Разработка и оценка комплекса инновационных агрохимических средств, мелиорантов и регуляторов роста в условиях агро- , техногенеза и городской средыНИР

Development and evaluation of a complex of innovative agrochemical agents, ameliorants and growth regulators in the conditions of agro-, technogenesis and urban environment

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Научно-теоретическое обоснование агрохимического действия в реализации потенциальной продуктивности инновационных средств, получаемых путем направленной переработки растительных отходов и осадков сточных вод.
Результаты этапа: Настоящие исследования связаны с определением влияния инновационных агрохимических средств, стимуляторов и мелиорантов на комплекс показателей почвенного плодородия, продуктивность агроэкосистем и качество продукции сельскохозяйственных культур. В ходе исследований представлялось важным выявить наиболее эффективные варианты их использования в агроценозе на основе агрохимической, биохимической, экологической оценки. Целями этапа 2021 г. были: (1) оценка внесения в почву соевой мелассы и продуктов её компастирования с опилками бука (Fagus sylvatica L.) и сосны (Pinus sp.) как органического удобрения для ряда сельскохозяйственных культур (Hordeum vulgare L., Pisum sativum); (2) исследование воздействия биочара на агрохимические свойства почвы, рост и развитие растений мягкой пшеницы Triticum aestivum L.; (3) выбор оптимальных условий праймирования с использованием гуминовых веществ и наночастиц серебра. В ходе исследования обоснованы возможности применения соевой мелассы водной промывки как органического удобрения. Получены положительные результаты её использования как при внесении в почву, так и в случае фолиарной обработки. В сухой соевой мелассе определено высокое содержание макро- и микроэлементов, соотношение С/N равно 11,27. Эксперименты выполнены в фитотроне Почвенного института имени В.В. Докучаева, в регулируемых условиях (t – 22°С, интенсивность освещения – 10000 люкс), объем сосудов – 1 л, почва – поздол иллювиально-железистый супесчаный. Испытуемые культуры: горох (Pisum sativum), сорт «Амброзия» и ячмень (Hórdeum sp.), сорт «Михайловский». Таким образом, отходы сои (соевый шрот) могут использоваться в качестве органической добавки и источника биологически активных веществ. Установлено также, что меласса может быть использована в качестве катализатора процессов минерализации при компостировании опилок бука (Fagus sylvatica L.) и опилок сосны (Pinus sp.), её внесение повышает численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Максимально эффективным вариантом по скорости разложения целлюлозы оказался вариант с внесением мелассы и питательного раствора. Применение прокомпостированных опилок в дерново-подзолистую почву достоверно увеличивает в ней содержание органического углерода и фосфора вследствие улучшения физических свойств почвы и роста активности микроорганизмов, при этом урожай ячменя повышается в 2-3 раза. На основе исследования влияния биочара на агрохимические свойства почвы, рост и развитие растений мягкой пшеницы (Triticum aestivum L. сорта Радмира) был сделан вывод о целесообразности его внесения (5%) на дерново-подзолистой почве в сочетании с минеральными удобрениями. В использованном биочаре (ООО «Диан-Агро») установлено высокое валовое содержание таких макроэлементов, как калий, фосфор, сера и магний, а также микроэлементов − марганца, меди и цинка. Среди исследованных элементов особенно высокое содержание было характерно для калия. Благоприятное действие биочара на рост и развитие растений пшеницы наблюдали на протяжении всего времени эксперимента. В вариантах с биочаром, как без внесения NPK, так и с совместным внесением с минеральными удобрениями, констатировали увеличение высоты и биомассы растений. Биомасса растений ко времени окончания вегетационного опыта в опытном варианте (NPK + Биочар) в 6 раз превышала биомассу в контрольном варианте. Использование биоугля повысило агрохимические показатели почв: содержание фосфора (на 18 %), калия (на 62 %), аммония (на 18 %), органического углерода (на 32 %) и значения pH (на 0,4 единицы за 21 сутки). Таким образом, биочар фирмы ООО «Диан-Агро», Новосибирск является ценной добавкой к минеральным удобрениям и повышает биомассу, качество продукции, агрохимические свойства почвы и содержание питательных элементов в растениях пшеницы. Эффективность традиционных удобрений позволяют повысить стимуляторы роста растений, биологически активные вещества (БАВ), среди которых растет интерес к гуминовым веществам (ГВ) и нанопрепаратам. Исседования ГВ и наночастиц серебра (AgНЧ) в качестве праймирующих (инициация повышения скорости и равномерности прорастания семян) агентов позволили определить эффективные условия их использования для семян пшеницы. В широком диапазоне (0.1–2.0 г/л) исследуемых концентраций ГП (гумат калия фирмы Humintech, Германия) определены наилучшие условия праймирования семян редиса Raphanus raphanistrum subsp. sativus – концентрация 0.25–1.0 г/л, которые использованы для дальнейших экспериментов. Двухфакторный дисперсионный анализ, в котором в качестве первого фактора выступал вид праймирования, а второго – его продолжительность показал, что нанопраймирование более эффективно, чем ГП. Максимальный эффект был обнаружен для AgНЧ, стабилизированных карбоксиметилцеллюлозой и олеатом натрия, характеризующихся наибольшими размерами и наименьшими абсолютными значениями электрокинетического потенциала. Увеличение индекса жизнеспособности семян (ИЖ) подтверждает предположение, что применение наноматериалов для праймирования семян наиболее эффективно улучшает не только их прорастание, но и повышает стрессоустойчивость проростков. На основании экспериментов получены предварительные результаты по условиям праймирования семян пшеницы AgНЧ: температура 16°C, продолжительность 15 ч; концентрация 50 мг/л. Поставленные в исследовательской работе задачи выполнены полностью. В ходе исполнения обязательств получены соответствующие мировому уровню достоверные материалы.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Оценка безопасности продуктов переработки осадков сточных вод с использованием методов биотестирования.
