Механизмы влияния гуминовых препаратов на физиолого-биохимические процессы, происходящие в растениях

1. Механизмы влияния гуминовых препаратов на физиолого-биохимические процессы, происходящие в растениях

Механизмы влияния гуминовых
препаратов на физиологобиохимические процессы,
происходящие в растениях
Александр Иванович Попов
Кафедра почвоведения и экологии почв
Институт наук о Земле СПбГУ

2. Инновационное направление растениеводства

В соответствии с методологией биологической
коррекции,
регулирование
процессов
метаболизма
растений
осуществляется
с
помощью
использования
биологических
препаратов и жидких комплексных органоминеральных питательных смесей.
Внесение
этих
питательных
смесей
осуществляется
с
помощью
некорневых
обработок сельскохозяйственных культур.

3. Инновационное направление растениеводства

Характерная особенность питательных органоминеральных смесей состоит в том, что их
основу
составляют
гуминовые
вещества,
которые являются безбаластными (то есть не
содержат липидов) и находятся в наиболее
доступной для растений форме.

4. Цель презентации –

объяснить на основе анализа научной
литературы
экспериментальных
и
собственных
данных
влияние
гуминовых веществ на биохимические и
биофизические процессы, протекающие в
растениях.

5. Актуальные задачи управления продукционным процессом растений:

достижение оптимальной продуктивности
сельскохозяйственных культур,
управление
физиолого-биохимическими
процессами в трофосистеме почва-растение,
разработка новых агротехнических приёмов,
позволяющих восполнить содержание микрои
макроэлементов
в
продукции
растениеводства, а также предупредить
накопление тяжёлых металлов как в почвах,
так и в растениях.

6. Традиционное управление производственным потенциалом агропочв

Минеральные
удобрения
Органические
удобрения
Отчуждение
с урожаем
Сельскохозяйственные культуры
Подвижные формы
элементов минерального
питания
Минеральная
часть почвы
Минерализация
Пожнивные остатки,
сидераты и органические
удобрения
Почвенная органоминеральная матрица
Гумус

7. Управление продукционным процессом сельскохозяйственных культур

Улучшение
условий роста
культурных
растений
Дополнительное
обеспечение культурных
растений элементами
минерального питания
Повышенное внимание балансу азота
и зольных элементов в агроэкосистемах

8. Успехи в этом направлении значительны, но такой подход конечен и имеет свои ограничения.

Успехи в этом направлении значительны,
но такой подход
ограничения.
конечен
и
имеет
свои
Воображение рисует быстрое решение многих
проблем земледелия на основе химизации и
кажется,
что
о
плодородии
почв
известно
многое, тем не менее, выясняется, что нельзя
быть уверенным даже в некоторых, на первый
взгляд, неоспоримых вопросах.

9. Вопросы, касающиеся взаимодействия растений и почвы, как систем

Наиболее часто почву рассматривают как
некий
субстрат,
позволяющий
растениям
механически закрепиться и получать из него
необходимые биофильные элементы и воду.
Правомочно ли с позиции биоценологии и
трофологии рассматривать функциониро-вание
растений в отрыве от почвы? Или всё же
правильнее считать растения и почву единой
трофосистемой?

10. С позиций трофологии, система почва-растение образует двойную трофическую цепь, в которой почва, как подсистема, выполняет

С позиций трофологии, система почварастение образует двойную трофическую цепь,
в которой почва, как подсистема, выполняет
трансформационно-трофическую функцию.

11. Трофическая система почва–растение

12. Вопросы теории питания растений

Общепринятой точкой зрения является
теория минерального питания растений.
В то же время в научной литературе, начиная
с конца 19-го столетия и по настоящее время,
имеется
огромное
число
фактов,
подтверждающих
поглощение
высшими
зелёными растениями органических веществ
естественного,
искусственного
и
даже
синтетического происхождения.

13. Вопросы теории питания растений

Случайно ли это поглощение органических
молекул зелёными сосудистыми растениями?
Кем же являются растения: облигатными
автотрофами
или
факультативными
гетеротрофами?

14. Точки зрения на питание растений в XIX веке:

Растение
Растение
ГВ и
зольные
элементы
А
Б
Опад и
отпад
Опад и
отпад
CO2
Гумус
А – приверженцев
Гумус
Растение
Опад и
отпад
Точки зрения
на питание растений
в XIX веке:
В
CO2,
зольные
элементы
"фототрофной" теории;
Б – А. Д. Тэера и его
последователей
(гумусовая теория);
В – Ю. Либиха и его
Гумус
Растение
ГВ
Опад и
отпад
Гумус
Г
CO2,
зольные
элементы
последователей (теория
минерального питании);
Г – Я. А. Линовского
(теория органического и
минерального питания).

