Кремний в сельском хозяйстве [1984 Воронков М.Г., Кузнецов И.Г.

Открытие биологической активности соединений кремния создает широкие возможности их использования в сельском хозяйстве.

Мы уже говорили о том, что легкоусвояемые растениями неорганические соединения кремния сравнительно давно начали использоваться в растениеводстве.

Кремниевые удобрения широко применяются в Японии и других странах для повышения урожайности культуры риса. Кремнезем и силикаты стимулируют рост и созревание зерновых (рис, пшеница, ячмень, овес, кукуруза, просо и сорго), бобовых, картофеля, моркови, огурцов, подсолнечника, сахарного тростника, дынного дерева, хлопчатника, табака, тополя, трав и хвощей.

В качестве удобрения чаще всего применяются кремний содержащие шлаки и другие материалы. Используется также богатая кремнеземом вода, отходы переработки кремний концентрирующих растений (рис, бамбук и др.). В нашей стране в качестве кремниевого удобрения применяются силикатные бактерии, переводящие в усвояемую растениями форму почвенные кремнезем и синдикаты.

Еще одну возможность употребления неорганических соединений кремния в сельском хозяйстве нашел крымский агрохимик В. Пойченко. Он заметил, что виноград на песчаной почве не поражается страшнейшим для него вредителем - филлоксерой. Исходя из этого наблюдения, В. Пойченко предложил изолировать корни виноградных кустов кремнеземистым материалом, стекловолокном, стекловатой или стекловойлоком, что позволило не только защитить виноградники от филлоксеры, но и избавиться от ранее применявшихся трудоемких операций, таких как катаровка, удаление корней привоя и поросли подвоя.

Кремнийорганические соединения начали входить в сельскохозяйственную практику лишь в 1957 году, притом весьма в неожиданном направлении.

Американские ученые установили, что опрыскивание листьев растений водными эмульсиями полидиметилсилоксанов резко сокращает испарение влаги с их поверхности (вплоть до 70-90% в течение 7-10 дней), не препятствуя воздухообмену.

Использование таких кремнийорганических антитранспирантов препятствует потере воды самыми различными растениями (подсолнечник, сосна, ель, сахарный клен и рябина). Таким образом удалось найти возможность предохранения растений от засухи.

Опрыскивание полидиметилсилоксановыми эмульсиями почек задерживает цветение растений, что позволяет защитить их от весенних заморозков.

В некоторых случаях использование кремнийорганических антитранспирантов (уменьшающих испарение влаги с поверхности листьев), например опрыскивание ими хвойных пород, приводит к нежелательным последствиям. Так, они задерживают рост новых иголок, снижают содержание в последних хлорофилла и даже вызывают гибель растений.

В ИрИОХ в 1971 году впервые в мировой практике начаты широкие исследования возможностей использования кремнийорганических биостимуляторов в сельском хозяйстве. Особое значение среди них имеют рассмотренные в предыдущем разделе силатраны, обладающие широким спектром физиологического действия на все живые организмы.

К числу наиболее интересных и практически важных в этом отношении силатранов принадлежат мивал и мигуген.

Широкий диапазон действия мивала, мигугена и других силатранов позволяет с успехом использовать их в самых различных отраслях сельскохозяйственной практики. Это иллюстрируется нижеприведенным данными, полученными многими научными коллективами.

Замачивание перед посевом семян хлопчатника, пшеницы, овса, кукурузы, гороха, сои, томатов, редиса, винограда и других культур в 0,01-0,001 %-ных растворах мивала ускоряет их прорастание, повышает жизнеспособность и урожайность. Сходный эффект дает опрыскивание растений растворами мивала в период образования бутонов, а также при внесении мивала в почву. Однако эти методы оказываются экономически менее выгодными.

Проведенные У. Н. Мадраимовым (ВНИИ хлопководства, Ташкент) в 1975-1980-е годы широкие исследования влияния мивала на всхожесть семян, рост, развитие и урожайность хлопчатника (сорта Ташкент-1 и 108-ф) в условиях вегетационных опытов и полевых испытаний показали перспективность использования этого препарата в хлопководстве.