Результаты этапа: Представленная работа связана с определением влияния инновационных агрохимических средств – продуктов осадков сточных вод на комплекс санитарноэкологических показателей в системе почва-растение-удобрение и качество продукции сельскохозяйственных культур. Перед использованием осадки сточных вод (ОСВ) подвергают обязательному обезвреживанию и тщательному анализу с целью подтверждения их безопасности. Однако постоянно расширяющийся список веществ, входящих в состав ОСВ и ряд других факторов, в частности, свойства самих осадков, а также отсутствие аттестованных методик анализа, серьёзно усложняют проведение оценки их безопасности. В ходе исследований была проведена оценка эффективных и безопасных способов использования ОСВ и методов контроля состояния загрязнённых объектов с использованием как химико-аналитических методов, так и подходов биотестирования. Целями этапа 2022 г. были: 1) обоснование возможности использования ОСВ в качестве удобрения; 2) оценка санитарно-эпидемиологических и химических показателей ОСВ и его продуктов; 3) оценка необходимости биологических методов контроля для безопасного применения в сельском хозяйстве агрохимикатов на основе ОСВ. Методы исследования: вегетационные опыты, химико-аналитические методы изучения почв и растений, методы биотестирования, статистические методы. Результаты: выполнен анализ основных нормативных документов, разработанных и утвержденных различными ведомственными структурами, регламентирующих процедуру использования продуктов на основе ОСВ. В ходе исследования обоснованы возможности применения продуктов ОСВ в качестве удобрения. Проведена комплексная оценка ОСВ трех очистных сооружений, работающих по разным технологическим схемам. Определены основные агрохимические показатели осадков, содержание тяжёлых металлов и санитарно-эпидемиологические показатели. Рассмотрена необходимость биологического подхода (использование живых организмов) для экологического контроля продуктов ОСВ как способа оценки общей токсичности всех компонентов системы. В качестве тестовых организмов использовались Daphnia magna Straus, Paramecium caudatum Ehrenberg, Tetrahymena pyriformis, люминесцентные бактерии Escherichia coli. Кроме того, было проведено элюатное фитотестирование на культурах Avena sativa L. (ингибирование тест-показателя – 17%) и Raphanus sativus L. (ингибирование тестпоказателя – 13%). Вышеперечисленные тесты выявили невысокую токсичность продукта ОСВ. Его безопасность подтверждена низким содержанием потенциально токсичных водорастворимых элементов – (мкг/л): Al – 980; Ba – 19; B – 140; Cd – 0,5; Cu – 61; As – 57; Ni – 200; Hg – <0,5; Pb – 1,4; Se – <0,5; Sr – 302; Cr – 18; Zn – 310; Co - 30; Br – 745; Mo – 56; Sb – 9,2; (мг /л): Fe – 3,9. В связи со спецификой продуктов ОСВ обращение к фитотестированию является методически обоснованным подходом, полученные результаты с использованием почвы или субстрата, обеспеченного основными питательными элементами в качестве контроля, позволяют повысить чувствительность метода. При его использовании установлено ингибирование тест-показателя, которое соответствует: 26% для роста длины главного корня тест-культуры Avena sativa L., 20% – для роста корня Raphanus sativus L. Рассмотрена возможность использования нового методического приёма биотестирования с тест-культурой Enchytraeus albidus, который позволяет определить характер химического гетерогенного загрязнения, при помощи антидотов для адаптации культуры к специфическому поллютанту. Пул методов по определению угнетающего эффекта, вызванного комплексом компонентов, содержащимся в ОСВ, лежит в области экотоксикологии. Он явился основанием для анализа, в ходе которого обоснованы и рекомендованы перспективные методы для изучения воздействия ОСВ на объекты окружающей среды (ООС). Область применения: области, связанные с получением (1) сельскохозяйственной экологически безопасной продукции, (2) инновационных агрохимических средств, стимуляторов и мелиорантов. Поставленные в ходе выполнения работы задачи выполнены полностью. В ходе исполнения обязательств получены соответствующие мировому уровню материалы и сделано следующее заключение: Показано, что в соответствии с существующими требованиями (пунктом 4.3 ГОСТ Р 17.4.