15. Ещё в первой половине 20-го века была продемонстрирована возможность поступления сложных органических молекул

Ещё в первой половине 20-го века была
продемонстрирована возможность поступления
сложных
органических
(гетероолиго(поли)меров)
молекул
в
растения
непосредственно через корневую систему или
посредством микоризы и их дальнейшее участие
в процессах метаболизма.

16. С позиций трофологии, зелёные сосудистые растения можно рассматривать как организмы, способные поглощать и ассимилировать

С позиций трофологии, зелёные сосудистые
растения можно рассматривать как организмы,
способные
органические
гуминовые
почвы.
поглощать
и
соединения,
вещества,
ассимилировать
в
том
числе
непосредственно
из

17. Для растений наиболее благоприятен мюлль-гумус (мюллевый, или тонкий гумус).

Участие почвенной биоты в
трансформации органического материала
Мезофауна
Для растений
(размер тела 2-200 мм и больше)
Членистоногие
Прочие
Дождевые черви
наиболее
благоприятен
Микроскопические беспозвоночные
(размер тела не больше 2 мм)
Членистоногие
Круглые черви
мюлль-гумус
Прочие
(мюллевый,
Комплекс микроорганизмов и грибов
Прокариоты
Протисты
или тонкий
Грибы
гумус).
Трансформация органического материала
Модер
гумус
Мор
гумус
Мюлль
гумус

18. Но химизация земледелия привела к тому, что мюллевый гумус в пахотных почвах практически не образуется, вследствие отсутствия в

них дождевых червей.

19. Существование случаев потребления и усвоения растениями органических соединений значительно расширяет представление о питании

Существование
усвоения
соединений
случаев
растениями
значительно
потребления
и
органических
расширяет
представление о питании растений и о путях
регулирования их продукционного процесса.

20. Вопросы, связанные с управлением продукционным процессом растений и его оптимизацией

Обычно по величине урожая оценивают
плодородие почв. Справедлив ли такой
подход?
Каковы
факторы,
обуславливающие продукционный процесс
растений?
Чем,
воздействовать?
на
что
и
как

21. Факторы, влияющие на продукционный процесс зелёных сосудистых растений

Климатические факторы, влияющие на рост и развитие растений
Физиологически активная радиация (световой режим)
Газовый состав (соотношение CO2 и O2)
Факторы,
влияющие на
продукционный
процесс
зелёных
сосудистых
растений
Давление
Температура
Осадки
Чувствительность транспортной системы растений
к колебаниям температуры и атмосферного давления
Фотосинтез
Скорость оттока
продуктов фотосинтеза
Пропускная
способность
Продукционный
процесс растений
Обеспечение циркуляции
растворов
Поступление
питательных
веществ
Скорость поглощения
пищевых веществ
транспортной
системы
растений
Физиологические особенности растений
Запас
необходимых
растениям
пищевых веществ
Окислительновосстановительный режим
Биологическая
активность
Почвенные
факторы,
влияющие на
рост и развитие
растений
Кислотный
и солевой
режимы
Водный,
воздушный
и тепловой
режимы
Почвенные условия, обеспечивающие поступление
влаги и пищевых веществ из почвы в растения

22. Продукционный процесс растений зависит не только от климатических условий и потенциальных возможностей производст-венного

Продукционный процесс растений зависит не
только
от
климатических
потенциальных
венного
возможностей
потенциала
агропочв,
условий
и
производстно
и
от
физиологических
особенностей
растений,
частности
пропускной
способности
от
транспортной системы растений.
в

23. Важным направлением в области регуляции урожайности и скорости развития растений является выяснение точек приложения отдельных

Важным направлением в области регуляции
урожайности
является
отдельных
и
скорости
выяснение
факторов,
продукционный процесс.
развития
точек
растений
приложения
ограничивающих

24. Воздействие на продукционный процесс растений должно быть множественным – по возможности направленным на максимальное

количество лимитирующих факторов.
Чем полнее создаётся комплекс необходимых
растениям условий, тем выше урожай и лучше
качество продукции растениеводства.

