Influence of Different Methods of Application of Lignogumate on the Product Quality of Green Crops and Medicinal Plants

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Получение стабильной растительной продукции на искусственных субстратах в теплицах и на почве с низким плодородием на сельхозугодиях возможно с применением систем удобрения. Одним из их важных компонентов является органическое вещество и его “аналоги” – гуминовые препараты. В настоящее время известны удобрения на основе гуматов и лигнина (лигногумат, лигносульфонат), которые отличаются производственными циклами и исходным сырьем, служащим для их получения [1, 2]. Гуминовые препараты на основе гуматов, которые получают из углей (леонардита), торфов и сапропелей, содержат 1–10% солей фульвовых кислот, а на основе лигногуматов – из древесины, целлюлозы и содержат до 40% солей фульвовых кислот [3].

Фульвокислоты отличаются низким содержанием азота и высокой растворимостью солей в воде. Фульвовые кислоты накапливаются в клеточном соке во всех органах растения, тем самым проявляя стимулирующее и восстановительное действие на протяжении всего вегетационного периода растений. Поэтому применение удобрения с фульвокислотами лучше работает при некорневом применении, а при внесении в почву обязателен полив растения. Но существенные отличия свой ств гуминовых препаратов связаны с дополнительными примесями и балластными включениями в зависимости от технологии производства, следовательно, может быть неясный результат при применении таких удобрений [4].

Несомненно важно и актуально знать особенности применения лигногуматов в системе удобрения культур, выращиваемых в тепличных условиях. В данной работе изучение удобрения было акцентировано на лигногуматах, получение которых экономически оправдано при утилизации растительных отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности. Цель работы – изучение влияния удобрения на основе лигногумата и хелатов микроэлементов (меди и цинка) на качество полученной растительной продукции – салата листового и мяты перечной в вегетационном опыте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Вегетационный опыт был заложен в теплице из сеткирабицы на базе факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова по общепринятой методике при естественных влажности воздуха, освещенности и температуре окружающей среды.

Перед закладкой опыта торфяной субстрат не требовал гомогенизации, т. е. был однородным. В водной вытяжке исходного торфяного субстрата (верховой произвесткованный незаправленный марки “АгробалтС”) определяли кислотность (рН) – ионометрическим методом (ГОСТ 26423 -85), аммиачный азот – фотометрическим, нитратный азот – фотометрическим по Грандваль–Ляжу, фосфор – фотометрическим после окрашивания по Дениже, калий – пламеннофотометрическим методом (ГОСТ 27753.6-88). Содержание микроэлементов (цинка и меди) в растительной продукции определяли методом пламенной атомной адсорбции после сухого озоления (ГОСТ 26573.2-2014).

В исходном субстрате рН был равен 5.84, содержание аммонийного азота – 2.1, нитратного – 15.8, подвижного фосфора – 24.2, подвижного калия – 440 мг/кг воздушносухого торфа. Перед закладкой опыта в торфяной субстрат вносили основное (базовое) удобрение, в составе которого были аммиачная селитра (NH₄NO₃), двой ной суперфосфат (Ca(H₂PO₄)₂·H₂O) и хлорид калия (KCl), из расчета для каждого удобрения 100 мг д. в./кг воздушносухого торфа. Микроэлементы применяли в хелатной форме в дозах 3 мг д. в. меди и 23 мг д. в. цинка на 1 кг воздушносухого торфа. Все удобрения вносили в торф в виде водных растворов. Готовый субстрат тщательно перемешивали и набивали в сосуды, вес воздушносухого торфа составил 0.51 кг на сосуд объемом 3 л.

В качестве органического удобрения применяли порошкообразный продукт с коммерческим названием “Лигногумат®” (марка А, производства НПО “Реализация Экологических Технологий”, СанктПетербург).

Один из доказанных эффектов внесения гуминовых препаратов в грунты – это уменьшение биологической доступности тяжелых металлов (ТМ) с образованием комплекса гуминовое вещество–металл [5, 6]. Вопрос о продолжительности связывания фитотоксиканта, лимитирующего условия поступления ТМ в растение, мало изучен. Поэтому в схему опыта включены варианты с внесением в торф хелатных удобрений цинка (Zn) и меди (Cu) в качестве микроэлементов (МЭ).