З.07-2001) показатели ОСВ ряда городских очистных сооружений (Курьяновская очистная станция, станция Южное Бутово, станция Сергиев Посад) превышают допустимые для группы II значения, но при этом по химическому составу соответствуют 4-му классу опасности, т. е. их можно отнести к малоопасным отходам. Они могут использоваться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления их рекультивации или подлежат размещению на специально обустроенных полигонах. В результате выполненных экотоксикологических экспериментов для обоснования использования продукта ОСВ в сельскохозяйственной практике было показано, что максимально эффективными тест-системами в комплексе испытуемых тестов явились инфузории Paramecium caudatum и Tetrahymena pyriformis, с помощью которых можно выявить токсичность в диапазоне от 13 до 67%, в зависимости от вытяжки исследуемого материала. Другим информативным методом явилось фитотестирование с использованием Avena sativa L. и Raphanus sativus L., который позволяет установить токсический эффект продукта ОСВ. Выбор протокола исполнения метода (элюатный или контактный), а также выбор контроля в каждом конкретном случае требует научного и практического обоснования с учетом характеристики объекта его применения. Повысить информативность оценки химического состава гетерогенного отхода ОСВ позволяют результаты проведённых экспериментов для оценки токсичности с использованием энхитреид. Постоянная актуализация и систематизация существующих методов позволяет более профессионально и полно выполнить поставленные задачи по экотоксикологическому контролю.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Изучение роли новых удобрений пролонгированного действия, микроэлементов, мелиорантов и гуминовых биопрепаратов в агроценозах и городских ландшафтах в управлении продуктивностью, качеством и защите растений от стрессовых факторов.
Результаты этапа: В настоящее время актуальным является поиск новых подходов и материалов в области сельского хозяйства для повышения его эффективности и устойчивости. Одним из развивающихся направлений в этой области является изучение возможности улучшения ростовых показателей семян, и, как следствие, повышение урожайности. Праймирование представляет собой перспективный агротехнический прием, позволяющий стимулировать рост растений на ранних этапах развития, в том числе в условиях абиотических стрессов. Поэтому в последнее время ведется поиск новых праймирующих агентов, среди которых большой интерес вызывают природные стимуляторы роста и инженерные наночастицы. Целью выполнения этапа НИР в 2023 г. было изучение роли новых удобрений пролонгированного действия, микроэлементов, мелиорантов и гуминовых биопрепаратов в агроценозах и городских ландшафтах в управлении продуктивностью, качеством и защите растений от стрессовых факторов. Выполнение этапа является продолжением работ по НИР «Разработка и оценка комплекса инновационных агрохимических средств, мелиорантов и регуляторов роста в условиях агро- , техногенеза и городской среды», в рамках которого ранее были исследованы другие инновационные агрохимические средства, такие как соевая меласса, биочар (отчет за 2021 г. «Научно-теоретическое обоснование агрохимического действия в реализации потенциальной продуктивности инновационных средств, получаемых путем направленной переработки растительных отходов и осадков сточных вод») и осадки сточных вод (отчет за 2022 г. «Оценка безопасности продуктов переработки осадков сточных вод с использованием методов биотестирования»). В рамках поставленной цели основным направлением проведения исследований стала оценка эффективности обработки семян стимуляторами роста на примере гуминовых веществ и растительных гормонов брассиностероидов, а также наночастицами на примере наночастиц серебра, стабилизированных различными поверхностно-активными веществами. Объекты исследования настоящего этапа: природные и синтетические соединения для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур – гуминовые вещества, растительные гормоны брассиностероиды, наночастицы серебра. Цель: изучение роли новых удобрений пролонгированного действия, микроэлементов, мелиорантов и гуминовых биопрепаратов в агроценозах и городских ландшафтах в управлении продуктивностью, качеством и защите растений от стрессовых факторов; основным направлением проведения исследований стала оценка эффективности обработки семян стимуляторами роста (на примере гуминовых веществ и брассиностероидов) и наночастицами (на примере наночастиц серебра). Методы: метод проростков, лабораторно-вегетационный метод, микроделяночные эксперименты, метод обмывки семян, метод проращивания в рулонах из фильтровальной бумаги, методы химического анализа почвы, растений и растительной продукции, методика трехуровневого трехфакторного плана Бокса-Бенкена, дисперсионный анализ. Результаты: оптимизированы условия праймирования (концентрация, продолжительность, температура) семян пшеницы и редиса гуминовыми веществами и наночастицами серебра; установлена обратная связь между оптимальной продолжительностью праймирования и ζ-потенциалом наночастиц; показана способность эпибрассинолидов стимулировать поступление воды при набухании семян ноготков ладьевидной и серповидной формы; установлено, что