25. Использование природных механизмов функционирования трофосистемы почва-растение – главная задача ресурсосбе-регающего

Использование
функционирования
растение
регающего
–
природных
трофосистемы
главная
задача
управления
процессом растений.
механизмов
почва-
ресурсосбе-
продукционным

26. Предлагаемая методология управления продукционным процессом культурных растений опирается на следующие теоретические положения:

почва и растения образуют единую трофическую
(пищевую) систему,
зелёные
сосудистые
растения
помимо
неорганических
соединений
биофильных
элементов
способны
также
поглощать
и
ассимилировать
различные
органические
соединения, в частности гуминовые вещества,
плодородие почв – следствие биологического
круговорота биофильных элементов в системе
почва-растение.

27. Влияние гумусовых соединений на рост и развитие растений обусловливается их разносторонними свойствами.

В соответствии с нашей точкой зрения,
биологическая активность ГВ определяется:
наличием в этих соединениях
разнообразных функциональных групп,
компонентным составом,
коллоидными свойствами.

28. Гуминовые вещества – полифункциональные полиамфолиты

Доноры и акцепторы
катионов
Доноры и
акцепторы
электронов
Доноры и акцепторы
анионов
Гуминовые
вещества –
кислотноосновный
комплекс
Комплексообразователи
Доноры и
акцепторы
ионов
водорода

29. Влияние гуминовых веществ, как полиамфолитов, на биохимические реакции в растениях

Выполнение роли
противоионов для
катионов
(снижение нитратов)
Участие в реакциях
окисления и
восстановления
Образование
хелатов с макро- и
микроэлементами
Снижение негативного
действия ядовитых
веществ и соединений
Гуминовые
вещества –
кислотноосновный
комплекс
Влияние на:
- синтез ATФазы и
транспортного
белка,
- осмотическое
давление,
- биоэлектрические
реакции,
- межклеточную
диффузионную
связь,
- противодействие
подщелачиванию
Усиление или ослабление действия ферментов
и некоторых регуляторов роста растений

30. Компонентный состав гуминовых веществ обуславливает как физиологическую активность этих соединений, так и их потенциальную

Компонентный состав гуминовых веществ
обуславливает
как
активность
соединений,
этих
потенциальную
источником
физиологическую
возможность
структурных
биологических макромолекул.
так
и
их
служить
фрагментов

31. Влияние компонентного состава гуминовых веществ на физиолого-биохимические процессы в растениях

Увеличение митотического индекса
Ускорение
биосинтеза
Гуминовые
вещества –
гетеро(олиго)
полимеры
«Экономия» энергии
Снижение
мутаций

32. Влияние гуминовых веществ на экспрессию генов в растениях

33. Синтез структурного фрагмента лигнина в растении

2 молекулы
3 молекулы
глюкозы
глюкозы
Окисление
105
…
HC=CHCOOH
коричная кислота
(один из структурных
фрагментов лигнина)
молекул
АТФ
В случае поглощения и
усвоения
ГВ
растения
«экономят» энергию, и, чем
больше величина «сэкономленной» энергии, тем лучше
себя «чувствуют» растения и
меньше болеют.

34. Гуминовые вещества  коллоидные дисперсии

Гуминовые вещества коллоидные
дисперсии
Диаметр диспергированных частиц
ГВ находится в интервале от 102 до
Внешний вид
гуминовых веществ
сапропеля
103 нм.
Гуминовые
вещества
как
коллоидные дисперсные системы
обладают электроповерхностными
и
поверхностно-активными
свойствами.
Гуминовые вещества, как коллоиды, обуславливают
гидрофильно-гидрофобные
и
электростатические
взаимодействия на границе раздела фаз.

35. Поверхностно-активные свойства гуминовых веществ оказывает влияние на:

гидрофилизацию стенок проводящей системы,
пиноцитоз,
биоэлектрические реакции,
вязкость протоплазмы,
свойства клеточной стенки,
проницаемость межклеточных коммуникаций,
селективность клеточных мембран,
ионофорное (мембранотропное) действие,
поверхностное натяжение и вязкость растворов
внутри растений.

36. Гуминовые вещества, как поверхностно активные соединения, способны уменьшать угол смачиваемости

Вода + ГВ
Вода
> 90o
Гидрофобная
поверхность
< 90o
Гидрофобная
поверхность
Вода
Вода + ГВ
Пора
Восковая кутикула
Пора
Восковая кутикула
Поэтому предпосевная обработка семян способствует
более быстрому попаданию влаги в семена и, как
результат, приводит к дружности всходов

37. Поступление гуминовых веществ в растения способствует:

оптимизации дыхания и фотосинтеза,
облегчению
транспорта
и
питательных веществ в растениях,
ускорению протекания биосинтеза,
«экономии» энергии, тем самым увеличению
синтеза фитонцидов и фитоалексинов –
нативных средств защиты растений,
снижению мутаций, индуцибельной экспрессии
генов, увеличению митотического индекса.
круговорота

