Фізіологічні принципи технології гумінових препаратів на прикладі гумату калію

На підставі великої кількості робіт у Світі, (у тому числі Л. А. Христової) можна дійти невтішного висновку, що застосування гумінових препаратів, які вивчалися досі, має подвійне значення.

З одного боку, вони впливають на фізичні та хімічні властивості ґрунту, з іншого — безпосередньо впливають на життєдіяльність вищих рослин та мікроорганізмів.

Характер дії гумінових добрив залежить від їхнього фізико-хімічного стану. Якщо гумінові добрива вносяться у великих дозах, гумінова кислота в них знаходиться у вигляді гелю або переходять під впливом реакцій взаємодії з ґрунтом, то вони покращують хімічні та фізико-хімічні властивості ґрунту. Якщо ж вони вносяться в малих дозах в іонно-дисперсному стані і залишаються у ґрунті в такому стані, то гумінова кислота засвоюється вищими рослинами, включається в обмін речовин рослинного організму, покращує кисневе харчування та підвищує життєдіяльність цього організму.

В обох випадках зрештою виходить підвищення врожаю сільськогосподарських культур.

При локальному внесенні до ґрунту добрив, що містять гумінову кислоту в такому фізико-хімічному стані, коли він виявляє сорбентні властивості, можливий і третій шлях підвищення врожайності. Цей принцип полягає в тому, що гумінові речовини, адсорбуючи із ґрунту речовин, покращують поживний режим рослини та мікрофлори.

Залежно від властивостей ґрунту та біохімічних особливостей рослин переважатиме то одна, то інша сторона дії гумінових добрив. На ґрунтах із поганими фізичними та фізико-хімічними властивостями — перша та третя, причому добрива на такі ґрунти, повинні вноситися у стані гелю у великих дозах під оранку або у малих—локально.

На ґрунтах з кращими фізичними властивостями міститься багато кальцію і тому бідними рухомою формою гумінових кислот має перевагу застосування розчинних гумінових добрив у малих дозах.

На піщаних ґрунтах раціонально застосування всіх видів гумінових добрив. Ці ґрунти, як відомо, надзвичайно бідні на гумус, мають погані фізичні властивості і малу ємність поглинання, в них ґрунті зовсім відсутні фізіологічно активні речовини, представником яких і є розчинна гумінова і фульва кислота.

Дана робота присвячена розробці питань технології гумінових добрив, основним фактором дії яких є розчинна гумінова, фульва та ульмінова кислота.

Фізіологічно активні властивості гумату калію. Завдання технології гумінових добрив

Гумат Калія + Фосфор «Agro.Bio» в іонно-дисперсному стані та в концентраціях тисячних і десятитисячних часток відсотка стимулюють зростання рослин особливо кореневої системи, у концентраціях вище сотих – гальмують.

В основі стимулюючої дії Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» лежить те, що він, будучи в іонно-дисперсному стані, засвоюється вищими рослинами та використовується ними на певних етапах розвитку для посилення фенолазної окисної системи. Ступінь прояву стимулюючої дії гумінової та фульвової кислоти на життєдіяльність вищих рослин пов'язана з рівнем мінерального живлення. Нестача азоту у складі мінеральної їжі лімітує її фізіологічну дію, і деяке зниження рівня фосфатного харчування навіть підвищує.

Фізіологічна дія малих доз Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» особливо помітний на початкових етапах розвитку.

З цих фізіологічних положень випливають найголовніші технологічні завдання:

• регулювання розчинності гумінових та фульвових кислот у сировині та підбір для цієї мети відповідних компонентів;
• поєднання в єдиному комплексі джерел мінеральної та органічної їжі, здатних задовольнити потребу в ній рослин на ранніх етапах розвитку.
  

Досвід показав, що вирішення цього завдання може бути двояким, а саме:

отримання розчинних гуматів і внесення їх у вигляді розчину спільно з іншими добривами, або отримання органо-мінеральних добрив, в яких поряд з мінеральними елементами містилися б такі форми гуматів, які переходять в розчин поступово в потрібній для рослини концентрації.

Виробництво розчинних гуматів для добрива

Враховуючи якість та корисність, виявилося найбільш доцільним обрати для добрива Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» . Ми поставили собі за мету знайти такий спосіб виробництва, при якому отриманий продукт міг транспортуватися в концентраті і вже на місці переводитися в розчин.

Вихід на біологічну активність гуматів калію за такої обробки ілюструє табл. 1 .