При неблагоприятных погодных условиях в хлопковом поясе СССР (длительное понижение температуры, сильные дожди) почти повсеместно семена хлопчатника в большей или меньшей мере загнивают, а всходы поражаются гоммозом и корневой гнилью (вилтом). При низкой температуре окружающей среды и сильном увлажнении почвы растения запаздывают в развитии и не дают высоких урожаев. Все это заставляет производить подсев и пересев хлопчатника на больных площадях. Вредное влияние неблагоприятных погодных условий удается в значительной степени предотвратить путем предпосевной обработки семян 0,005-0,02% -ными водными растворами мивала. При этом всхожесть оказывается на 15-20% выше, чем в контроле, всходы появляются на 30-40 часов раньше, а общий урожай хлопка-сырца возрастает на 12%.

В 1977 году в колхозе имени XXI партсъезда Янгиюльского района Ташкентской области проведены производственные испытания мивала на 20 га хлопковых плантаций. Семена хлопчатника перед посевом замачивались в 0,005%-ном водном растворе мивала. Такая обработка ускорила всхожесть хлопчатника, значительно усилила его корневую систему и предотвратила появление корневой ГНИЛИ. В то же время на контрольном участке на других полях колхоза наблюдалось сильное поражение хлопчатника гнилью.

Предпосевная обработка семян мивалом также повысила густоту растений (до 40 тысяч штук на 1 га), на 2-3 дня ускорила цветение и повысила урожай на 5,2-

Дальнейшее практическое использование (впервые в мировой практике хлопкосеяния) предпосевной обработки семян раствором млвала на полях колхозов Янгиюльското района в 1979 году в крайне тяжелых погодных условиях позволило сократить семенной фонд, улучшить качество хлопка-сырца и повысить его урожай с 33 до 35,2 ц с 1 га.

Фирма "American Cyanamid Со" (США) подтвердила эффективность использования мивала в хлопководстве.

Аналогичный эффект дает предпосевная обработка семян хлопчатника растворами мигугена. Производственные испытания этого препарата в колхозе имени С. М. Кирова Гурленского района Хорезмской области на площади 20 га показали, что предпосевная обработка семян хлопчатника (сорт Ташкент-1) ускоряет раскрытие коробочек на 5-7 дней и увеличивает их количество на 2-4 штуки. Прибавка урожая хлопка-сырца составила 3,8 ц с 1 га.

По данным В. Я. Тихомировой (ВНИИ льна, Торжок) 1974-1976-х годов, опрыскивание льна в период его роста и интенсивного формирования волокна в стеблях 0,05-0,5% -ным водным раствором мивала как при засушливой, так и при дождливой погоде положительно влияет на качество льнопродукции.

В 1979 году в совхозе "Ангарский" (с. Баклаши Иркутской области) ученые ИрИОХ провели полевые испытания мивала на культурах пшеницы, кукурузы и картофеля. Семена пшеницы и кукурузы обрабатывались перед посевом 0,01%-ным водным раствором мивала. В результате урожай зерен пшеницы с 1 м2 возрос на 17%. Обработка семян кукурузы 0,01%-ным раствором мивала позволила повысить урожай на 60%).

Предпосевная обработка семян овса 0,01%)-ным раствором мивала повысила урожай зерен с одного колоса с 6,1 до 20 г.

При посадке картофеля в лунку вместе с клубнем вводился литр 3,10 -4%-ного раствора мивала. В результате урожай картофеля повысился на 38,5 %.

Исследования фирмы "American Cyanamid Со" показали, что предпосевная обработка семян сои 0,1 % -ным раствором мивала в хлористом метилене значительно повышает их всхожесть при низких температурах.

По данным иркутских ученых, у 10-дневных проростков гороха, выращенных на 0,01 % -ном растворе мивала, длина корня, его вес и высота стебля увеличиваются на 32, 25 и 33% соответственно.

При введении в полевых условиях под корни рассады томатов 200 мл 0,001 %-ного водного раствора мивала и последующем опрыскивании таким же раствором в период цветения и бутонизации ускоряется созревание томатов и повышается их общий выход более чем в 1,5 раза - за счет увеличения количества плодов. Правда, плоды томатов при этом имеют несколько меньший вес (на 12%).

Ялтинские ученые В. П. Бондарев и И. Г. Подлатов (ВНИИ виноделия и виноградарства "Магарач") показали, что опрыскивание листьев винограда растворами мивала повышает количество плодоносных побегов и соцветий, а также морозоустойчивость виноградной лозы. Так, например, декабрьские морозы, достигшие - 21 °С, вызвали гибель на виноградных кустах всех центральных почек. В то же время па кустах, обработанных 0,0002- 0,2 % -ным раствором мивала, сохранилась почти половина их.

