13 Червня 2021

Мікродобрива в рослинництві: форми, види та особливості застосування

У сучасних інтенсивних технологіях вирощування сільськогосподарських культур практично обов’язковою операцією стало застосування мікродобрив, внесення яких забезпечує підвищення врожайності та якості продукції рослинництва. Особливо гостро стоїть питання застосування мікродобрив на осушуваних торфових ґрунтах, зрошуваних землях і на ґрунтах легкого механічного складу.

МІНЕРАЛЬНІ СОЛІ ЯК МІКРОДОБРИВА

На сьогодні в господарствах нерідко використовують як однокомпонентні мікродобрива мінеральні солі або їх суміші в одному баковому розчині, що зумовлено їх низькою вартістю та доступністю. Це переважно сульфати міді, цинку, марганцю, кобальту, молібдат амонію, розчин кристалічного йоду, ванадат натрію чи амонію, борна кислота або бура. До переваг сульфатів слід віднести той факт, що, крім мікроелемента, вони поставляють сульфат-іон, сірка якого добре засвоюється рослиною. Але, як показала практика, мінеральні солі мікроелементів за своєю ефективністю поступаються більш широко застосовуваним хелатним сполукам мікроелементів, оскільки хелати в дозах, у 2–10 разів менших, ніж мінеральні солі (в еквіваленті мікроелементів), забезпечують однакові надбавки врожаїв основних сільськогосподарських культур.

Застосування мікродобрив на основі мінеральних солей, поряд із дешевизною та доступністю, має також низку недоліків:

  • змішування різних солей в одному робочому розчині часто призводить до їх взаємодії, внаслідок чого утворюються нерозчинні й недоступні для рослин сполуки;
  • при високій жорсткості води робочого розчину добрива у формі мінеральних солей взаємодіють із солями жорсткості, утворюючи осад – карбонати застосованих мікроелементів і малорозчинний сульфат кальцію. Це призводить до закупорки форсунок обприскувача і знижує ефективність добрив;
  • мікроелементи у формі солей слабо проникають через воскове покриття листя, важкодоступні для рослин, ефективні тільки на слабокислих і кислих ґрунтах;
  • відбувається засолення ґрунтів різними сполуками, наприклад NaCl.

МІКРОДОБРИВА У ФОРМІ ФОСФІТІВ – СОЛЕЙ ФОСФОРИСТОЇ КИСЛОТИ

Для активного росту та високої продуктивності рослинам, окрім біогенних мікроелементів, вкрай необхідний фосфор, особливо на ранніх стадіях розвитку – для формування більш розвиненої та фізіологічно активної кореневої системи. Фосфор – це основний елемент стартового живлення рослин, особливо в посушливих умовах і при низькій температурі навколишнього середовища. Тому привабливою й актуальною стала ідея створити мікродобрива, що містять у своєму складі засвоювані сполуки фосфору. Відомо, що рослини засвоюють фосфор тільки в формі фосфатів. Але фосфати всіх біогенних металів нерозчинні в воді. У зв’язку з цим деякі вітчизняні виробники мікродобрив виробляють їх на основі фосфітів.

Солі фосфористої кислоти – фосфіти, на відміну від фосфатів, добре розчинні у воді. При обробці вегетуючих рослин водними розчинами фосфітів останні з листя надходять в кореневу систему, де зменшують розвиток її кореневих гнилей, стимулюють захисні механізми самої рослини. У програмі живлення рослин фосфором не можна говорити про будь-яку заміну фосфатів фосфітами. На сьогодні немає доказів того, що фосфіти можуть бути безпосередньо використані рослиною як джерело фосфору, для цього необхідне окислення фосфіту до фосфату. Але в науковій літературі досі не описано ферментів, які могли б забезпечити цей процес. Саме тому на етикетках мікродобрив з фосфітами некоректно розміщувати інформацію про вміст у них засвоюваного фосфору.

Більшість зарубіжних фірм використовують фосфіти як продукти з фунгіцидною активністю, оскільки цей ефект фосфітів добре помітний при використанні таких препаратів, особливо при захисті рослин від несправжньої борошнистої роси і грибів роду Phytophtora.

