Способ повышения биологической ценности зерна яровой пшеницы при возделывании на дерново-подзолистых суглинистых почвах

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ НА ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ(71) Заявитель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(72) Авторы Михайловская Наталья Алексеевна Лапа Виталий Витальевич Черныш Андрей Феликсович Тарасюк Елена Генриховна(73) Патентообладатель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(56) Современные ресурсосберегающие технологии производства растениеводческой продукции в Беларуси. Сб. научных материалов. - Минск ИВЦ Минфина, 2007. - С. 128-138.9646 1, 2007.2348137 2, 2009.1828088 1, 1995.2084431 1, 1997.1174826 , 1998.1504440 , 2004.(57) Способ повышения биологической ценности зерна яровой пшеницы при возделывании на дерново-подзолистых суглинистых почвах, включающий внесение в почву минеральных и органических удобрений, отличающийся тем, что вносят минеральные удобрения в дозе 70-906070-90 и навоз в дозе 30 т/га и посевы обрабатывают в начале вегетации на стадии 10 по шкале Цадокса бактериальным удобрением Калиплант из расчета 1 л удобрения, растворенного в 150-200 л воды, на 1 га посевов. Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности, связано с применением органических, минеральных и бактериальных удобрений при возделывании яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в том числе эродированных, и может быть использовано в сельском хозяйстве. Яровая пшеница является одним из основных источников продовольственного зерна. Доля яровой пшеницы в структуре посевных площадей республики постоянно возрастает. Наряду с повышением урожайности в настоящее время приоритетное внимание уделяется качеству зерна продовольственного назначения 1. Особую актуальность проблема повышения качества зерна приобретает при возделывании яровой пшеницы на эродированных почвах, которые занимают 8,4 от общей площади пашни в Беларуси 2. Развитие эрозионных процессов вызывает не только снижение урожайности, но и значительно ухудшает качество продукции зерновых культур. 14192 1 2011.04.30 При разработке способов повышения качества зерна необходимо использовать современные достижения биотехнологии. Рациональное сочетание органических, минеральных и бактериальных удобрений позволит активизировать биологические механизмы питания и стимуляции роста растений, что является необходимым условием получения качественной продукции. Разработанное в Институте почвоведения и агрохимии бактериальное удобрение Калиплант на основе штаммаБИМ В-376 Д 3 улучшает калийное 3 и фосфатное 4 питание за счет мобилизации почвенных запасов этих элементов, а также является эффективным стимулятором роста зерновых культур. Известно, что основным агрохимическим приемом повышения урожайности и качества яровой пшеницы является применение органоминеральной системы удобрения. Рекомендованные дозы азотных удобрений составляют в среднем 80 кг/га, дозы фосфорных и калийных удобрений дифференцируются в зависимости от содержания 25 и 2 в почве. Для дерново-подзолистых суглинистых почв рекомендуемые дозы фосфорных удобрений составляют 55-70 кг/га, калийных удобрений - 70-90 кг/га (в том числе эродированных) 5. При этом наибольшее внимание традиционно уделяется азотным удобрения. В то же время основным условием регулирования качества продукции является сбалансированное минеральное питание, особенно в критический период в начале вегетации. Важно исключить дефицит калия и фосфора в критический период, когда корневая система еще слабо развита и не может полноценно использовать эти элементы из почвы. Следует отметить,что в отличие от азотных калийные и фосфорные удобрения быстро взаимодействуют с суглинистой почвой, переходя в менее доступные для растений формы, что также может быть причиной дефицита калия и фосфора в начале вегетации. Отрицательное влияние недостатка этих элементов в начале вегетации на качество продукции невозможно устранить последующими подкормками калийными и фосфорными удобрениями. Калий и фосфор - основные биогенные элементы, осуществляющие ключевые физиологические и биохимические функции в растительной клетке. Калий активизирует деятельность ферментных систем, участвующих в биосинтезе белка, повышает скорость усвоения азота, снижает содержание нитратов, играет критическую роль в росте меристемы, регулирует водный статус растений, повышает фотосинтетическую активность и т.