученные данные показывают, что применение различных доз медных удобрений приводит к значительному росту урожайности исследуемой культуры (табл.).

Урожайность эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea) и окупаемость удобрений урожаем в зависимости от доз меди

Вариант опыта	Урожайность биомассы, т/га		Средняя урожайность биомассы, т/га	Урожайность биомассы за 2 года, т/га	Прибавка		Окупаемость 1 кг меди (Cu) урожаем, кг
	2016 г.	2017 г.			т/га	%
Контроль (без удобрений)	2,0	13,7	7,9	15,7	-	-	-
Фон (N 125 )	2,2	14,4	8,3	16,6	0,9	5,4	-
N 125 +0,25ПДК Cu	2,2	15,8	9,0	18,0	2,3	12,8	1000,0
N 125 +0,5 ПДК Cu	2,4	19,4	10,9	21,8	6,1	28,0	1297,9
N 125 +0,75 ПДК	2,6	22,1	12,4	24,8	9,1	36,7	1300,0
N 125 + ПДК	2,6	23,5	13,1	26,2	10,5	40,1	1117,0
НСР 05	0,13	0,7

Исследования в 2016 г. показали, что эхинацея пурпурная в условиях Западной Сибири способна за вегетацию сформировать полноценный укос и при внесении меди обеспечить урожайность 2,2–2,6 т/га. В 2017 г. установлено, что урожайность эхинацеи пурпурной увеличилась по сравнению с предыдущим годом и при использовании медных удобрений на оптимальном азотном фоне составила 15,7–23,5 т/га.

В первый и последующий год роста и развития эхинацеи пурпурной применение меди в различных дозах от 0,25 до 1 ПДК способствовало большой отзывчивости данной культуры, что сказалось на повышении урожайности по сравнению с контролем. Так, средние прибавки урожая варьировали от 2,3 т/га (12,8 %) при внесении Фон+0,25 ПДК Cu до 10,5 т/га (40,1 %) на варианте Фон + ПДК Cu.

В то же время, если полученные прибавки урожайности от внесения различных доз меди связать с окупаемостью одного килограмма удобрений урожаем, то максимальное значение этого показателя (1300,0 кг) было получено при внесении Фон+0,75 ПДК Cu. Последующее увеличение дозы меди до 1 ПДК Cu (урожайность – 23,5 т/га) привело к снижению окупаемости до 1117,0 кг на один килограмм внесенных медных удобрений.

Сравнивая данные по годам исследований, можно заключить: в 2017 г. урожайность эхинацеи пурпурной в разы выше (7–9 раз) в сравнении с урожайностью 2016 г. Этот факт можно объяснить тем, что исследуемая лекарственная культура является многолетней 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. В 2017 г. корневая система растений окончательно сформировалась, что обеспечило максимальное использование элементов питания из почвы и почвенной влаги.

В первый год действия медных удобрений наибольшая урожайность отмечалась на варианте Фон+0,75 ПДК Cu (2,6 т/га), во второй год последействия максимальная продуктивность Echinаcea purpurea была отмечена на варианте

Фон + ПДК Cu (23,5 т/га).

Рассматривая действие и последействие медных удобрений на формирование биомассы лекарственного растительного сырья Echinаcea purpurea , можно отметить, что повышение урожайности происходит с увеличением дозы применяемого удобрения (рис. 2, 3, уравнения 1, 2). Каждый килограмм однократно внесенного медьсодержащего удобрения увеличивает урожайность эхинацеи пурпурной на 0,068 (У 1 ,) в 2016 г. и 1,1 т/га (У 2 ) в 2017 г.

Рис. 2. Зависимость урожайности эхинацеи пурпурной от внесения различных доз Cu, 2016 г.

Рис. 3. Зависимость урожайности эхинацеи пурпурной от внесения различных доз Cu, 2017 г.

Исследования 2016–2017 гг. показывают, что в год действия (2016 г.) меди наибольшая продуктивность отмечена при внесении 7 кг/га Cu (Фон + 0,75 ПДК Cu), в год последействия (2017 г.) –

9,4 кг/га (Фон + ПДК Cu). Максимальная урожайность эхинацеи пурпурной за 2 года исследований составила 26,2 т/га.

Рис. 4. Математическая модель связи урожайности эхинацеи пурпурной с действующими дозами применения меди, 2016–2017 гг.

На основе использования метода обратной связи внесенного элемента Cu (х, кг/га) в системе «удобрение Cu ↔ урожай растений (У т/га)», в виде идентификации ответной реакции растений (урожаем) на внесение элемента питания с удобрением, установлена высокая корреляционная связь (r=0,99), которая характеризуется уравнением на рисунке 4.

Согласно уравнению (3), каждая разово внесенная доза медного удобрения в слой почвы 030 см в процессе действия и последействия повышает урожайность эхинацеи пурпурной на 1,18 т/га (рис. 3). На сильную связь между урожайностью и дозами удобрений, вносимых под эхинацею пурпурную, указывает полученный коэффициент корреляции (r=0,99).

Зная действие одного килограмма меди на урожайность культуры и 1 ПДК (9,4 кг д.в/га), можно провести прогноз расчета доз Cu, используя количественные нормативы прибавки урожая (П=10,5 т/га) и коэффициент « b » Сu = 1,18

Д Cu, кг/га = П/« b » Сu = 10,5/1,18 = 8,9 кг Cu/га.

Фактические урожайные данные эхинацеи пурпурной в пределах 24,8–26,2 т/га были получены от внесения Cu 8,9 кг/га, ((7,2 кг+10,5 кг)/2), что соответствует опытным данным с применением Cu в дозах 8,2 ((7,2 +9,1)/2) кг/га.

Согласно имеющимся данным за два года действия и последействия удобрений, высокая урожайность биомассы лекарственного сырья составила 26,2 т/га, а на контроле (без удобрений) – 15,8 т/га. Исходя из этого, можно произвести расчет доз меди по формуле

Д Cu/га = С 1 + (ПУ т + ФУ т )/ « b »;

Д Cu/га = 0,40 мг/кг + (26т +15,8 т) / 1,18 = 9,3 кг/га.

Фактически внесенная лучшая (по урожайности) доза меди в опыте составляла 9,4 кг/га. Таким образом, наши расчеты подтвердили правильность выбранных доз меди.

Заключение. Эхинацея пурпурная пригодна для возделывания в условиях Западной Сибири, но требует соблюдения агротехники. В результате проведенных нами полевых исследований и полученных математических данных за 2 года возможно сделать вывод, что применяемые дозы солей медных удобрений в пределах 0,75 ПДК (7,0 кг/га) и 1 ПДК (9,4 кг/га) оказали положительное влияние на урожайность эхинацеи пурпурной. Установленный коэффициент « b » позволяет осуществлять прогнозирование доз медных удобрений в ранние фазы развития растений с целью повышения продуктивности лекарственного сырья эхинацеи пурпурной.