Таблиця 1

Біологічна активність водних витяжок гумату калію, обробленого 5% розчином K aOH

Для визначення біологічної активності 5-7-денні проростки ячменю висаджуються у водні культури за схемою: 1) дистильована вода; 2) 0,001% розчин гумату калію. Проба вважається позитивною, коли різниця між середньою довжиною коренів рослин, висаджених на гумат калію і висаджених на воду, перевищує середню квадратичну помилку варіанта не менше ніж у 3 рази. Середня виводиться із 6 вимірювань. Вимірювання на 14 день досвіду.

Наведені дані показують, що практично гумат калію можна екстрагувати водою до 10 разів, піддаючи його дворазовому кип'ятінню, при цьому вихід гумінової кислоти з 1 кг сировини в перерахунку на 1 ° С розчин складе 10 л.

Тому вкажемо лише, що дво-триразове внесення з поливними водами гумату калію в концентрації 0,001—0,002% підвищує врожай овочів у середньому на 20% та сприяє покращенню зростання культур лісорозведення.

Все це говорить про перспективність застосування Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» як добрива у багатьох областях України. У той же час, потрібно враховувати, що застосування його має ряд обмежувальних факторів, а саме: застосовувати досліджуване добриво може тільки в поливних умовах, дія його короткочасна, оскільки воно в ґрунті не накопичується, в ґрунтах, багатих на розчинні солі дво- і тривалентних металів, воно переходитиме у не засвоювану форму та інактивуватиметься.

Все це змушує порушити питання про створення такої форми гумінового добрива, в якій гумінова кислота, розчиняючись у потрібній концентрації, переходила б у розчин поступово протягом усього вегетаційного періоду, поєднуючись при цьому з мінеральною їжею.

Виробництво органо-мінеральних гуминових добрив

Ставлячи перед собою завдання розробити такі види гумінових добрив, головним чинником ефективності яких є присутність у них малих кількостей розчинної гумінової кислоти, ми дійшли висновку, що основним принципом технології гумінових препаратів має бути регулювання розчинності гумінових кислот у сировині. Наші роботи показали, що оптимальна для життєдіяльності рослин концентрація гумінової кислоти в розчині настає за pH 7,2-7,3 . Тому головним критерієм розробки нових форм гуминового добрива стало регулювання реакції його до зазначеного pH.

Враховуючи, що дія гумінової кислоти найефективніша у початковий період розвитку рослини, а також і те, що участь гумінової кислоти в харчуванні вищих рослин не виключає мінеральної їжі, а лише доповнює її, ми прагнули збагатити наш тук невеликою кількістю азоту та фосфору, що могло Було б використано рослиною разом із гуминовой кислотою лише у початковий період розвитку. Виявилося, що найбільш зручно застосувати з цією метою азот (N) та водний суперфосфат. Будучи регуляторами розчинності, вони водночас можуть бути джерелом їжі рослини.

Характеристика добрив, з якими було закладено вегетаційні досліди, представлено у табл. 2 .

Вегетаційний досвід із цими добривами було закладено 23. 04. 2018 р.

Він переслідував переважно такі цілі: підтвердити експериментально значення розчинності гумінових кислот в органо-мінеральному добриві і знайти оптимальне поєднання компонентів їхнього приготування.

Досвід був закладений у 2 варіантах: у першому варіанті всі добрива, що містять фосфор, були внесені з розрахунку 0,25 г Р ₂ Про ₅ на посудину ємно - 6 кг повітряно-сухого ґрунту, а не містять - у такій ваговій кількості. Добрива змішувалися перед набиванням з усім обсягом ґрунту.

У другому варіанті добрива вносилися в кількості в десять разів менше, і давалися тільки під насіння. Досвідчена культура-ячмінь, Повторність триразова. Полив до 60% повної вологоємності. Точність досвіду 2,1%.

З таблиці 3 , в якій наведені дані врожаю цього досвіду, видно, що при внесенні добрив за вмістом у них Р ₂ Про ₅ з розрахунку 9.25 г на посудину кращі результати дали гранульовані органо-мінеральні добрива. Гранули, нейтралізовані до слаболужної реакції у всіх випадках, за винятком препарату 5/3, де вони виявилися ефективнішими, ніж нейтралізовані. З нейтралізованих гранул найкращі результати дав препарат 2/3, найгірші – 5/3.

Ці висновки загалом збігаються з висновками тієї частини досвіду, в якому Гумат Калія + Фосфор «Agro.Bio» вносився під насіння в кількості, в 10 разів меншій. Більш високу ефективність у разі дали препарати 1/3 і 5/3.