Рассмотренные возможности использования мивала в качестве стимуляторов роста культурных растений свидетельствуют, что они, по-видимому, прямым или косвенным путем влияют на компоненты ядерных структур (нуклеиновых кислот, гистонов), ответственных за генетический аппарат клетки.

В практике растениеводства в качестве росторегулирующих средств широко используются гетероауксин (3-индолилуксусная кислота) и синтетические фитогормоны (α-ароксиалканкарбоновые кислоты). Чтобы изучить влияние присутствия силатранильной группировки в молекуле синтетических фитогормонов, в ИрИОХ получены силатранилалкиловые эфиры ароксиуксусяых и 3-индо- лилуксусных кислот и исследовано их действие на культуры тканей растений (табак, картофель, соя).

При этом установлено, что наличие в молекуле синтетического фитогормона силатранилметильной группировки либо продлевает его действие, либо облегчает транспорт ауксина через биомембраны.

Исследование влияния широкого ассортимента производных силатрана различного строения на культуры тканей растений позволило выявить некоторые из наиболее активных соединений.

Изучение действия силатранилметилового эфира 2-метилфеноксиуксусной кислоты и силатранилхолиниодида на рост и развитие томатов проведено в условиях тепличного хозяйства Восточной Сибири. Обработка томатов в теплице в период цветения водными растворами этих соединений привела к значительному увеличению количества и общего веса плодов (в 2-4 раза) и заметному сокращению сроков их созревания. Правда, при этом размеры томатов несколько уменьшились.

По'зарубежным данным, эффективными стимуляторами роста растений (томаты, цитрусовые, невея бразильская) являются кремнийорганические соединения, содержащие у атома кремния 2-галогенэтильную группировку типа XCH₂CH₂Si(OR)₂F, где Х = С1, Br, I; a F - алкокси-группа или углеводородный радикал. Биологическая активность этих соединений, по-видимому, обусловлена их способностью разлагаться с образованием этилена (^-распад). Так, например, обработка томатов 0,2%-ным раствором кремнийорганического ростового вещества с формулой ClCH2CH2Si(OCH2C6H4OCH3-4)3 в период созревания повышает урожай на 70%.

Соединения типа ClCH₂CH₂Si(OR)₃ увеличивают выход каучука из деревьев гевеи бразильской в течение семи недель на 160-190%.

Аналогичным действием обладают кремнийорганические соединения типа XCH₂CH₂SiR₃, где X = R₃N⁺, (RO)2PO и R₂S⁺. Все эти кремнийорганические соединения, содержащие группировку XCH₂CH₂Si^-, имеют ряд преимуществ перед широко применяемым фосфорорганическим стимулятором - этрелем. Они обладают меньшей токсичностью, большей активностью и продолжительностью действия, повышенной липофильностью, препятствующей смыванию препарата дождем. Кроме того, возможность широкого варьирования заместителя X и радикалов у атома кремния позволяет подобрать наиболее подходящий стимулятор для данного вида растений.

Способность некоторых силатранов стимулировать биосинтез белка привела к изучению их влияния на рост, развитие и, особенно, на продуктивность тутового и дубового шелкопрядов, поскольку шелковая нить, выделяемая гусеницами, имеет белковую природу (эти исследования проведены совместно с ИрИОХ сотрудниками Украинской сельскохозяйственной академии И. В. Вититневым, В. Ф. Дрозда и Н. Г. Шкарубой).

Рис. 7. Коконы тутового шелкопряда. а - в контроле; б - под влиянием мивала

Опрыскивание 0,2%-ным водным раствором силатранов трижды в сутки листьев шелковицы, служащих кормом гусениц, с начала третьего возраста до начала коко- нообразования, повышает их жизнеспособность, плодовитость, а также вес коконов, оболочек и шелконосность гусениц (на 17-21%). Влияние мивала на размер коконов тутового шелкопряда иллюстрируется рис. 7. Характерно, что он не понижает репродуктивную активность самок шелкопряда в отличие от других известных стимуляторов.

Значительная активация силатранами деятельности шелкоотделитедьных желез тутового шелкопряда сопряжена, наряду с интенсификацией роста всего тела, с увеличением веса шелкоотделительной железы. При этом относительный ее прирост несколько превосходит увеличение веса тела гусеницы.