Все минеральные удобрения, лигногумат, хелат меди и хелат цинка вносили в торф (корневое внесение) и дополнительно применяли лигногумат в виде некорневой (листовой) подкормки в период роста растений, а также совместно: вносили лигногумат в торф и в виде листовой подкормки. Схема опыта включала 9 вариантов в 3-х повторностях для каждой культуры – салата листового (Laсtuca sativa L.) сорта Витаминный и мяты перечной (Mentha piperita L.) сорта Кубанская-6 (табл. 1).

 

Таблица 1. Схема вегетационных опытов 2021–2022 гг.

Вариант, №	Внесение удобрения
	базовое (NPK)	лигногумат (Л)	хелаты МЭ
1 (контроль)	0	0	0
2	К	0	0
3	К	0	К
4	К	К	0
5	К	Л	0
6	К	К + Л	0
7	К	К	К
8	К	Л	К
9	К	К + Л	К

Примечание. 0 – удобрение не применяли, К – корневое внесение, Л – листовая обработка, К + Л – смешанное применение.

 

Лигногумат применяли следующими способами: корневое внесение – 143.5 мг/сосуд (из расчета 100 мг углерода/кг воздушносухого торфа). При листовой обработке применяли раствор лигногумата в концентрации 0.01% (1 г препарата/л воды согласно инструкции по применению лигногумата (https://lignohumate.ru/primenenielignogumata/normy-i-sposobvneseniya-udobreniy/), его наносили до полного смачивания листа. Корневое внесение лигногумата проводили при закладке опыта, листовую обработку – дважды за вегетационный период на 14-е и 24-е сут после начала опыта.

После подготовки субстрата, внесения удобрений и набивки сосудов проводили посев семян салата листового (Laсtuca sativa L.) и посадку укорененных черенков мяты перечной (Mentha piperita L.) высотой 10 см по 3 растения в сосуде. Сосуды увлажняли и укрывали армированным белым нетканым материалом для создания оптимальных условий адаптации растений. Через 5 сут укрытие снимали, для растений салата проводили прореживание до 8-ми растений/сосуд. В ходе проведения вегетационного опыта был организован систематический полив и уход за растениями, своевременное удаление сорняков. При поливе сосудов для выравнивания условий освещения делали их перестановку на стеллаже. Уборку растительной продукции проводили: салата – на 32-е сут и мяты – на 80-е сут после посева. Растения срезали ножницами, взвешивали, отбирали среднюю пробу (ГОСТ 58588-2019).

В листьях растений определяли содержание общего азота, фосфора, калия, нитратного азота, белкового азота, цинка и меди по гостированным методикам [7], фотометрическим методом оценили активность пигментного комплекса по содержанию хлорофилла а и б, а также каротиноидов [8], активность фермента каталазы – титрованием [9].

Организацию вегетационных опытов и проведение наблюдений осуществляли по общепринятым методикам [10]. Статистическую обработку опытных данных проводили в программах MS Excel 2013 и Statistica 10.0. Достоверность различий определяли по величине критерия Фишера (F) при уровне значимости p <0.050 [11].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Визуально рост и развитие тестовых растений в опытных вариантах были сопоставимы с контролем. Сравнительный анализ сырой и сухой биомассы салата и мяты показал существенное превышение этого показателя по сравнению с контрольными вариантами.

Максимальная прибавка сухой биомассы (55– 61%) относительно контроля получена в опыте с салатом в вариантах 8 и 6, мяты – на 315–353% относительно контроля в вариантах 8 и 9 (рис. 1).

 

Рис. 1. Биомасса влажных и сухих растений в вариантах опыта с применением удобрений, % относительно контроля. НСР05 прибавки урожая свежей продукции салата – 5.3, сухой – 1.4%, свежей мяты – 5.4, сухой мяты – 1.6%.