Таблиця 2

Примітка: 1) варіант з видаленням гіпсу досягався одержанням водної витяжки із суперфосфату.

Таблиця 3

Ефективність гумінових добрив в залежності від способу виробництва

( З вегетаційного досвіду 2018 р. з ячменем)

* У дужках показана вага в грамах на посудину.

Отримані результати можна пояснити роллю розчинних гумінових та фульвових кислот у харчуванні рослин. У тому випадку, коли випробувані препарати вносилися за вмістом у них фосфору, а вміст їх у навішуванні було незначним, їх довелося давати у великих кількостях. Отже, в посудину потрапляла і більша кількість розчинних гумінових та фульвових кислот. Так як зі збільшенням концентрації розчинних гумінових і фульвових кислот вище за певну межу їх ефективність падає, то цілком природно, що в першому варіанті кращі результати дали ті препарати, в яких розчинність гумінових кислот була нижчою. Таким добривом був препарат 2/3. У ньому гіпс не видалявся, і тому частина кислот утворила гумати кальцію і перейшла в нерозчинний стан, кількість розчинних гуматів зменшилася, наблизившись до оптимального.

У другому варіанті, де добрива вносилися в кількостях, у 10 разів менших, картина виходила зворотна. Вищий ефект дали ті препарати, з яких гіпс був видалений. Очевидно, ці препарати, за умови внесення їх у менших дозах, містили кількість розчинних гумінових і фульвових кислот, яка більше відповідає потребам рослини. Загалом результати цього досвіду підтвердили значення регулювання розчинності гумінової та фульвової кислоти в ефективності органо-мінеральних добрив та дозволили знайти оптимальний варіант такого добрива.

Необхідно підкреслити, що наведені розрахунки в жодному разі не можна механічно переносити на інші види сировини. Їх потрібно відновлювати експериментальним шляхом.

Вегетаційні досліди, поставлені у 2019 р., показали, що ефективність Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» не залежить від того, що витрачалося для його виготовлення – ортофосфорна кислота або водна витяжка із суперфосфату. Більше того, коли у виробничих дослідах 2020 р. при виготовленні Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» замість водної витяжки з суперфосфату застосували присипку пилоподібну суперфосфатом з того ж приблизно розрахунку, то виявилося, що цей препарат лише на трохи менш ефективний, ніж одержаний за допомогою водної витяжки. Очевидно, така кількість кальцію, яка вводиться в гумат калію з 6-8 кг .суперфосфат на центнер тука. викликає значний коагулянт і гумінові кислоти не позначається істотно на їх засвоюваності. (У вегетаційному досвіді, який описаний вище, на 1 ц туку давали 24 кг суперфосфату): Все ж таки потрібно відзначити що варіант, коли гумат калію готують шляхом змочування кислотним розчином, має перевагу. Воно насамперед позначається на рівномірності хімічного складу туку.

Хімічний склад гумату калію та фактори його ефективності

Для виробничих випробувань гумінових добрив, які вироблялися у Херсонській області у 2019 та 2020 рр., були виготовлені пробні партії Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» . Дані аналізу цих добрив наведено у табл.4 . Вони показують, що зміст засвоюваних форм фосфору та азоту були у всіх партіях приблизно однаковими.

Слід зазначити, що фосфор у гуматі калію розподіляється дещо нерівномірно, що від розміру частинок добрива. Його було більше у дрібніших фракціях. Середній хімічний склад мінеральної частини гумату калію ілюструє табл. 5 .

Таблиця 4

Зміст засвоюваних форм азоту і фосфору в гумофос різних способів виготовлення

(У % на навішування при вологості в момент виготовлення)

Примітка: У 2019 р. для приготування гумофосу використовувалася ортофосфорна кислота, а в 2020 р. – суперфосфат.

Таблиця 5

Середній хімічний склад гумату калію

(У % на абсолютно суху навішування)

Примітка: N визначався за К'єльдолем P ₂ O ₅ ваговим способом Лоренцом.

З цієї таблиці видно, що загальний вміст азоту у ньому досить трохи перевищує вміст фосфору. Однак, якщо порівняти кількості цих компонентів у формі, що засвоюється, то картина виходить зворотна . Отримані дані можна пояснити так: торф, що служить паленою сировиною для виробництва Гумату Калію + Фосфор «Agro.Bio» , містить всього близько трьох відсотків азоту і піввідсотка фосфору, причому майже весь цей азот знаходиться в недоступній формі, а фосфор розчиняється краще, при виробництві Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio», як уже говорилося вище, сировина, обробляється малою кількістю азоту(N). ₂ SO ₄.