На українському ринку фосфіти широко представлені німецькими, іспанськими та українськими виробниками. Здебільшого ці препарати містять фосфіти K, Mg, Zn, Mn, Mo, Сu і Са. Однак у країнах ЄС не рекомендується використання добрив, що містять у своєму складі фосфіти. Це пов’язано з тим, що фосфіти можуть утворювати токсичні продукти з багатьма органічними речовинами як у баковій суміші, так і в ґрунті. Фосфіти не тільки не є джерелами елементів живлення для рослин, а навпаки, навіть у дуже низьких концентраціях проявляють токсичність по відношенню до всіх живих організмів.

ГУМІНОВІ ПРЕПАРАТИ

Зазвичай гумінові препарати в сухій речовині містять 60–65% гуматів, сім основних мікроелементів (Fe, Mn, Zn, Mo, Сu, Co, B) у вигляді комплексних сполук із гуміновими кислотами і незначну кількість макроелементів. Гумінові препарати добре розчинні у воді. Однак концентрація мікроелементів в гуматах дуже низька, тому їх не можна розглядати як серйозне джерело цих мікроелементів для рослин.

По суті, гумінові препарати – це хороші органічні добрива, а не мікродобрива, оскільки висока лужність рідких гумінових препаратів ускладнює їх збагачення мікроелементами навіть у формі класичних хелатів.

МІКРОЕЛЕМЕНТИ В ХЕЛАТНІЙ ФОРМІ

В останні роки найбільш затребуваними стали хелатні мікродобрива на основі синтетичних органічних кислот. Застосування таких добрив – зручний, ефективний і економічно виправданий спосіб забезпечення рослин елементами, які сприяють їх активному росту та посиленню імунітету. Переваги таких мікродобрив оцінили вже мільйони аграріїв.

На сьогодні немає доказів того, що фосфіти можуть бути безпосередньо використані рослиною як джерело фосфору, для цього необхідне окислення фосфіту до фосфату

У виробництві хелатних мікродобрив використовують низку різних органічних кислот. Виробництво переважної більшості імпортних і вітчизняних мікродобрив базується на двох компонентах – ЕДТА (етилендіамінтетраоцтова кислота) і ОЕДФ (оксіетілідендіфосфонова кислота). Основною властивістю найбільш поширеного комплексону ЕДТА є здатність зв’язувати іони деяких елементів, серед яких Ca2+, Fe3+, Cu2+, Ni2+,Co2+,Zn2+ з утворенням стабільних комплексів – хелатів (від грецького chele – крабова клешня). Звісно, аграріїв насамперед цікавить вплив добрив з ЕДТА на продуктивність рослин, біологічну активність ґрунту та економічну ефективність їх застосування. І ось тут якраз і прихована низка нюансів, які проявляються не відразу:

  • доведено, що мікродобрива на основі ЕДТА малоефективні при кореневому підживленні рослин на карбонатних і лужних ґрунтах (pH ≥8);
  • ЕДТА здатна забирати і зв’язувати кальцій з будь-яких живих і мінеральних структур, де він міститься, в тому числі з рослинних клітин. Але ж кальцій – важливий макроелемент, який бере участь у ключових фізіологічних і біохімічних процесах живого організму, його нестача призводить до зниження врожайності, погіршення якості насіння та плодів, зменшення термінів їх зберігання. Тому після внесення мікродобрив на основі ЕДТА рекомендовано проводити позакореневу обробку рослин добривами, що містять кальцій;
  • ЕДТА практично не засвоюється рослинами. Віддавши рослині мікроелемент, хелатант потрапляє у ґрунт, концентруючись в основному в його верхньому 10-сантиметровому шарі, й оскільки ЕДТА – дуже стійке з’єднання, то, опинившись у землі, воно не руйнується, а починає пов’язувати токсичні метали, в тому числі ртуть, кадмій, миш’як, свинець та інші. Ці метали, перебуваючи у ґрунті в вигляді малорозчинних солей, погано засвоюються рослинами. А утворення розчинних комплексів ЕДТА з цими токсичними металами призводить до більш інтенсивного і неконтрольованого їх поглинання кореневою системою рослин. Дослідженнями доведено, що цей процес негативно впливає на накопичення рослинами токсичних металів навіть на третій рік після однократного внесення добрив з ЕДТА. В підсумку концентрація токсичних металів у рослинах може зростати до критичного рівня, що призводить до їх пригнічення, зменшення врожайності та зниження якості продукції;
  • масштабне застосування добрив з ЕДТА підвищує ризик її негативного впливу на навколишнє середовище, оскільки ця хімічна сполука погано руйнується у природі. Тому за досить короткий час вона стала одним із найбільш поширених антропогенних забруднювачів, у тому числі світового океану.