д. 6. Следует также отметить, что на единицу формирования урожая растения потребляют значительно больше калия, чем других элементов минерального питания 6. При дефиците калия отмечаются существенные нарушения обмена веществ у растений, приводящие к снижению их продуктивности и качества урожая. Фосфор входит в состав жизненно важных органических соединений, нуклеопротеидов, нуклеиновых кислот, является носителем энергии в клетке, играет важную роль в процессах обмена в клетке и в биосинтезе белка. При дефиците фосфора в тканях растений накапливается нитратный азот, а синтез белков замедляется 7, что вызывает ухудшение качества урожая и снижает продуктивность зерновых культур. Целью изобретения является повышение биологической ценности зерна яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в том числе эродированных. Для этого необходимо устранить дефицит калия и фосфора в критический период и повысить адаптивный потенциал растений. Применение многофункциональных бактериальных удобрений может решить эту проблему. Наиболее близким техническим решением является технология возделывания яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах, включающая применение органоминеральной системы удобрения 5. Рекомендуемая доза азотных удобрений составляет в среднем 80 кг/га, дозы фосфорных и калийных удобрений дифференцируются в зависимости от содержания 25 и 2 в почве. Для почв, на которых проведены наши 14192 1 2011.04.30 исследования, рекомендуемые дозы фосфорных удобрений составляют 55-70 кг/га, калийных удобрений 70-90 кг/га 5. Цель достигается за счет включения в систему удобрения яровой пшеницы дополнительного элемента обработки посевов бактериальным удобрением Калиплант в начале вегетации (ст. 10 по Цаддоксу). Многофункциональность Калипланта дает возможность активизировать биологические механизмы калийного и фосфатного питания, позволяет обеспечить развивающиеся растения физиологическими количествами калия и фосфора, а также гарантирует значительный гормональный эффект. Оптимизация калийного и фосфатного питания биологическими методами при рациональном сочетании с органоминеральной системой удобрения является важнейшим фактором формирования высокого качества растениеводческой продукции. Поставленная задача решается тем, что предложен способ повышения биологической ценности зерна яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах. Способ заключается в том, что посевы яровой пшеницы, возделываемой на фоне органоминеральной системы удобрения 70-906070-9030 т/га навоза, в начале вегетации (ст. 10 по Цаддоксу) обрабатывают рабочей смесью бактериального удобрения Калиплант, состоящей из 1 л концентрированного раствора бактериального удобрения и 150-200 л воды из расчета на 1 га. Предлагаемый способ позволяет активизировать биологические механизмы калийного и фосфатного питания, а также стимулировать рост корневой системы в критический период развития растений, что в совокупности приводит к улучшению аминокислотного состава белка и повышает биологическую ценность зерна. Применение предлагаемого способа позволяет снизить дозы калийных удобрений и не требует повышения доз фосфорных удобрений по сравнению с прототипом. Предлагаемый способ обеспечивает повышение биологической ценности зерна яровой пшеницы при ее возделывании на всех элементах склона как на неэродированной, так и на эродированных почвах. Как правило, наилучшие показатели отмечаются на эродированных почвах, что свидетельствует также об антистрессовом действии Калипланта. Аргументом в пользу применения Калипланта на почвах, подверженных эрозионной деградации, является усиление почвозащитных функций, связанное с формированием более развитой корневой системы. Целесообразность применения бактериальных удобрений обусловлена также экологическими и экономическими преимуществами - абсолютной безопасностью для человека,животных и окружающей среды, невысокой