При обробці туку ортофосфорною кислотою реакції, ймовірно, проходять так: фосфорна кислота реагує насамперед із якоюсь кількістю азоту або гумату амонію, а потім із самою сировиною. В результаті цих реакцій гумат калію збагачується Р ₂ Про ₅ частина якої залишається в засвоюваній формі. Було помічено, що якщо однаковою кількістю суперфосфату обробити сировину без нейтралізації азоту і після такої, кількість воднорозчинності Р ₂ Про ₅ у другому випадку завжди знижується. Виникає питання, чому в сировину, попередньо оброблену азотом, фосфор суперфосфату зв'язується міцніше? Відповідь можна отримати, якщо припустити, що при виготовленні гумату калію має місце така реакція:

Sa(N ₂ RO ₄ ) ₂ + N = SaNRO ₄ + NH ₂ PO ₄

З цієї реакції бачимо, що частина воднорозчинного монофосфату кальцію переходить у дифосфат, який, як відомо, відноситься до кислотно-розчинних сполук.

У зв'язку з тим, що в природі ефективності органо-мінеральних добрив ми надаємо великого значення розчинності гумінових та фульвових кислот, було проведено вивчення форм гумінової та фульвової кислоти у гуматі калію. Випробовувалися різні розчинники та різні умови вилучення. Результати цього аналізу представлені у табл. 6 .

Таблиця 6

Розчинність гумінових та фульвових кислот у гуматі калію

Примітка: навішування гумату калію після обробки розчинниками у співвідношенні 1: 10 залишали на добу, після чого розчини зливали і калориметрично в них визначали вміст гумінової кислоти. В якості стандарту» брали розчин, який видобувають при кип'ятінні 2% розчином K OH, в якому визначали титр по вуглецю.

Дані таблиці показують, що гумінова і фульва кислота в гуматі калію знаходиться в полідисперсному стані. З агрономічної точки зору надзвичайно важливим є те, що навіть на холоді в такі розчинники, як вода, переходить така кількість гумінової та фульвової кислоти, яка може бути джерелом живлення фізіологічно активними органічними сполуками.

У зв'язку з тим, що в такій полідисперсній системі, як гумінова і фульва кислота, завжди можливі взаємні переходи з одного ступеня дисперсності в іншу, є підстави вважати, що в міру використання найбільш розчинних форм гумінової кислоти вони будуть поповнюватися за рахунок інших фракцій.

Що ж до іншої можливості, тобто зворотного переходу гумінової та фульвової кислоти з найбільш розчинних форм у менш розчинні, то ця небезпека нам надається не дуже значно принаймні для каштанових ґрунтів півдня України. Справа в тому, що високодисперсні форми гумінової та фульвової кислоти при малих концентраціях виявилися дуже стійкими до коагуляції. Однак концентрація засвоюваних форм гумінової та фульвової кислоти, яка буде створюватися в ґрунтовому розчині при внесенні в ґрунт гумату калію, насамперед залежить від складу ґрунтових катіонів. Цю обставину слід враховувати як при аналізі ефективності гумінових препаратів на різних ґрунтах, так і при уточненні технології для різних ґрунтів. Наші нормативи було розроблено для всіх областей України.

У зв'язку з тим, що азот і фосфор, що входять до складу гумінових препаратів, покликані служити джерелом мінеральної їжі в початковому періоді розвитку рослин, виникла необхідність встановити, як ці елементи засвоюватимуться рослинами.

Для того, щоб відповісти на це питання, у 2020 р. було закладено вегетаційний досвід у піщаних та ґрунтових культурах.

Досвід у піщаних культурах закладався на суміші, де фосфор давався у вигляді буферної суміші Соренсена. У суміші азот та фосфор послідовно заміщалися на азот та фосфор гумату калію. Останній вносився, виходячи із вмісту в ньому розчинних 0,5n H ₂ SO ₄ форм цих елементів. У ґрунтових культурах добрива давали з розрахунку 0,15 г засвоюваного азоту та фосфору на 1 кг ґрунту. Мінеральні добрива вносили у вигляді сульфат-амонію та суперфосфату. Усі добрива у випадках змішувалися з усім обсягом грунту.

