Шаблон статьи
Скачать статью в pdf.УДК 631.82
DOI: 10.15507/2658-4123.032.202204.504-519
Приборное и методологическое обеспечение диагностики потребности растений в элементах питания
Гуреев Иван Иванович
заведующий лабораторией Курского ФАНЦ (305021, Российская Федерация, г. Курск, ул. Карла Маркса, д. 70б), доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5995-3322, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Аннотация
Введение. Минеральные удобрения, без которых невозможны интенсивные технологии производства сельскохозяйственных культур, являются дорогостоящим и экологически небезопасным ресурсом, загрязняющим почву и продукты земледелия при избыточном внесении. Поэтому использовать удобрения необходимо исходя из диагностических данных потребности растений. Цель исследования – приборное и методологическое обеспечение современной функциональной диагностики потребности растений в элементах питания, ориентированной на активизацию процесса фотосинтеза.
Материалы и методы. Предложено в процессе диагностики многочисленные промежуточные пластиковые пробирки со смесью постоянных компонентов (хлористого натрия, суспензии хлоропластов и краски Тильманса) вариантов диагностического раствора заменить эластичной единой светозащитной емкостью. Однородная смесь в единой емкости исключает ошибку концентрации компонентов раствора, сопутствующую многоразовому формированию смесей в промежуточных пробирках. Это позволило уменьшить количество однотипных операций заполнения пипеточными дозаторами промежуточных пробирок, повторяющихся для каждой смеси элементов. Исследования выполнены в 2021–2022 гг. с использованием механических пипеточных дозаторов «Ленпипет» Thermo Fisher Scientific (Финляндия) − 10 мл, «Ленпипет Колор» − 100 мкл и «Ленпипет Колор» − 200 мкл. Погрешность их определяли на электронных весах ВК-600.
Результаты исследования. С применением инновации возросла достоверность ди- агностических данных вследствие уменьшения ошибки концентрации компонентов в растворе смеси в среднем на 8,6 %. Кроме того, снизились затраты времени на выполнение диагностики в 1,7 раза, что в условиях ограниченного времени жизни хлоропластов благоприятно сказалось на получении достоверных данных.
Обсуждение и заключение. Достоверные данные диагностики потребности растений в элементах питания позволят сэкономить удобрительные ресурсы, а также повысить качество производимой сельскохозяйственной продукции, не загрязненной избыточными элементами питания.
Ключевые слова: функциональная диагностика, достоверность, элементы питания, хлоропласты, фотохимическая активность, оптимизационная программа
Финансирование: исследование выполнено на базе ФГБНУ «Курский ФАНЦ» в рамках государственного задания № FGZU-2022-0005.
Благодарности: автор выражает признательность анонимным рецензентам, объективные замечания которых способствовали повышению качества статьи.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Гуреев И. И. Приборное и методологическое обеспечение диагностики потребности растений в элементах питания // Инженерные технологии и системы. 2022. Т. 32, № 4. С. 504–519. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202204.504-519
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
Поступила 27.07.2022; одобрена после рецензирования 10.10.2022;
принята к публикации 17.10.2022
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Revisiting Fertilizers and Fertilization Strategies for Improved Nutrient Uptake by Plants / P. S. Bindraban [et al.] // Biology and Fertility of Soils. 2015. Vol. 51, Issue 8. P. 897–911. doi: https://doi.org/10.1007/s00374-015-1039-7
2. Krasilnikov P., Taboada M. A., Amanullah. Fertilizer Use, Soil Health and Agricultural Sustainability [Электронный ресурс] // Agriculture. 2022. Vol. 12, Issue 4. doi: https://doi.org/10.3390/agriculture12040462
3. Gonova O. V., Malygin A. A. Economic and Mathematical Methods and Their Practical Application in Agrochemical Experiment [Электронный ресурс] // Journal of Agriculture and Environment. 2021. Vol. 1, Issue 17. doi: https://doi.org/10.23649/jae.2021.1.17.6
4. Nanotechnologies for Increasing the Crop Use Efficiency of Fertilizer-Micronutrients / C. M. Monreal [et al.] // Biology and Fertility of Soils. 2016. Vol. 52, Issue 3. P. 423–437. doi: https://doi.org/10.1007/s00374-015-1073-5
5. Lukin S. V., Zhuikov D. V. Content and Balance of Trace Elements (CO, MN, ZN) in Agroecosystems of the Central Chernozemic Region Russia [Электронный ресурс] // Agriculture. 2022. Vol. 12, Issue 2. doi: https://doi.org/10.3390/agriculture12020154
6. Assessing the Impact of Soil Degradation on Food Production / P. S. Bindraban [et al.] // Current Opinion in Environmental Sustainability. 2012. Vol. 4, Issue 5. P. 478–488. doi: https://doi.org/10.1016/j.cosust.2012.09.015
7. Improving Yield and Nitrogen Use Efficiency through Alternative Fertilization Options for Rice in China: A Meta-Analysis / W. Ding [et al.] // Field Crops Research. 2018. Vol. 227. P. 11–18. doi: https://doi.org/10.1016/j.fcr.2018.08.001
8. Use of a Colloidal Solution of Metal and Metal Oxide-Containing Nanoparticles as Fertilizer Soybean Productivity / L. Batsmanova [et al.] // Journal of Central European Agriculture. 2020. Vol. 21, Issue 2. P. 311–319. doi: https://doi.org/10.5513/JCEA01/21.2.2414
9. Plant-Mediated Synthesis of Nanoparticles and Their Antimicrobial Activity against Phytopathogens / J. A. Hernández-Díaz [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 101, Issue 4. P. 1270–1287. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.10767
10. Ingle A. P., Gupta I. Role of Metal-Based Nanoparticles in Plant Protection // Nanotechnology in Plant Growth Promotion and Protection: Recent Advances and Impacts ; Ed. by A. P. Ingle. John Wiley & Sons Ltd., 2021. P. 220–238. doi: https://doi.org/10.1002/9781119745884.ch11
11. Feed the Crop Not the Soil: Rethinking Phosphorus Management in the Food Chain / P. J. A. Withers [et al.] // Environmental Science & Technology. 2014. Vol. 28, Issue 12. P. 6523–6530. doi: https://doi.org/10.1021/es501670j
12. Iodine Bio Fortification of Wheat, Rice and Maize through Fertilizer Strategy / I. Cakmak [et al.] // Plant and Soil. 2017. Vol. 418, Issue 1–2. P. 319–335. doi: https://doi.org/10.1007/s11104-017-3295-9
13. Spraying High Concentrations of Chelated Zinc Enhances Zinc Biofortification in Wheat Grain / M. Xu [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 102, Issue 9. P. 3590–3598. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.11705
14. Беляев Н. Н., Дубинкина Е. А. Продуктивность сортов озимой пшеницы в зависимости от применения микроудобрения Аквадон-Микро // Земледелие. 2013. № 6. С. 45–47. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=20446189 (дата обращения: 20.07.2022).