стоимостью и значительной экономической эффективностью. Для получения концентрированного препарата бактерии выращивают на силикатном агаре при 28 С в течение 3-х суток, затем смывают стерильной водой и разводят до достижения титра 108-109 кл/мл. Для оптимизации условий культивирования бактерий в состав силикатного агара нами введена модифицирующая добавка 1 (0,4 мелассы). Состав модифицированного силикатного агара агар-агар - 2,0 , сахароза - 0,5 ,(4)24 - 0,1 , 24 - 0,2 , 4 - 0,05 , 3 - капля 1 раствора, калийалюмосиликат - 0,1 и 0,4 мелассы на 100 мл среды. Включение Калипланта в систему удобрения яровой пшеницы компенсирует дефицит калия и фосфора в критические периоды развития растений, за счет гормонального эффекта повышает их адаптивные возможности в отношении минерального и водного питания, оказывает почвозащитное, а также антистрессовое действие при неблагоприятных условиях. Эффективность предлагаемого решения подтверждена в полевых экспериментах, рассмотренных в примерах 1 и 2. Пример 1. Исследования проведены в стационарном полевом опыте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, сформированной на мощных моренных суглинках (СПК Межаны Браславский р-н). Эффективность способа изучена на неэродированной (водораздел),3 14192 1 2011.04.30 средне- и сильноэродированной почвах. Дозы минеральных удобрений 70-906070-90. В 2004 возделывали яровую пшеницу Контесса, в 2006 и 2007 - яровую пшеницу Рассвет. Повторность в опыте четырехкратная. Для обработки посевов в начале вегетации (стадия 10 по Цаддоксу) использовали рабочую смесь (в расчете на 1 га) 1 л концентрированного раствора Калипланта 150-200 л воды. Бактерии выращивали на модифицированном силикатном агаре (см. выше) при 28 С в течение 3-х суток, затем смывали стерильной водой и доводили до титра 108-109 КОЕ/мл. Обработка посевов Калиплантом на фоне органоминеральной системы удобрения 70-906070-9030 т/га навоза обеспечивала прибавки урожайности зерна двух сортов яровой пшеницы (Контесса и Рассвет) на всех элементах склона. Наибольший уровень урожайности и прибавок от Калипланта получен в 2004, что было обусловлено благоприятными метеоусловиями. В течение 3-х лет исследований наибольшие прибавки от Калипланта отмечали на сильноэродированной почве 3,6-5,0 ц/га. На неэродированной и среднеэродированной почвах прибавки урожайности также были статистически достоверными и варьировали в пределах 2,7-4,9 ц/га зерна(табл. 1). Таблица 1 Влияние Калипланта на урожайность яровой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве на мощных моренных суглинках (2004, 2006, 2007) Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га Почва Контроль Калиплант 906090 навоз (Контесса, 2004) Неэродированная 52,1 57,0 4,9 Среднеэродированная 51,4 55,4 4,0 Сильноэродированная 45,5 50,9 5,4 05 фактор А (почва) - 1,2 фактор В (Калиплант) - 0,8 806090 навоз (Рассвет, 2006) Неэродированная 33,2 36,7 3,5 Среднеэродированная 25,4 28,5 3,1 Сильноэродированная 19,5 24,5 5,0 05 фактор А (почва) - 2,9 фактор В (Калиплант) - 1,8 706070 навоз (Рассвет, 2007) Неэродированная 49,9 52,9 3,0 Среднеэродированная 37,9 40,6 2,7 Сильноэродированная 35,2 38,8 3,6 05 фактор А (почва) - 2,14 фактор В (Калиплант) - 1,52 Рассчитана экономическая эффективность применения Калипланта при возделывании двух сортов яровой пшеницы. Наиболее высокие экономические показатели получены в 2004 и 2006 на сильноэродированной почве чистый доход на 1 га достигал 43,4-48,2 ,рентабельность - 156-167(табл. 2-4). В 2007 лучшие экономические показатели получены на среднеэродированной почве, однако на сильноэродированной почве применение Калипланта было также экономически обосновано чистый доход на 1 га - 26,3 , рентабельность - 105(табл. 2-4). 