Для того, щоб вивчити дію вже готового препарату Гумат Калію + Фосфор «Agro.Bio» як стимулятора росту або те ж саме, як джерела живлення рослин фізіологічно активними органічними речовинами, в досвід був введений ще один варіант. У ньому гумат калію в кількості 20 г на посудину вносився локально (під корінь) на тлі повної поживної суміші або «NP» у ґрунтовій культурі. Так як ця доза гумату калію містила деяку кількість фосфору та азоту, то до цього варіанту був дано додатковий контроль, в якому мінеральні речовини, еквівалентно вмісту їх у гуматі калію, також вносилися локально.

Досвідчена культура – помідори, повторність 4-кратна, ємність судин: піску – 12 кг, ґрунту – 9 кг. Полив вироблявся до 70% повної вологоємності водопровідною водою. Набивання судин було зроблено 13.04. 2020 р., посадка розсади - 10 травня. Результати досвіду у піщаних культурах представлені у табл. 7.

Таблиця 7

Ефективність гумату калію як джерело живлення та стимулятора зростання

(З вегетаційного досвіду з помідорами в піщаних культурах 2020 р)

Примітка: Досвід не був доведений до повного плодоношення та прибраний після почервоніння плодів першого кисті.

З табл. 7 видно, що гумат калію, внесений як джерело азоту та фосфору, засвоюється рослинами не гірше, ніж із мінеральних добрив. Те, що врожай за цим варіантом дещо вищий за відповідні мінеральні контролі, не дає ще права говорити про підвищену засвоюваність рослинами цих добрив, тому що це явище може пояснюватись і тим, що гумат калію вносився з розрахунку не загального вмісту поживних речовин у ньому, а розчинних 0,5 n H ₂ SO ₄ .

Особливо різко позначився вплив Гумату Калію + Фосфор «Agro.Bio» на врожай помідорів при внесенні його на тлі повної поживної суміші. Однак слід зазначити, що отриманий ефект у цьому варіанті також не можна віднести лише за рахунок власне стимулюючого впливу цього добрива. Тут зіграла свою роль, і інша сторона дії гумінових добрив, а саме їх значення як буферної системи при підвищенні осмотичного тиску в ґрунтовому розчині.

У цьому досвіді ми спостерігали, що рослини варіанта, в якому гумат калію був внесений локально, з перших днів після пересадки розсади в посудину відчували себе чудово, тоді як внесення навіть невеликих кількостей мінеральних добрив під корінь досить довго пригнічувало розсаду. Результати досвіду у ґрунтовій культурі представлені в табл. 8.

Як бачимо, загалом дані дослідів у ґрунтових культурах узгоджуються з даними досвіду в піщаних культурах, і висновки останніх можуть бути поширені і на цей досвід.

Нами неодноразово зауважувалося, що гумінова і фульва кислота сприяє використанню фосфору рослиною. Для того, щоб перевірити, чи таке ж впливає гумат калію, було проведено ще один досвід у піщаних культурах, в якому як індикатор замінили ізотоп фосфору—Р ³² .

Таблиця 8

Ефективність гумату калію як джерела мінерального харчування та стимулятора росту рослин

(Вегетаційний досвід з помідорами у ґрунтових культурах 2020 р.)

Цей досвід був закладений паралельно вище описаному, за тією ж методикою, тільки у варіантах -гумат калію як джерело фосфатного харчування та мінеральний контроль до нього, в момент набивання судин внесли Р ₃₂ у вигляді розчину солі К ₂ НРО ₄ з розрахунку 100 Cu на судина.

Так як досвід розраховували довести до плодоношення для того, щоб підняти активність препаратів наприкінці досвіду, 28 липня рослини були додатково полити розчином К ₂ НРО ₄ з розрахунку 50. Cuна судина. Відлік імпульсів у препаратах зробили 26 липня та 28 серпня. Препарати готували шляхом висушування тканин різних органів рослин при температурі 110° С. Проби для відліків брали після ретельного подрібнення матеріалу.

Таблиця 12

Вплив гумату калію на надходження Р ³² у рослину

(З досвіду з помідорами у піщаних культурах 2020р.)

Імпульсів на 100 мг сухої речовини за хвилину

Видно, що гумат калію не тільки сприяє успішному надходженню фосфору в рослину, а також позначається на розподілі Р ³² його органах. Якщо більш ранній період розвитку помідорів під впливом гумату калію посилюється відтік Р ³² в листя, то більш пізньої стадії розвитку, коли рослина плодоносить, він підвищує приплив фосфору в плоди.