 

Наибольшая сырая биомасса салата, превышающая контроль на 18–26%, была отмечена в вариантах 6 и 8, мяты (на 23–28%) – в вариантах 2, 4 и 7. Полученный результат можно объяснить биологическими особенностями культур (высокая тесная связь показателей – r ≥ 0.91) и их требованиями к количеству влаги (r = 0.89–0.90). Для выращивания салата оптимальный уровень влажности субстрата был равен 60–70% наименьшей влагоемкости (НВ), мяты (влаголюбивого растения) – >80% НВ.

Данные корреляционного анализа показали тесную прямую связь, равную r ≥ 0.999 (p < 0.050) между следующими вариантами: в опыте с салатом – 6 и 8, 9; 8 и 9; мятой – 2 и 3, 4, 6; 6 и 7; 8 и 9, т. е. способ совместного внесения лигногумата был эффективен на зеленных культурах, в частности, салате. Для мяты были получены неоднозначные результаты, в варианте внесения базового корневого удобрения не установлен существенный эффект применения МЭ и лигногумата.

При выращивании салата рекомендованы следующие показатели содержания азота (N), фосфора (P₂O₅) и калия (K₂O) в торфяном субстрате: 400, 420, 1000 мг/кг сухого торфа соответственно; мяты – 240, 360 и 240 мг/кг [12]. В исходном субстрате его обеспеченность нитратным азотом была равна 15.8, фосфором – 24.2 и калием – 440 мг/кг, что отличалось от оптимальных показателей для роста культуры и компенсировалось внесением удобрений. По уровню значимости основные элементы питания располагались в убывающей последовательности: N–P–K–S–Mg–Zn–Fe–B–Mn–Cu–Mo, где эффекты меди и молибдена были малозаметными и представляли собой совместное влияние (комбинацию) с N, P, K, S по типу взаимодействия 2-го порядка [13].

По данным листовой диагностики оценили достаточность условий питания растений в разных вариантах опыта (табл. 2).

 

Таблица 2. Содержание макроэлементов в надземной биомассе растений, % от контроля

Вариант, №	Салат			Мята
	азот	фосфор	калий	азот	фосфор	калий
1 (контроль)*	3.51	1.06	2.97	2.70	0.71	2.52
2	123	120	108	117	211	127
3	123	108	104	135	179	122
4	116	106	107	131	153	153
5	121	117	107	123	152	183
6	130	129	96	141	120	176
7	124	132	103	111	174	173
8	120	132	107	122	199	134
9	132	159	116	134	85	131

Примечание. Ошибка опыта составила <10%. То же в табл. 3, 4.

* Фактическое содержание в контроле (% в сухом веществе), принятое за 100%. То же в табл. 3. 4.

 

Определено существенное превышение содержания макроэлементов во всех вариантах опыта относительно контроля: в опыте с салатом содержание азота было больше на 16–32, фосфора – на 6–59 и калия – на 4–16% (за исключением варианта 6), в опыте с мятой: азота – на 11–41, фосфора – на 20–111 (за исключением варианта 9) и калия – на 22–83%. Лучшие условия питания азотом для обеих культур были в варианте 6, что подтверждало содержание данного элемента в листьях салата, равное 130 и мяты – 141% относительно контроля. Оптимальные условия питания фосфором и калием были во всех вариантах опытов: для салата лучшим вариантом был № 9, для мяты – № 2 и № 5. У салата корневая система слаборазвита, поэтому свой ства субстрата определяют развитие корневой системы и продуктивность растений. Листовая подкормка удобрениями позволяет выращивать растения, относящиеся к группе желтозеленных культур, методом гидрои аэропоники.

В питании растений очень важны микроэлементы. Например, цинк содержится почти во всех важных ферментах и влияет на образование ростовых веществ, накопление биомассы и стрессоустойчивость. В салате отмечено уменьшение содержания данного элемента в варианте 2, в листьях мяты – в вариантах 4–6, 8, 9 (табл. 3).