14192 1 2011.04.30 Таблица 2 Экономическая эффективность Калипланта при возделывании яровой пшеницы Контесса (906090 навоз, 2004) Урожай- Прибавка Стоимость Всего Чистый Рентаность прибавки затрат доход с 1 бельПочва Вариант га ность ц/га Неэродиро- Контроль 52,1 ванная Калиплант 57,0 4,9 69,9 27,7 42,2 152 Среднеэро- Контроль 51,4 дированная Калиплант 55,4 4,0 57,0 25,8 31,2 121 Сильноэро- Контроль 45,5 дированная Калиплант 50,9 5,4 77,0 28,8 48,2 167 Таблица 3 Экономическая эффективность Калипланта при возделывании яровой пшеницы Рассвет (806090 навоз, 2006) Контроль Калиплант Контроль Калиплант Контроль Калиплант Всего Чистый Рентазатрат доход с 1 бельга ность Таблица 4 Экономическая эффективность Калипланта при возделывании яровой пшеницы Рассвет (706070 навоз, 2007) Чистый РентаВсего доход с 1 бельзатрат Почва Вариант га ность ц/га Неэродиро- Контроль 49,9 ванная Калиплант 52,9 3,0 42,8 23,7 19,1 81 Среднеэро- Контроль 37,9 дированная Калиплант 40,6 2,7 52,8 23,1 29,7 129 Сильноэро- Контроль 35,2 дированная Калиплант 38,8 3,6 51,3 25,0 26,3 105 Важнейшими показателями качества зерна являются содержание белка и его аминокислотный состав, которые служат основой для расчета биологической ценности продукции 8. Расчетные методы позволяют сравнивать аминокислотный состав белка полученной продукции с содержанием аминокислот в эталонных белках (белок куриного яйца или эталонный белок ФАО/ВОЗ). Это позволяет сопоставлять биологическую ценность полученной продукции с нормами, рекомендуемыми Всемирной организацией здравоохранения и Комитетом по продовольствию ООН (ФАО/ВОЗ). Урожайность 14192 1 2011.04.30 Содержание критических и незаменимых аминокислот (треонина, валина, метионина,фенилаланина, изолейцина, лейцина, лизина) определено на аминокислотном анализаторе 1100. Установлено, что применение Калипланта на фоне 9060100 навоз способствовало улучшению качества зерна яровой пшеницы Рассвет по содержанию незаменимых аминокислот. Статистически достоверное повышение содержания семи вышеперечисленных аминокислот отмечено на неэродированной, среднеэродированной и сильноэродированной почвах (табл. 5). Таблица 5 Содержание аминокислот в зерне яровой пшеницы Контесса Неэродированная Контроль 3,26 4,80 1,91 4,93 3,52 6,73 1,88 Калиплант 3,54 5,28 2,13 5,45 3,91 7,54 2,04 Среднеэродированная Контроль 3,37 4,94 1,98 5,04 3,62 6,89 1,92 Калиплант 3,78 5,60 2,30 5,79 4,14 7,91 2,17 Сильноэродированная Контроль 3,39 4,90 1,98 5,35 3,94 7,82 2,49 Калиплант 3,51 5,20 2,14 5,80 4,24 8,37 2,66 05 0,17 0,27 0,11 0,29 0,14 0,35 0,13 По содержанию незаменимых и критических аминокислот в белке вычисляли аминокислотный скор и химическое число. Аминокислотный скорхарактеризует содержание аминокислот в белке по отношению к требованиям ФАО/ВОЗ (аминокислотная шкала ФАО/ВОЗ). Химическое числохарактеризует содержание аминокислот в белке зерна по отношению к идеальному белку (цельное яйцо). Применение предлагаемого способа приводило к улучшению биологической ценности зерна по всей почвенно-эрозионной катене. Наибольший положительный эффект отмечен в условиях среднеэродированной почвы химическое число повышалось на 6 по критическим аминокислотам и на 8 по незаменимым аминокислотный скор критических аминокислот - на 8 и незаменимых - на 11 на неэродированной почве химическое число повышалось на 3 и 5 , аминокислотный скор - на 3 и 7 соответственно. В условиях сильноэродированной почвы показатели биологической ценности зерна яровой пшеницы повышались на 2-4(табл. 6). Таблица 6 Биологическая ценность белка зерна яровой пшеницы Контесса Химическое число,Аминокислотный скор,АКкр АКн АКкр АКн Контроль 43 57 58 74 Неэродированная Калиплант 46 62 61 81 Контроль 44 58 59 76 Среднеэродированная Калиплант 50 66 67 87 Контроль 47 62 63 81 Сильноэродированная Калиплант 50 65 65 85 Примечания АКкр - критические аминокислоты (лизин, треонин, метионин). АКн - незаменимые аминокислоты (лизин, треонин, метионин, валин, изолейцин, лейцин, фенилаланин). Почва 14192 1 2011.04.30 Установлено положительное влияние предлагаемого способа на аминокислотный состав белка зерна яровой пшеницы, в особенности на среднеэродированной почве. По биологической ценности белок зерна, выращенного с применением предлагаемого способа, в большей степени соответствует требованиям ФАО/ВОЗ. Аминокислотный скор критических аминокислот в зависимости от степени эродированности почвы варьировал в пределах 61-67 , незаменимых - в пределах 81-87 . Пример 2. Определены характеристики качества зерна яровой пшеницы Рассвет, возделывавшейся в 2006 и 2007. Обработка посевов