Geum.ru

Кандрашина татьяна Федоровна

Вид материалаДокументы

Содержание


Глава 2. условия и методы проведения исследований 2.1 Место, условия и методы проведения исследований
2.2 Лабораторные опыты
Подобный материал:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   17

Глава 2. условия и методы проведения исследований

2.1 Место, условия и методы проведения исследований


Наши исследования проводились в Гиссарской долине Таджикистана. Географическое положение Таджикистана во внутренней части материка на большом расстоянии от источников атмосферной влаги определяет две основные особенности его климата: резкую континентальность и засушливость. Гиссарская долина по климатическим условиям входит в Переднеазиатскую область, по классификации М.И. Будыко и А.А. Григорьева [124], и относится к поясу недостаточно влажного климата с очень теплым летом, мягкой и умеренно мягкой зимой. Средняя температура воздуха в самом холодном месяце – январе составляетот +2 0С. Температура в январе выше + 20 0С характерна для нижней части долины реки Кафирниган и западной части Гиссарской долины в пределах высотных отметок до 700 м над уровнем моря. Средняя температура воздуха в самом жарком месяце – июле + 30 0С наблюдается на высотах 600 – 700 м.

Распределение осадков в Гиссарской долине в основном определяется циклонической деятельностью и характером подстилающей поверхности. Гиссарская долина относится к подгорно-равнинному и адырно-предгорному поясу с эфемеровой, крупнотравной и пустынной растительностью, на типичных и темных сероземах на орошаемых землях возделывается большой и разнообразный набор сельскохозяйственных культур, в том числе хлопчатник.

Количество осадков в Гиссарской долине составляет в среднем 700 мм. Устойчивый снежный покров образуется очень редко. Число дней со снежным покровом 25-30. Термические условия этого пояса позволяют возделывать средневолокнистые сорта хлопчатника. На территории Гиссарской долины распространены в основном антропогенные ландшафты по пойменным и надпойменным террасам в пределах высот 650-1150 м. Почвы этого ландшафта типичные и темные сероземы, обычно старопахотные и пахотные на террасах рек, где воды залегают глубже 4 м от поверхности, и почвообразовательный процесс протекает без влияния грунтового увлажнения. Содержание гумуса в сероземах типичных и староорошаемых типичных сероземах в верхнем слое (0-30 см) не превышает 1 %, азота в этом же горизонте содержится 0,09 %, рН колеблется в пределах 7-8, количество валового фосфора 0,12-0,24 %. Содержание карбонатов составляет 10-16 %. Процесса соленакопления легкорастворимых солей в староорошаемых сероземах в большинстве случаев не наблюдается. Сероземы темные, обычно средне- и тяжелосуглинистые, менее карбонатны и больше обогащены питательными веществами по сравнению с сероземами типичными. В верхнем пахотном слое 0-30 см и 30-50 см содержание карбонатов не превышает 4,5-5,8 %, а в средней и нижней частях профиля почв концентрация их доходит до 7-10 %.

2.2 Лабораторные опыты


Опыты проводились в лаборатории физиологических основ интенсивного растениеводства Института физиологии растений и генетики АН РТ г., Душанбе.

Для предпосевной обработки семян средневолокнистого хлопчатника Gossypium hirsutum L. Сорта 108-Ф были использованы различные водо- и ацетонорастворимые пленкообразующие полимеры :

этилцеллюлоза (ЭЦ), ацетатцеллюлоза (АЦ), метилцеллюлоза (МЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ), поливиниловый спирт (ПВС).

Этилцеллюлозу (ЭЦ) получают этирификацией щелочной целлюлозы хлористым этилом при +110...+140 0С. ЭЦ хорошо растворима в смесях бензола, метанола, толуола, этанола, пиридине, хорошо совмещается с пластификаторами. Свойства ЭЦ в значительной степени определяются степенью замещения и чистотой продукта. ЭЦ обладает хорошей стойкостью к низкой температуре, высокой устойчивостью к действию кислот, щелочей и высокими диэлектрическими свойствами.

Ацетат целлюлозы (АЦ). Сложный уксуснокислый эфир целлюлозы, получаемый при взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом. Впервые был открыт в 1986 г. Ацетаты с различными свойствами применяются для различных целей и одно из них – изготовление волокна, кинопленки [106].