У довгостроковій перспективі масове застосування добрив з ЕДТА може призвести до збільшення забруднення сільськогосподарських земель, деградації ґрунтів, зменшення врожайності.

Відомо, що ЕДТА здатна віднімати і зв'язувати кальцій з будь-яких живих і мінеральних структур, в тому числі і з рослинних клітин. Тому, після внесення мікродобрив на основі ЕДТА рекомендовано проводити позакореневу обробку рослин кальцієм
Відомо, що ЕДТА здатна віднімати і зв’язувати кальцій з будь-яких живих і мінеральних структур, в тому числі і з рослинних клітин. Тому, після внесення мікродобрив на основі ЕДТА рекомендовано проводити позакореневу обробку рослин кальцієм

Другий широко застосовуваний у виробництві мікродобрив хелатуючий агент – це ОЕДФ. На основі цієї кислоти можуть бути отримані стабільні індивідуальні хелати металів і їх композиції різного складу. За своєю структурою ОЕДФ близька до природних сполук на основі поліфосфатів. При її розкладанні утворюються хімічні сполуки, не токсичні для рослин. Хелати, отримані на основі ОЕДФ, ефективні на ґрунтах різної кислотності (рН 4,5–11,0), вони проявляють антивірусну дію та стимулюють ріст рослин. Основним недоліком ОЕДФ є її слабка хелатуюча здатність щодо іонів заліза, міді та цинку. У робочому розчині, особливо при високій жорсткості води, ці важливі біологічні елементи заміщуються кальцієм і їх ефективність суттєво знижується. З екологічної точки зору хелати на основі ОЕДФ менше небезпечні, аніж сполуки на основі ЕДТА. Однак під дією біологічних чинників хелати на основі ОЕДФ практично не розкладаються. А їх абіотичне розкладання у природних умовах, особливо в водоймах під дією світла, призводить до утворення ацетатів і фосфатів.

Водночас в науковій літературі відсутні дані про те, що в рослинному організмі з ОЕДФ утворюються фосфати, і про те, що рослини засвоюють фосфор із мікродобрив, отриманих на основі ОЕДФ. Тому в рекламно-інформаційних матеріалах не зовсім коректно писати про вміст у таких мікродобривах засвоюваного фосфору.

НАНОМАТЕРІАЛИ В РОСЛИННИЦТВІ

Згадані вище недоліки застосовуваних мікродобрив обумовлюють необхідність пошуку нових сполук – більш ефективних і екологічно безпечних джерел біогенних мікроелементів для рослин.

В умовах бурхливого сучасного розвитку нанотехнологій і широкого різноманіття отриманих наноматеріалів зрозумілий інтерес дослідників до питання про те, як наноматеріали впливають на перебіг у рослинах фізіологічних і біохімічних процесів, на продуктивність і стійкість рослин до стресів. Результати проведених досліджень мають дати відповідь на питання про можливість і доцільність створення нового класу мікродобрив на основі наночастинок різних біогенних мікроелементів.

Результати численних досліджень останніх років свідчать про те, що наночастинки біогенних елементів характеризуються надвисокою реакційною активністю, високою проникністю у тканини рослин, що зумовлює підвищення ефективності фізіологічних і біохімічних процесів. Причому слід зазначити, що позитивний вплив на розвиток і продуктивність основних сільськогосподарських культур, а також бактерицидну дію наночастинки чинять у вкрай малих – «гомеопатичних» дозах, на 5–6 порядків менших, ніж той самий продукт у макророзмірному стані.