38. Участие гуминовых веществ в метаболизме растений

Г
Участие
гуминовых
веществ в
метаболизме
растений
У
М
И
Н
О
В
Полиамфолиты
(кислотно-основный комплекс)
Дыхание
Е
В
Осмотическое
давление
Воздействие
на функции
клеточных
мембран
Фотосинтез
Влияние на
клеточные стенки и
каналы проводящей
системы
Хелатные соединения
Е
Щ
Е
С
Т
Коллоидные
дисперсии
Образование гуминовоорганических комплексов
Транспорт и
циркуляция
пищевых
веществ
Противоионы для
катионов
Ы
В
А
Г е т е р ополимеры
Присутствие
физиологически
активных соединений
Экспрессия
генов
Митоз
и мейоз
Биосинтез
Реологические
свойства жидкой
фазы
Детоксикация ксенобиотических
веществ и соединений
Оптимизация роста, развития и продуктивности растений

39. Множественное действие гуминовых веществ на биофизические и биохимические процессы, происходящие в растениях

40. Один из эффективных и экономически оправданных методов управления продукционным процессом растений, позволяющий компенсировать

Один
из
эффективных
оправданных
экономически
методов
продукционным
позволяющий
и
процессом
компенсировать
управления
растений,
недостаток
мюллевого гумуса в почвах, – некорневая
обработка
посевов
растворами
гуминовых
веществ.
Эффект усиливается при добавлении в раствор
гуминовых
микроэлементов.
веществ
соединений

41. Инновационное направление растениеводства

Поэтому в растворы удобрения «НИВА»
добавляется
инициальное
количество
основных элементов минерального питания
растений (N:P:K = 1:1:1) и полный комплекс
микроэлементов (Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Co, Mo, B, I
и S), которые находятся в стабильном
растворённом состоянии.
Ионы хлора (Cl–) отсутствуют.

42. В этом случае усиление продукционных процессов растений может объясняться прямым воздействием в результате участия гуминовых

веществ
в
биохимических
и
биофизических процессах, протекающих в
растениях.

43.

Правомочность
этого
подтверждается
способа
полевыми
опытами
производственных
условиях,
проводились
течение
в
в
которые
лет
22
на территории Ленинградской, Тамбовской,
Курской,
Орловской,
Волгоградской
и
проводились
на
Астраханской областей.
То
есть
испытания
агродерново-подзолистых
агросерых
почвах,
почвах,
агрочернозёмах,
агрокаштановых почвах и агросерозёмах.

44. Величина прибавки урожая сельско-хозяйственных культур составляла 15-35 %, а в некоторых случаях и более, при этом качество

Величина
прибавки
урожая
сельско-
хозяйственных культур составляла 15-35 %, а
в некоторых случаях и более, при этом
качество
получаемой
улучшалось.
продукции
также

45. Результаты многолетнего производствен-ного применения удобрения «Нива»

Овёс
min
Рис
max
Арбуз
Результаты
многолетнего
производственного применения
удобрения
«Нива»
Томаты
Дыня
Ячмень
Столовая свёкла
Капуста
Картофель
Подсолнечник
Огурец
Люпин
Морковь
Кукуруза
0
20
40
60
80
Прибавка к урожаю, %

46. Влияние некорневой обработки раствором гуминовых веществ на урожайность овощей и картофеля (АОЗТ «Всеволожское», Ленинградская

область)
Контроль,
ц/га
Опыт,
ц/га
Прибавка,
%
Морковь
«Лосиноостровская»
464
573
23
Капуста белокочанная
«Краутман»
400
530
32
Капуста белокочанная
«Колобок»
390
548
40
Свекла столовая
«Болтарди»
249
343
38
Картофель «Луговской»
213
319
49
Культура и сорт

47. Содержание белка в зерне кукурузы

Содержание, %
8
7
6
5
Контроль
Опыт

48. Содержание белка в зерне ячменя

Содержание, %
14
13
12
11
10
9
Контроль
Опыт

49. Содержание белка в многолетних травах

Содержание, %
10
9
8
7
6
5
Контроль
Опыт

50. Содержание сахара в корнеплодах кормовой свёклы

Содержание, %
6
5
4
3
Контроль
Опыт

51. Содержание нитратов в корнеплодах кормовой свёклы

Содержание, мг/кг
Содержание нитратов в корнеплодах
кормовой свёклы
1700
1500
1300
1100
900
700
500
Контроль
Опыт