Метилцеллюлоза (МЦ). Водорастворимый полимер, впервые была запатентована в Англии в 1914 г. Г. Дэнхэмом и Н. Вудхаусом, но промышленное производство было освоено только в 1939 г. Метилцеллюлоза является прекрасным эмульгатором и стабилизатором, содержит 26-33 % метоксильных групп – ОСН3, что соответствует степени замещения  = 150-200. В производстве метилцеллюлозы используется хлопковая и древесная сульфитная целлюлоза: хлопковая – для получения высоковязких продуктов, сульфитная – для низко- и средневязких. Древесная целлюлоза легче перерабатывается по сравнению с хлопковой, поэтому область ее применения значительно шире [106]. МЦ производится в виде хлопьев белого или желтоватого цвета. Это нетоксичный и физиологически инертный продукт без запаха и вкуса. Основное свойство МЦ – растворимость в воде при температуре не выше 40о С, при этом поверхностное натяжение снижается. Важным фактором является совместимость с солями и, вместе с тем, возможность высаждения из раствора либо добавлением тех же самых солей, либо повышением температуры. Метилцеллюлозная пленка обладает высокой стойкостью к бактериям и плесени, а также устойчива к действию УФ-лучей. Плотность 1 % раствора – 1,0012 г/см3. Прочность пленок при растяжении - 600-800 кгс/см2, относительное удлинение - 10-15 %, число двойных перегибов (при толщине 2 мм) – 12000.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Расстворимый в воде карбоксиметиловый эфир целлюлозы, простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты. Образуется в виде натриевых солей при взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или ее натриевой солью. КМЦ впервые синтезирована Г. Янсеном в 1918 г [106]. В СССР производство КМЦ осуществлялось по технологии, разработанной К.Ф. Жигачем, М.З. Финкельштейном, Е.М. Могилевским и др. [110-111]. КМЦ обладает пленкообразующими свойствами: прочность пленок при растяжении - 500-900 кгс/см2, относительное удлинение - 8-14 %, число двойных перегибов (до разрушения) - около 3000.

Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ). Водорастворимый полимер, был запатентован Г. Хубертом в 1920 г. в Германии, но полупромышленный процесс был налажен в 1923 г. в Англии, а промышленное производство началось с 30-х годов в США и Англии. ОЭЦ – это продукт реакции щелочной целлюлозы с окисью этилена. Растворы ОЭЦ в воде устойчивы к действию любых температур. Плотность 1 %-ного водного раствора ОЭЦ 1,0003 г/см3. Пленки, отлитые из водных растворов ОЭЦ [112], имеют прочность при растяжении 270-280 кгс/см2. Относительное удлинение – 14-40 %, число двойных перегибов более 10000.

Как показали исследования, полимерные пленки с такими физико-химическими свойствами пригодны для применения в качестве пленкообразующего полимера при капсулировании семян сельскохозяйственных культур.

Состав, концентрацию полимера и других компонентов полимерной композиции отрабатывали в лаборатории координационной химии химического факультета Таджикского государственного национального университета и лаборатории химии высокомолекулярных соединений Института химии им. В.И. Никитина АН РТ. Капсулирование семян хлопчатника проводили методом, отработанным в лабораторных условиях на основе мночисленных существующих методов обработки семян сельхозяйственных культур и метода, защищенного Авторским свидетельством на изобретение № 1366081 [100].

Результаты предварительных лабораторных и вегетационных испытаний показали, что влияние АЦ и ПВС на прорастание семян, формирование проростков по сравнению с другими полимерами было менее эффективным и они обладали рядом недостатков.

Ацетонорастворимый полимер АЦ оказался очень удобным при сушке семян, обработанных раствором АЦ, но токсичные свойства вещества создавали плохие санитарно-гигиенические условия в процессе капсулирования, кроме того, этот полимер является достаточно дорогим.

Недостатком обработки семян ПВС является малая эластичность и низкая механическая прочность пленкообразователя, который при сушке и механических воздействиях легко удаляется с поверхности семян.

Для получения оптимальной толщины пленок предварительно был определен диапазон допустимых концентраций используемых полимеров с учетом их адгезионных свойств. Затем изучена совместимость всех компонентов полимерной композиции. Биостимулятор FeГА в растворах ацетонорастворимых полимеров ЭЦ и АЦ частично гидролизовался, что отражалось на однородности и качестве пленок, хотя другая часть координационного соединения сохраняла свою устойчивость. Поэтому указанные полимеры в дальнейших опытах нами не использовались. Протравитель фентиурам (трихлорфенолят меди) был совместим со всеми компонентами полимерной композиции во всех соотношениях, а его отимальная концентрация 0,01% была протестирована в предварительных опытах в семенной лаборатории Таджикской Республиканской Сельскохозяйственно станции при хлопзаводе г.Душанбе.

Не все концентрации растворов полимеров оказались пригодными для капсулирования семян. МЦ, обладающая большим объемным весом, при набухании дает наиболее густую консистенцию и из-за большой слипаемости, а также толщины получаемой пленки, становится неприемлемой для обработки семян. Оптимальная конентрация МЦ в полимерной композиции оказалась 1%.

КМЦ и ОЭЦ имеют меньший объемный вес, их растворы менее вязкие и наиболее эффективными оказались растворы от 1 до 3 % концентрации.

В связи с указанными недостатками три полимера в наших дальнейших опытах не использовались. На начальном этапе работы в лаборатории химии высокомолекулярных соединений Института химии АН РТ была отработана методика по подбору толщины пленок. Из литературных данных было известно, что наиболее эффективной концентрацией полимеров является 1,0 – 2,5 % растворы, которые дают толщину пленок в пределах 0,2-1,3 мм. Поэтому нами были испытаны и использованы пленки, полученные из 0,5 – 3,0 % растворов МЦ, КМЦ и ОЭЦ.