Як мікродобрива вивчалися колоїдні розчини наночастинок багатьох біогенних елементів, ультрадисперсні порошки металів, вуглецеві нанотрубки та фулерени. Було з’ясовано, що наномікродобрива сприяли підвищенню польової схожості насіння, збільшенню врожайності культур і поліпшенню якості рослинницької продукції. Але всі позитивні результати, отримані фізіологами рослин та іншими фахівцями в галузі рослинництва, не можуть бути підставою для того, щоб рекомендувати широке використання наноматеріалів як мікродобрив. Це пов’язано з результатами всебічних медико-біологічних досліджень впливу різних наночастинок на організм піддослідних тварин. Медики, які проводили ці дослідження, заявляють про необхідність розширення і поглиблення таких досліджень, перш ніж прийняти остаточне рішення в питанні про можливість застосування конкретних нанодобрив у рослинництві. Було встановлено, що наночастинки, потрапляючи в організм людини, тварини або в мікроорганізми, володіючи високою розчинністю, реакційною і каталітичною активністю, зв’язуються з нуклеїновими кислотами, що несе ризик зміни експресії генів, мутагенного та канцерогенного ефектів. Для наночастинок характерна також висока здатність до акумуляції. Вони не розпізнаються захисними системами організму, які не піддаються біотрансформації й не виводяться з організму. Це призводить до накопичення наночастинок в рослинних і тваринних організмах, в мікроорганізмах, далі вони передаються по харчовому ланцюгу і надходять в організм людини.

Наночастинки сприяють продукуванню вільних радикалів і активних форм кисню, що призводить до пошкодження біологічних структур – ліпідів, білків, нуклеїнових кислот, у тому числі ДНК. Наноматеріали також можуть бути токсичними. Різним ступенем токсичності характеризуються наночастинки низки металів і їх оксидів, а вуглецеві нанотрубки і фулерени, крім токсичності, є ще й потенційними мутагенами. Всі ці дані в більшості країн світу є причиною введення мораторію на використання сучасних наноматеріалів у рослинництві.

Але подальший розвиток нанотехнологій сприяв розробці нових методів хелатування мікроелементів, у яких як хелатанти застосовуються реакційно слабкі природні ди- і триосновні харчові карбонові кислоти: лимонна, бурштинова, малонова, винна, яблучна та ін. Ці кислоти здатні утворювати хелатні комплекси практично з усіма біогенними металами, а також біоорганічні комплексні сполуки з сіркою, йодом, бромом. Зауважимо, що раніше синтез аналогічних хелатів міг здійснюватися тільки в живих клітинах.

Методом ІЧ-спектроскопії доведено, що цитрати біогенних металів є комплексними сполуками з хелатним зв’язком.

Численними дослідженнями встановлено, що саме хелатуючі агенти визначають, в остаточному підсумку, ефективність добрива і ступінь засвоєння рослинами мікроелементів із них. На думку багатьох вчених, хелатні комплекси на основі харчових кислот є найбільш перспективними і безпечними для впливу на всі види біологічних об’єктів.

Мікродобрива в рослинництві вчора, сьогодні, завтра_1ХЕЛАТНІ КОМПЛЕКСИ ІЗ ПРИРОДНИМИ КАРБОНОВИМИ КИСЛОТАМИ

Хелати на основі харчових карбонових кислот за своєю хімічною структурою ідентичні природним компонентам живих клітин. Вони є невід’ємними учасниками обмінних процесів, що протікають у рослинних і тваринних організмах, зокрема, в циклах Кребса і Кальвіна. Стикаючись із такими хелатними комплексами, живі клітини сприймають їх як природні джерела не тільки необхідних біогенних мікроелементів, а й додаткової енергії. А синтетичні хелати не відомі в живій природі, тому рослині при їх засвоєнні необхідно затратити чимало енергії, щоб утилізувати або вивести зі свого організму чужорідний синтетичний ліганд, роль якого – всього лише виконати транспортну функцію з доставки рослині біогенного мікроелемента.