 

Таблица 3. Содержание микроэлементов в надземной массе растений, мг/кг

Вариант, №	Салат		Мята
	цинк	медь	цинк	медь
1 (контроль)*	54.8	1.6	44.5	4.1
2	90	63	100	117
3	114	177	107	159
4	106	53	89	95
5	107	90	91	100
6	110	183	98	141
7	106	205	104	144
8	131	256	88	120
9	121	238	86	100

 

Медь входит в состав ферментов и увеличивает содержание хлорофилла, повышает устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням. Уменьшение количества меди в листьях салата наблюдали в вариантах 2, 4, 5, мяты – в варианте 4. Установлено, что листовая подкормка и корневое внесение лигногумата (создание условий избыточного азотного питания) приводили к дефициту микроэлементов (меди и цинка) в зеленной культуре и лекарственном растении. Поэтому применение хелатных форм данных элементов необходимо для улучшения качества получаемой продукции.

Нитрат-ионы могут накапливаться в листьях культур за счет высокой концентрации азота в субстрате, что приводит к торможению активности каталазы. Данный фермент из класса оксидоредуктаз участвует в разрушении токсичного пероксида водорода, накапливаемого в клетках в процессе метаболизма. Во всех вариантах опыта отмечено высокое содержание нитратов в листьях салата в диапазоне от 5420 до 9240 мг/кг при ПДК для листовых овощей, равной 2000 мг/кг (СанПиН 2.3.2.1280-01). Наибольшее количество нитратов в листьях салата относительно контроля было в вариантах 5–7, 9, где применяли лигногумат. Это позволило предположить, что листовое и совместное с корневым внесение лигногумата на зеленной культуре приводило к накоплению нитратов в листьях растений (рис. 2).

 

Рис. 2. Содержание нитратов и активность каталазы в сырой биомассе растений (в опыте с салатом: контроль – 6230 мг NO₃⁻/кг и 6.3 мг Н₂О₂/г; с мятой – 3210 мг NO₃⁻/кг и 43.6 мг Н₂О₂/г соответственно).

 

Мяту перечную используют для еды в небольших количествах, основная часть нитратов накапливается в стеблях. Установлено превышение ПДК нитратов в листьях мяты в вариантах 3, 7 при листовой подкормке хелатными микроудобрениями с цинком и медью, а в варианте 6 – при совместном (корневом и листовом) внесении лигногумата (ПДК нитратов для мяты – 2000 мг/кг). Листовое применение хелатных удобрений не снимало проблему накопления нитратов в растительной продукции.

В листьях салата во всех вариантах опыта отмечено снижение активности каталазы на 4–7% по сравнению с контролем. В опыте с мятой выявлен обратный эффект, т. е. внесение любого удобрения разными способами повышало активность каталазы (на 24–38%) и, следовательно, происходило усиление дыхания с образованием токсичного для растений пероксида водорода, которого деактивировал данный фермент. Максимальный эффект в опыте с мятой отмечен при применении хелатных удобрений МЭ в варианте 3 и в вариантах 4, 5 с применением лигногумата.

Дополнительное применение удобрений в виде листовой подкормки вегетирующих растений влияло на процесс фотосинтеза (содержание хлорофиллов а и б и каротиноидов в листьях) и биомассу в целом. Отмечено снижение содержания хлорофилла а относительно контроля в листьях салата в вариантах 3, 4, 6, 7, 8, в листьях мяты этого не наблюдали (табл. 4).

 

Таблица 4. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений, мг/г сырой массы

Вариант, №	Пигменты
	1	2	3	1	2	3
	салат			мята
Контроль*	0.205	0.077	0.094	0.581	1.69	0.616
2	109	106	101	203	69	119
3	85	77	90	204	60	120
4	75	70	86	202	55	117
5	116	119	101	206	77	121
6	90	91	97	210	54	122
7	99	88	100	208	63	122
8	69	64	78	210	52	122
9	113	108	104	208	61	122

Примечание. В графе 1 – хлорофилл а, 2 – хлорофилл б, 3 – каротиноиды.