праймирование семян пшеницы гуминовыми веществами снижает водный дефицит в листьях растений при недостаточном увлажнении; показано, что праймирование наночастицами серебра снижает поверхностную зараженность семян, слабо влияя на внутренние инфекции, и способствует перезимовке озимой пшеницы; показана неэффективность гуминовых веществ и наночастиц серебра как праймирующих агентов семян редиса в полевых условиях в случае использования праймирования как единственного приема смягчения стресса; высказано предположение, что положительного эффекта от праймирования семян можно ожидать, если эффект в лабораторных условиях превышает 200%; продемонстрирована меньшая отзывчивость семян редиса на праймирование, по сравнению с семенами пшеницы, как в оптимальных, так и стрессовых условиях. Область применения: технологии предпосевной обработки семян. В рамках реализации этапа 2023 г. были проведены эксперименты, нацеленные на оптимизацию условий и оценку эффективности праймирования семян пшеницы и редиса гуминовыми веществами и наночастицами серебра в лабораторных и полевых условиях. Поставленные на 2023 г. задачи выполнены полностью, полученные результаты соответствуют мировому уровню. Установлено, что: – диапазон оптимальных концентраций гуминовых веществ для праймирования составляет 0.5–1.0 г/л; оптимальная продолжительность не превышает 6 ч и ниже продолжительности стадии набухания семян, что связано, по-видимому, со стимулирующей активностью ГВ; наибольшая продолжительность праймирования необходима для достижения максимальных показателей энергии прорастания; оптимальная температура близка к оптимальной температуре прорастания культуры; – диапазон оптимальных концентраций наночастиц серебра составляет 10.2–90.0 мг/л; оптимальная продолжительность близка к продолжительности стадии набухания семян, а оптимальная температура; – к оптимальной температуре прорастания культуры; установлена обратная связь между оптимальной продолжительностью праймирования и ζ-потенциалом наночастиц; – эпибрассинолиды стимулируют поступление воды при набухании семян ноготков ладьевидной и серповидной формы; – праймирование семян пшеницы и редиса гуминовыми веществами и наночастицами серебра частично снимает водный стресс растений на стадии прорастания в лабораторных условиях; – праймирование семян пшеницы гуминовыми веществами в условиях избыточного увлажнения увеличивает содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений лабораторных условиях, а при недостаточном увлажнении – уменьшает водный дефицит в листьях растений; – праймирование семян пшеницы наночастицами серебра позволяет проводить эффективную поверхностную дезинфекцию семян, но слабо влияет на внутренние инфекции в лабораторных условиях; – праймирование семян пшеницы наночастицами серебра способствует лучшей перезимовке растений в полевых условиях; – показана неэффективность гуминовых веществ и наночастиц серебра как праймирующих агентов семян редиса в полевых условиях в случае использования праймирования как единственного приема смягчения стресса; высказано предположение, что при оценке потенциальных праймирующих агентов положительного эффекта от обработки семян можно ожидать, если эффект от этого приема в лабораторных условиях превышает 200%; – показана меньшая отзывчивость семян редиса, по сравнению с семенами пшеницы, на праймирование гуминовыми веществами и наночастицами серебра как в оптимальных, так и в стрессовых условиях. Рекомендации по конкретному использованию результатов НИР: – при выборе условий праймирования в качестве оптимизируемого показателя следует использовать показатель «энергия всхожести»; – перспективными праймирующими агентами являются, вещества, эффект от которых в лабораторных условиях превышает 200%.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Оценка эффективности применения агрохимических средств, стимуляторов и мелиорантов в биоремедиации нефтезагрязненных почв.
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Определение оптимальных диапазонов агрохимических характеристик почв и декоративных растений, нормирующих устойчивость городского ландшафта к техногенным и антропогенным нагрузкам.
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Управление качеством растительной продукции: инновационные агрохимические средства, перспективные методы комплексной диагностики, связь с условиями минерального питания растений.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. отчет_НИР Otchet_NIR_2022.pdf 1,1 МБ 19 декабря 2022 [VoroninaLP]
2. PRILOZhENIE_B.pdf PRILOZhENIE_B.pdf 597,5 КБ 19 декабря 2022 [VoroninaLP]
3. PRILOZhENIE_V.pdf PRILOZhENIE_V.pdf 641,8 КБ 19 декабря 2022 [VoroninaLP]
5. этап 3: полный текст Otchet_NIR_2023_121041300098-7.pdf 1,1 МБ 15 января 2024 [VoroninaLP]