15. Цыганков В. И. Влияние удобрения Акварин 5 на урожайность и качество озимой пшеницы // Земледелие. 2007. № 6. С. 21. URL: http://jurzemledelie.ru/arkhiv-nomerov/6-2007 (дата обращения: 20.07.2022).
16. Лазарев В. И., Золотарева И. А., Шершнева О. М. Способы применения микробиологических препаратов Гуапсин и Трихофит на озимой пшенице // Земледелие. 2014. № 2. С. 23–24. URL: https://clck.ru/32VFav (дата обращения: 20.07.2022).
17. Sharifi A. Remotely Sensed Vegetation Indices for Crop Nutrition Mapping // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2020. Vol. 100, Issue 14. P. 5191–5196. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.10568
18. Modern Imaging Techniques in Plant Nutrition Analysis: a Review [Электронный ресурс] / D. Li [et al.] // Computers and Electronics in Agriculture. 2020. Vol. 174. doi: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105459
19. Photosynthesis of Winter Effectively Reflected Multiple Physiological Responses under Short-Term Drought-Rewatering Conditions / Q. Mu [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 102, Issue 6. P. 2472–2483. doi: https://doi.org/10.1002/jsfa.11587
20. Effects of Potassium Deficiency on Photosynthesis, Chloroplast Ultrastructure, ROS, and Antioxidant Activities in Maize (Zea Mays L.) / Q. Du [et al.] // Journal of Integrative Agriculture. 2019. Vol. 18, Issue 2. P. 395–406. doi: https://doi.org/10.1016/S2095-3119(18)61953-7
21. Федотов Г. Н., Шалаев В. С., Батырев Ю. П. Микроорганизмы почв и стимуляторы прорастания семян // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2019. Т. 11, № 1. С. 47–64. doi: https://doi.org/10.12731/2658-6649-2019-11-1-47-64
22. Meta-Analysis Approach to Assess the Effects of Soil Tillage and Fertilization Source under Different Cropping Systems / M. Allam [et al.] // Agriculture. 2021. Vol. 11, Issue 9. doi: https://doi.org/10.3390/agriculture11090823
23. Способ обеспечения растений минеральными элементами : патент 952168 СССР / Плешков А. С., Ягодин Б. А. № 2970658/30-15 ; заявл. 31.07.1980 ; опубл. 23.08.1982. 4 с.
24. Абдуазимов А. М., Вафоева М. Б. Влияние суспензии различного компонента на биохимический состав листа озимой пшеницы // Life Sciences and Agriculture. 2020. Т. 2, № 2. С. 82–85. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43790945 (дата обращения: 20.07.2022).
25. Pahmeyer C., Kuhn T., Britz W. ‘Fruchtfolge’: a Crop Rotation Decision Support System for Optimizing Cropping Choices with Big Data and Spatially Explicit Modeling [Электронный ресурс] // Computers and Electronics in Agriculture. 2021. Vol. 181. doi: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105948
26. Способ диагностики потребности растений в минеральных элементах питания : патент 2541310 Российская Федерация / Гуреев И. И. Опубл. 10.02.2015.
27. Гуреев И. И., Жердев М. Н., Брежнев А. Л. Технологии выращивания ячменя с использованием микроэлементных удобрений и регуляторов роста // Земледелие. 2015. № 3. С. 34–36. URL: https://clck.ru/32VHA3 (дата обращения: 20.07.2022).
28. Гуреев И. И., Жердев М. Н., Брежнев А. Л. Совершенствование агротехнологии выращивания озимой пшеницы с использованием удобрений, содержащих микроэлементы // Земледелие. 2016. № 8. С. 25–28. URL: https://clck.ru/32VHCP (дата обращения: 20.07.2022).
29. Программа для оптимизации питания растений по данным функциональной листовой диагностики : свидетельство о регистрации программы № 2021617738 / Гуреев И. И. Опубл. 19.05.2021.
30. Способ листовой диагностики потребности растений в минеральных элементах питания : патент 2780843 Российская Федерация / Гуреев И. И. Опубл. 04.10.2022.
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