 

Показано увеличение количества хлорофилла б в листьях салата, характеризующего стрессовое состояние растений в вариантах 2, 5, 9, в листьях мяты этого не отмечали. Повышение содержания каротиноидов указывало на степень зрелости листьев салата в варианте 9 и мяты – во всех вариантах опыта. Применение удобрений стимулировало постоянный рост растений салата, но в случае с совместным (корневым и листовым) внесением лигногумата и дополнительным внесением хелатных МЭ-удобрений содержание каротиноидов было максимальным, что характеризовало не только созревание, но и старение растений. Биология мяты отлична от салата листового (однолетняя зеленная культура), поэтому высокое содержание каротиноидов и низкое содержание хлорофилла б в ее листьях можно считать положительным эффектом внесения изученных удобрений.

Данные опыта разбили на 2 группы: продуктивность и функциональность растений под влиянием удобрений. Для продуктивности выделены парные корреляционные зависимости: биология культуры и количество сырой биомассы (r = 0.901, p < 0.050), применение лигногумата и система удобрения (r = 0.816), биология культуры и усвоение цинка и азота (r = −0.816… −0.872), накопление влаги в растении и хелатное удобрение цинка (r = 0.813); для функциональности определены следующие парные корреляции: биология культуры и активность каталазы (r = 0.992, p < 0.050), содержание нитратов и хлорофилла а (r < −0.900), содержание нитратов и накопление влаги в листьях (r = 0.850) (табл. 5, 6).

 

Таблица 5. Корреляционная матрица параметров продуктивности растений (p < 0.050, n = 18)

Показатель	Культура	Лигногумат	Удобрение	Влага в растении	Биомасса сырая	Биомасса сухая	Содержание
							N	P	K	Zn	Cu
Культура	1.000	0.000	0.000	−0.878	0.901	0.897	−0.816	−0.414	0.457	−0.872	0.744
Лигногумат	0.000	1.000	0.816	−0.266	0.131	0.234	0.307	0.039	0.245	0.093	0.134
Удобрение	0.000	0.816	1.000	−0.326	0.161	0.295	0.419	0.182	0.195	0.115	0.262
Влага в растении	−0.878	−0.266	−0.326	1.000	−0.826	−0.993	0.578	0.313	−0.564	0.813	−0.689
Биомасса сырая	0.901	0.131	0.161	−0.826	1.000	0.880	−0.645	−0.213	0.644	−0.685	0.822
Биомасса сухая	0.897	0.234	0.295	−0.993	0.880	1.000	−0.600	−0.314	0.620	−0.811	0.720
Содержание
N	−0.816	0.307	0.419	0.578	−0.645	−0.600	1.000	0.444	−0.224	0.738	−0.462
P	−0.414	0.039	0.182	0.313	−0.213	−0.314	0.444	1.000	−0.091	0.517	−0.008
K	0.457	0.245	0.195	−0.564	0.644	0.620	−0.224	−0.091	1.000	−0.403	0.401
Zn	−0.872	0.093	0.115	0.813	−0.685	−0.811	0.738	0.517	−0.403	1.000	−0.393
Cu	0.744	0.134	0.262	−0.689	0.822	0.720	−0.462	−0.008	0.401	−0.393	1.000

 

Таблица 6. Корреляционная матрица параметров функциональности растений (p < 0.050, n = 18)

Показатель	Культура	Лигногумат	Удобрение	Биомасса сырая	Содержание
					нитратов	хлорофилла а	хлорофилла б	кароти- ноидов	Активность каталазы
Культура	1.000	0.000	0.000	0.901	−0.914	0.958	0.951	0.996	0.992
Лигногумат	0.000	1.000	0.816	0.131	0.030	0.079	−0.100	0.029	0.006
Удобрение	0.000	0.816	1.000	0.161	−0.023	0.124	−0.144	0.044	0.031
Биомасса сырая	0.901	0.131	0.161	1.000	−0.806	0.920	0.831	0.915	0.918
Содержание
нитратов	−0.914	0.030	−0.023	−0.806	1.000	−0.900	−0.838	−0.917	−0.920
хлорофилла а	0.958	0.079	0.124	0.920	−0.900	1.000	0.837	0.980	0.982
хлорофилла б	0.951	−0.100	−0.144	0.831	−0.838	0.837	1.000	0.923	0.913
каротиноидов	0.996	0.029	0.044	0.915	−0.917	0.980	0.923	1.000	0.998
Активность каталазы	0.992	0.006	0.031	0.918	−0.920	0.982	0.913	0.998	1.000