Толщина пленок отрабатывалась соответственно методике [10], которая технически достаточно проста. Равномерно с помощью валика на ровное стекло катетометра размером 10 х10 см наносилось по 5 мл 0,5; 1,0; 2,0; 2,5 и 3,0 % раствора полимеров МЦ, КМЦ и ОЭЦ. Отлитые пленки водорастворимых полимеров просушивались при температуре +25...+27 оС без покрытия (стеклянного колпака). Время просушивания пленок 5-10 ч. При этих концентрациях пленка хорошо снималась c гладкой поверхности стекла.

Семена хлопчатника обрабатывались растворами полимеров следующих концентраций: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5 и 3,0. Для обработки 2 кг оголенных семян хлопчатника расход составил 30 и для опушенных семян – 50 мл готового состава. После обработки полимерами семена просушивались и высевались в трех-кратной повторности по 100 семян в каждой. Всхожесть и энергия прорастания капсулированных семян, длина осевых органов проростков определялись согласно методике определения посевных качеств семян хлопчатника по ГОСТу 21820.0-76-ГОСТ 21820.4-76 [86 ].

В качестве контроля высевались необработанные сухие семена. Проращивание семян проводилось в песке в термостате при +25 0С. Энергия прорастания оголенных семян определялась на 2-е сутки и опушенных на 3-и, а всхожесть - на 4-е и 5-е сутки проращивания, соответственно.

Одним из способов повышения энергии прорастания и всхожести семян, жизнестойкости растений является применение физиологически активных веществ, содержащих необходимые микроэлементы. Известно, что для растений большинство переходных металлов являются жизненно необходимыми элементами, том числе и железо. Железо является микроэлементом и по своим биохимическим свойствам, например, по вхождению в активный центр редоксферментов, занимает активное место в метаболизме растений.

Физиологическая роль железа связана с его способностью образовывать различные комплексные соединения с молекулярным кислородом, азотом, серусодержащими лигандами.

В биокомплексах ионы железа присоединяют молекулярный кислород, выполняя функции накопления, хранения и транспорта молекулярного кислорода, необходимого для реализации процессов окисления углеводов, жиров, белков и для синтеза ряда веществ в организме.

Нами в качестве физиологически активного вещества (ФАВ) для стимулирования прорастания семян хлопчатника был использован широко известный трехъядерный гидроксоацетат железа (II) и железа (III) - FеГА

[Fe3O(CH3 COOH) 6(H2O)3] NO3 · [Fe2FeO(CH3COO)6(H2O)3] · 2H2O

На протяжении многих лет препарат был испытан на различных сельскохозяйственных культурах: яблонях, цитрусовых культурах и винограднике (корневая подкормка и опрыскивание), хлопчатнике и люцерне (опрыскивание и предпосевное замачивание семян) [95, 97, 105].

Препарат FeГА - гетеровалентное координационное соединение железа с анионами уксусной кислоты (гидроксоацетат железа), впервые получен еще в начале 80-х годов на кафедре физической и коллоидной химии ТГНУ [66].

В состав соединения входят двух- и трехвалентное железо, а также лиганд уксусной кислоты – [FeIII2FeIIO(CH3COO)6]·2NO3 [67]. Это соединение можно получить из солей железа, железных стружек или опилок из железосодержащих отходов аммиачного производства [68, 89, 103]. Соединение представляет собой темно-красный порошок, устойчивый на воздухе, хорошо растворимый в воде, с запахом уксусной кислоты. Невзрывоопасен и не воспламеняется, достаточно устойчив в кислой и нейтральной средах.

Испытания гидроксоацетата железа проводились совместно с сотрудниками Института химии им.В.И. Никитина, Института физиологии растений и генетики АН РТ, Научно-исследовательского института земледелия НПО «Зироаткор» им. А.Н. Максумова, НПО «Богпарвар» Таджикской академии сельскохозяйственных наук. Препарат прошел фармакологические испытания в 1983 г. [ 69]. В 1987 г. был налажен полупромышленный выпуск FeГА на Исфаринском гидрометаллургическом заводе и впервые получен в количестве 3,5 т.

Нами была проверена возможность введения в полимерную оболочку биостимулятора FeГА. Предварительно отливалась пленка, но с добавлением FeГА 0,05; 0,1 и 0,5 % концентрации. При всех концентрациях (по 3 повторности) биостимулятор равномерно распределялся по всей пленке, которая хорошо снималась с поверхности стекла.

Семена хлопчатника (оголенные, 5,9 % влажности, зрелость 96/10) обрабатывались составом, в который входили следующие компоненты:

2 % полимер ОЭЦ, биостимулятор FeГА 0,1 % и 0,01 % фентиурам,

1 % полимер МЦ, биостимулятор FeГА 0,1 % и 0,01 % фентиурам.

Применение протравителя фентиурама в качестве предпосевной обработки семян хлопчатника – необходимое условие для снижения вредоносности фитопатогенов, вызывающих заболевание хлопчатника вилтом, гоммозом и корневой гнилью. Введение фентиурама в полимерную композицию может оказаться эффективным приемом, поскольку даст возможность решить сразу несколько задач - предохранить семена от заболевания и повысить жизнеспособность капсулированных семян.