Мигуген и мивал также увеличивают шелконосность коконов и вес шелковой оболочки дубового шелкопряда. Стимулирующее действие на гусениц тутового и дубового шелкопряда оказывают и другие силатраны. Значительное повышение веса шелковой оболочки (на 15- 27%) связано с увеличением содержания кремния в шелковой нити. Так, при скармливании гусеницам некоторых силатранов содержание его в оболочке возрастает до 0,016-0,020%, что на 100-180% выше, чем в контроле (0,007%). Это свидетельствует об участии кремния в стимулируемом силатранами биосинтезе белка при образовании шелковой нити. Мигуген значительно повышает количество белка и гемоцитов в гемолимфе дубового шелкопряда, то есть увеличивает запас резервных энергетических веществ в организме насекомых. Наряду с сильноразвитыми шелкоотделительными железами это предопределяет высокую шелкопродуктивность насекомых, выращенных с применением силатранов.

И. В. Вититнев и Н. Г. Шкаруба изучили влияние силатранов на домашних пчел. Эти насекомые подкармливались небольшими порциями сахарного сиропа, содержащего 0,1% силатранов (растворы с концентрацией ниже 1,5% при месячной ежедневной подкормке пчел не оказывают на них токсического действия). При этом значительно увеличивается продолжительность жизни пчел. Семьи пчел, кормленных силатранами, превышают контрольные но количеству насекомых в среднем на 31,9%. Вес тела и обножка пчел возросли на 2,8 и 4% соответственно.

По данным В. Ф. Дрозда, И. В. Вититнева, И. Г. Шкарубы и Л. А. Францевича, силатраны также могут найти применение при разведении птеромала куколочного. Это насекомое является паразитом многих видов чешуекрылых вредителей и используется для биологической борьбы с ними. Самки энтомофага (пожирателя насекомых), в корм которых вводилось 0,01% силатранов, откладывают на 14 21% больше яиц, чем в контроле. При этом сокращается продолжительность развития генераций на 2-3 дня и на 17-21% повышается способность паразита поражать куколки бабочек-белянок. Такой эффект, по-видимому, обусловлен возрастанием двигательной активности и агрессивности самок.

Рис. 8. Яйценоскость кур при добавлении в корм мивала. а - в предкладовый период; б - в начальный период яйцекладки; в - в период интенсивной яйцекладки

К. М. Катруш (Иркутский сельскохозяйственный институт) совместно с ИрИОХ СО АН СССР детально изучила влияние мивала на жизнедеятельность и продуктивность кур породы Леггорн кросс-288. При этом установлено, что мивал оказывает положительное влияние на физиологические процессы в организме кур, усиливая метаболические реакции, улучшая показатели белкового, липидного, углеводного и фосфорно-кальциевого обмена. При этом живой вес птиц возрастает на 3-13%. Особый интерес представляет способность мивала повышать продуктивность кур. У птиц, получавших этот препарат в начальный период яйцекладки (6 мес.) она увеличивается на 11%; в период интенсивной яйцекладки (8 мес) - на 6%, а в предкладовый период (5 мес)- на 31% (рис. 8). Кроме того, под влиянием мивала возрастает прочность скорлупы яиц.

Ф. Ф. Ибрагимов (Сельскохозяйственный институт, Оренбург) совместно с ИрИОХ показал, что при ежедневном скармливании мивала в дозах 5 и 20 мг/кг в течение месяца молодняку крупного рогатого скота прирост живой массы возрастает на 5-10%. Наблюдается также интенсификация процессов гликолиза, кроветворения и обмена минеральных веществ.

Одно из замечательных свойств мивала - его уже отмеченная нами способность интенсифицировать рост шерсти у ряда видов животных, не вызывая при этом никаких нежелательных побочных явлений. Так, при ежедневном введении в корм морских свинок этого препарата в дозе 10 мг/кг в течение 10 месяцев длина их шерсти увеличилась с 1,5-2,0 до 13-15 см.

По данным В. М. Помытко и А. И. Майорова (НИИ пушного звероводства и кролиководства, Московская обл.) и А. Т. Платоновой и Е. В. Бахаревой (ИрИОХ), мивал при скармливании кроликам и норкам в дозах 10-30 мг/кг также улучшает качество их шкурок и меха.

Все это убедительно свидетельствует о широких возможностях и экономической целесообразности использования силатранов в различных отраслях сельского хозяйства.