 

При помощи прямого пошагового дискриминантного анализа были отобраны следующие наиболее значимые факторы, влиявшие на качество растительной продукции: биология культуры, прием удобрения, содержание элементов (азота, фосфора, калия, меди), применение лигногумата и содержание нитратов. Методами множественной регрессии установлено, что на накопление сырой биомассы основное влияние оказывал фактор биологии культуры – 37% (критерий F = 15.999 > > F_кр = 8.9, p < 0.00018). Результаты анализа различий эффектов на основе статистики лямбда Уилкса показали, что главными переменными между вариантами опыта были биология растения, базовое удобрение (NPK) и лигногумат (критерий лямбда Уилкса составил 0.02748, критерий F = 18.25 > F_{кр =} = 3.69, p < 0.0013).

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что для салата листового (однолетней зеленной культуры) самым эффективным способом удобрения было совместное корневое и листовое внесение лигногумата. Для лекарственной многолетней культуры – мяты перечной применение лигногумата не оказало значимого действия на накопление дополнительной биомассы. Показано, что при выборе способов применения и типа удобрения было существенным влияние биологии культуры.
2. Установлено, что листовая подкормка лигногуматом и его корневое внесение формировало дефицит меди и цинка в листьях как зеленной культуры, так и лекарственного растения. Необходимо для улучшения качества получаемой растительной продукции дополнительно с внесением лигногумата применять хелатные формы микроэлементов с медью и цинком.
3. Сочность листьев и накопление влаги в салате и мяте зависело от содержания в торфяном субстрате соединений цинка, что подтверждал высокий положительной коэффициент корреляции между биологической влагой и дефицитом данного микроэлемента (r = 0.8123, p < 0.050).
4. Показано, что листовая обработка лигногуматом мяты снижала содержание нитратов в растениях. Для зеленных культур на примере салата корневое и совместное с корневым листовое внесение лигногумата существенно увеличивало содержание нитратов (превышение ПДК нитратов в 2.5–4.6 раза).
5. Листовое внесение лигногумата увеличивало содержание хлорофиллов а и б в листьях салата. В варианте с листовой обработкой лигногуматом в комбинации с хелатными МЭ отмечено наименьшее содержание каротиноидов в салате, что характеризовало продолжительный период активного роста культуры. Для многолетнего растения мяты перечной реакция пигментного комплекса была менее выраженной.
6. Самую низкую активность фермента каталазы отмечали в листьях салата в варианте совместного внесения (корневого и листового) лигногумата в комбинации с хелатными удобрениями меди и цинка. Данный фермент является природным биокатализатором, низкое содержание которого характеризует оптимальные условия для роста растений.

Выражаем благодарность коллегам отдела патологии садовых и декоративных культур ВНИИ фитопатологии: заведующей отделом патологии декоративных и садовых культур к. б. н. Серой Лидии Георгиевне и научному сотруднику Калембет Ирине Николаевне за помощь в подготовке посадочного материала (черенков мяты перечной), необходимого для проведения исследования.

 

***

Исследование выполнено в рамках совместной темы НИР на 2021–2025 гг. лаборатории корневого питания и качества растений и лаборатории агроэкологии факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова “Разработка и оценка комплекса инновационных агрохимических препаратов, мелиорантов, регуляторов роста в условиях агро-, техногенеза и городской среды”.

About the authors

E. B. Pashkevich

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Author for correspondence.
Email: pashkevich05@list.ru
Russian Federation, Leninskie gory 1, bld. 12, GSP-1, Moscow 119991

G. E. Larina

AllRussian Scientific Research Institute of Phytopathology

Email: pashkevich05@list.ru
Russian Federation, ul. Institute, posses. 5, Moscow region, Odintsovo district, r. p. Bolshye Vyazemy 143050

M. V. Parachina

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Email: pashkevich05@list.ru
Russian Federation, Leninskie gory 1, bld. 12, GSP-1, Moscow 119991

References

Supplementary files