При проведенні порівняльної оцінки доцільності використання як мікродобрив хелатів біогенних металів на основі синтетичних лігандів і на основі органічних харчових кислот важливо виділити такі науково доведені факти:

  • Константи стійкості хелатів основних біогенних металів на основі ЕДТА становлять від 8,7 для магнію до 25,1 для заліза, для хелатних комплексів на основі лимонної кислоти – відповідно від 3,2 до 14,0. Це говорить про те, що цитрат-хелати при потраплянні в рослину більше ніж у 2 рази легші й швидше розкриваються, віддають свої катіони металів і аніони карбонових кислот, які служать для рослин елементом живлення та джерелом додаткової енергії;
  • Хелати на основі харчових кислот мають ширшу, ніж рослинництво, сферу застосування. Вони є універсальним інструментом для впливу на всі біологічні об’єкти, в тому числі на організми людей і тварин. Наприклад, цитрат-хелат магнію є основою відомого фармацевтичного препарату «Магне-В6». Те, що їх можна використовувати у складі лікарських препаратів, харчових добавок і в препаратах для тваринництва, є найкращим доказом їх безпеки. Слід зазначити, що цитрато- і сукцинат-хелати біогенних мікроелементів вже сертифіковані як дозволені до застосування в органічному землеробстві;
  • Для всіх сфер застосування нових органохелатних комплексів важливий той факт, що з використанням нанотехнологій вони можуть бути отримані з іонами металів у низькому ступені окислення. Унікальність мікроелементів у низькому ступені окислення полягає в тому, що вони одночасно можуть бути і каталізаторами біохімічних процесів, і антиоксидантами, і противірусними речовинами. На базі таких комплексів для рослинництва можуть бути створені препарати, які чинять на рослини одночасно рістстимулюючу, стресопротекторну та захисну дію;
  • З використанням харчових органічних кислот, лігандів створено хелатні комплексні сполуки з більше ніж 30-ма хімічними елементами. Це дає можливість розробити широкий асортимент препаратів спрямованої дії з урахуванням особливостей різних культур і вирішувати завдання як оптимізації процесів живлення, підвищення стійкості до стресу, так і захисту рослин;
  • Недоліком хелатів на основі харчових кислот є їх чутливість до різних середовищ. Наприклад, у рослинництві їх не можна використовувати в одній баковій суміші з препаратами, що додають робочому розчину слаболужного або лужного характеру. Заборонено також вносити в бакову суміш сульфати біогенних металів і фосфорні добрива. У цих випадках органохелати переходять в слаборозчинну форму з утворенням осаду та зниженням ефективності. Тому для спільного застосування потрібне обов’язкове проведення тесту на сумісність органохелатів з іншими препаратами.

ВИСНОВОК

Метою цієї статті було здійснення короткого огляду основних переваг і недоліків хімічних сполук, що застосовуються у складі мікродобрив, надання об’єктивної оцінки та прогноз розвитку цього напряму.

Підводячи підсумок, можна сказати, що технології виробництва мікроелементних добрив сьогодні розвиваються в напрямку підвищення їх ефективності – як екологічної, так і економічної. Саме з огляду на таку спрямованість на зміну неорганічним мінеральним мікродобрив прийшли синтетичні хелати, як більш ефективні форми мікроелементних сполук. Але екологічні ризики й основані на цьому обмеження щодо їх використання в низці розвинених країн ставлять під сумнів перспективність застосування синтетичних хелатів у найближчому майбутньому. Нове покоління хелатів на основі натуральних харчових кислот має чимало очевидних переваг з погляду безпеки, ефективності та можливості створення широкого асортименту цільових продуктів. З викладеного вище випливає, що процес заміщення синтетичних хелатів натуральними, хоч і залежить від багатьох чинників і потребує подальшого науково-технічного супроводу, видається цілком реалістичним.

В. І. Максін, д-р хім. наук, проф. кафедри аналітичної і біонеорганічної хімії та якості води НУБіП України

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Роль азотно-сірчаного живлення в розвитку кукурудзи

Кукурудза – одна з найцінніших кормових культур. За...

Брендт – фоліарні добрива для максимальних врожаїв

В умовах інтенсивного аграрного виробництва позакореневе підживлення...

Порівняльна оцінка розчинів КАС та інших азотних добрив

Серед всіх елементів мінерального живлення на врожайність...

Погода

Kyiv
чисте небо
16 ° C
17 °
14.2 °
94 %
1.8kmh
0 %
Нд
19 °
Пн
21 °
Вт
24 °
Ср
25 °
Чт
25 °