Калиплантом на фонах 70-806070-90 навоз приводила к улучшению аминокислотного состава белка и увеличению суммы незаменимых и критических аминокислот на всех элементах склона (табл. 7, 8). Следует отметить,что в 2006 применение предлагаемого способа на сильноэродированной почве позволило очень существенно улучшить качество зерна и достичь показателей, полученных на неэродированной почве (табл. 7). На сильноэродированной почве химическое число по критическим аминокислотам повышалось на 8 , по незаменимым - на 3 , аминокислотный скор - на 11 и 5 , что было практически на уровне показателей качества на неэродированной почве. В условиях неэродированной почвы химическое число по критическим аминокислотам повышалось на 9 , по незаменимым - на 4 аминокислотный скор - на 12 и 5 соответственно (табл. 7). Расчет биологической ценности белка яровой пшеницы Рассвет показал благоприятное содержание незаменимых и критических аминокислот в белке бактеризованных растений как в сравнении с цельным куриным яйцом, так и с нормами ФАО/ВОЗ. Скор незаменимых аминокислот достигал 65-79(2006) и 72-89(2007) по отношению к шкале ФАО/ВОЗ (табл. 7, 8). Таблица 7 Биологическая ценность белка зерна яровой пшеницы Рассвет(Калиплантфон 806090 навоз, 2006) Химическое число,Аминокислотный скор,АКкр АКн АКкр АКн Неэродированная Контроль 35 50 46 65 Калиплант 44 54 58 70 Среднеэродированная Контроль 39 54 51 70 Калиплант 39 54 52 71 Сильноэродированная Контроль 38 54 50 70 Калиплант 46 57 61 75 Примечания АКкр - критические аминокислоты (лизин, треонин, метионин). АКн - незаменимые аминокислоты (лизин, треонин, метионин, валин, изолейцин, лейцин, фенилаланин). Таблица 8 Биологическая ценность белка зерна яровой пшеницы Рассвет(Калиплант 706070 навоз, 2007) Химическое число,Аминокислотный скор,Почва Вариант АКкр АКн АКкр АКн Неэродированная Контроль 52 56 69 72 Калиплант 47 64 62 82 Слабоэродированная Контроль 54 68 63 84 Калиплант 49 68 71 89 Сильноэродированная Контроль 46 67 62 86 Калиплант 52 68 69 88 Почва 14192 1 2011.04.30 Примечания АКкр - критические аминокислоты (лизин, треонин, метионин). АКн - незаменимые аминокислоты (лизин, треонин, метионин, валин, изолейцин, лейцин, фенилаланин). Таким образом, предлагаемый способ совместного применения бактериального удобрения Калиплант на фоне органоминеральной системы удобрения 70-906070-90 навоз в начале вегетации является перспективным как для повышения урожайности яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах (в т. ч. эродированных), так и для повышения биологической ценности продукции по аминокислотному составу. Продукция,выращенная с использованием предлагаемого способа, по биологической ценности в большей степени соответствует требованиям ФАО/ВОЗ. Источники информации 1. Вильдфлуш И.Р., Цыганов А.Р., Лапа В.В., Персикова Т.Ф. Удобрения и качество урожая сельскохозяйственных культур. - Минск УП Технопринт, 2005. - С. 7-49. 2. Черныш А.Ф., Лапа В.В., Касьянчик С.А., Юхновец А.В., Устинова А.М., Дубовик А.Э., Чижиков Ю.А., Мандрик М.Л., Аношко В.С., Качков Ю.П. Проектирование противоэрозионных комплексов и использование эрозиошюопасных земель в разных ландшафтных зонах Беларуси. Рекомендации. РУП Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси / Под общ. ред. А.Ф. Черныша. - Минск, 2005. - 52 с. 3. Патент РБ 9646, 2007. 4. Михайловская Н.А., Миканова О., Барашенко Т.Б., Барашенко Т.В. Активность фосфатмобилизации у ризобактерий // Почвоведение и агрохимия. - 2007. -1(38). - С. 225-231. 5. Современные ресурсосберегающие технологии производства растениеводческой продукции в Беларуси. Национальная академия наук, РУП Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию. - Минск ИВЦ Минфина, 2007. - С. 128-138. 6. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. Практическое руководство. - М., 2000. - С. 13-18. 7. Кулаковская Т.Н. Применение удобрений. - Минск Урожай, 1970. - С. 86-88. 8. Богдевич И.М., Лапа В.В., Босак В.Н., Ивахненко Н.Н., Шмигельская И.Д., Путятин Ю.В. Рекомендации по определению биологической ценности белка сельскохозяйственных культур. - Минск, 2005. - С. 13-15. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8