52. Высота побегов сельскохозяйственных культур (Малайзия)

Высота, см
100
Контроль
80
Опыт
60
40
20
0
Тыква
Перец
чили
Каркаде
Папайя
Ананас
Драгонфрут

53. Количество плодов на 10 растениях земляники (Малайзия)

Количество плодов,
штук на 10 растениях
Количество плодов на 10 растениях
земляники (Малайзия)
25
20
15
10
5
0
Контроль
Опыт

54. Количество плодов на 10 растениях томатов (Малайзия)

Количество плодов,
штук на 10 растениях
Количество плодов на 10 растениях
томатов (Малайзия)
100
90
80
70
Контроль
Опыт

55. Производственные испытания в 2013-2014 годах

Урожай, т/га
Контроль
Опыт
Прибавка урожая
т/га (%)
38,0
52,5
14,5 (38,2)
Сахарная свёкла
42,0
54,6
19,2 (30,0)
Яровой ячмень
Морковь
1,60
1,98
0,38 (23,8)
28,8
48,0
19,2 (66,7)
24,6
31,4
6,8 (27,6)
Картофель
22,0
25,0
3,0 (13,6)
Картофель
18,0
21,0
3,0 (16,7)
Картофель
16,0
18,0
2,0 (12,5)
Яровой ячмень
1,77
2,31
0,54 (30,5)
1,8
2,5
0,7 (38,9)
Культура
Картофель
Картофель
Дыня
Регион
Тамбовская
область
Волгоградская
область
Астраханская
область

56. Производственные испытания в 2013-2014 годах

Культура
Регион
Урожай, т/га
Контроль
Опыт
Прибавка
урожая т/га (%)
30,2
7,6 (33,6)
2,95
0,26 (9,7)
3,17
0,48 (17,8)
4,13
0,62 (17,7)
0,81 (23,1)
0,25 (10,7)
0,32 (13,7)
0,90 (30,0)
Люцерна на
зелёную массу
Краснодарский
край
2,26
Яровая пшеница
Орловская
область
2,69
Яровой ячмень
3,51
Яровой ячмень
2,34
Яровой ячмень
3,00
4,32
2,59
2,66
3,90
Озимая пшеница
5,00
5,80
0,80 (16,0)
5,93
7,00
1,07 (18,0)
1,87
1,98
0,11 (5,8)
Озимая пшеница
Соя бобы
Курская область

57. Использование гуминовых препаратов позволяет:

оптимизировать рост и развитие растений за
счет улучшения питания,
увеличить
коэффициент
минеральных удобрений,
создать
необходимые
под
конкретную
культуру пропорции макро- и микроэлементов,
активизировать деятельность ризосферных
микроорганизмов и микоризных грибов.
использования

58. Влияние гуминовых веществ на физиолого-биохимические процессы, происходящие в растениях, наиболее ярко проявляется вследствие:

различных стрессовых нарушений гомеостаза
одновременного поступления с биофильными
микроэлементами
недостаточного обогащения растений
лигнином

59. Управление продукционным процессом сельскохозяйственных культур

Продукция (урожайность) растениеводства
Продукционный процесс сельскохозяйственных растений
Поступление питательных
веществ в растения
Запасы питательных
веществ,
необходимых
растениям, в почве
Некорневая
обработка
растений
Сорняки, возбудители болезней и вредители
сельскохозяйственных растений
Воздушно-водно-тепловой,
окислительновосстановительный и
кислотный режимы почвы
Химизация
почв
Мелиорация
земель
Пожнивные и
послеуборочные
остатки
Сидераты
Защита
растений
Видовое разнообразие почвенных организмов
Сельскохозяйственные
животные
Потребитель
ОТХОДЫ
Биологическая
переработка
Различные
типы
компостов
Количество и качественный состав органического вещества почв
угнетающее или неблагоприятное воздействие
Химическая
переработка
Гуминовые
вещества

60. Таким образом, высокая биологическая активность ГВ играет важную роль в обеспечении высокой биологической продуктивности

Таким
образом,
активность
обеспечении
ГВ
высокая
играет
высокой
биологическая
важную
роль
в
биологической
продуктивности системы почва растение.

61. Инновационное направление растениеводства

Кроме того, питательные органо-минеральные
смеси хорошо сочетаются с биологическими
средствами защиты растений: инсектицидами,
фунгицидами и бактерицидами.
Экспериментальные результаты показали, что
биологический
вместе
с
инсектицид
гуминовым
Битоксибациллин
удобрением
оказался
весьма эффективным против даже минирующих
насекомых.

62. Благодарю за внимание!