Способ увеличения урожайности зерновой культуры тритикале путем опрыскивания водным раствором пероксида водорода и циклогексанона надземной части растений в период поздней вегетации Российский патент 2023 года по МПК A01G22/20 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при выращивании зерновых культур, в частности, тритикале, путем опрыскивания растений водным раствором экологически чистого пероксида водорода и циклогексанона в период поздней вегетации растений.

Известно, что пероксид (перекись) водорода (Н₂О₂) - уникальное низкомолекулярное соединение, играющее существенную роль в жизнедеятельности растений (Комиссаров Г.Г. «Фотосинтез: физико-химический подход» - Москва: Едиториал УРСС, 2003, раздел 3.3. «Пероксид водорода - источник фотосинтетического кислорода (водорода)», с. 154-170). Источником пероксида водорода для растения является природная вода и атмосфера (Домрачев Г.А., Селивановский Д.А., Стунжас П.А., Диденкулов И.Н., Родыгин Ю.Л., Вакс В.Л. «Эффективность образования пероксида водорода и радикалов воды в природе», Препринт ИПФ РАН №537. Нижний Новгород, 2000. 35 с).

Так, концентрация Н₂О₂ в дождевой воде в Московском регионе России с 1874 по 1894 год составила 0,4-1,0 мг/л (11,8…29,4 мкмоль/л) (Энциклопедический словарь Брокгауза Ф.А., Эфрона И.А., статья «Перекись водорода». - СПб., 1898. Том XXIII. С. 215). В морском дожде в районе Западной Атлантики установлено колебание концентрации пероксида водорода от 84×10^-7 до 206×10^-7 моль/л (8,4…20,6 мкмоль/л), а в районе Мексиканского залива - 114х10^-7…820×10^-7 моль/л (11,4…82,0 мкмоль/л) при среднем ее значении соответственно 127×10^-7 и 402×10^-7 моль/л (12,7 и 40,2 мкмоль/л) (Cooper W.J., Saltzman E.S., Zika R.G. «The contribution of rainwater to variability in surface ocean hydrogen peroxide», Journal of Geophysical Research, 1987. V. 92. P. 2970-2980. DOI: 10.1029/JC092iC03p02970), что приближается к параметрам дождевой воды в Московском регионе России.

Для получения пероксида (перекиси) водорода через надсерную кислоту используют электрохимический метод. Известен также метод органического жидкофазного окисления изопропилового спирта. Получаемый продукт отвечает требованиям, согласно ГОСТ 177-88 «Водорода перекись. Технические условия». Высококонцентрированный раствор Н₂О₂ содержит токсические стабилизаторы (серная кислота, мышьяк и другие), добавляемые для замедления разложения пероксида водорода, которые не позволяют использовать его в растениеводстве.

Однако известны способ и устройство получения экологически чистого раствора пероксида водорода из воды, с получение продукта, пригодного для стимуляции роста и развития растений, (RU 2773011 C1, WO 2022/019795 А1).

Наиболее близким и принятым за прототип является способ повышения урожайности озимой пшеницы с помощью экологически чистого водного раствора пероксида водорода природной концентрации (Стребков Д.С., Будник М.И., Душков В.Ю., Апашева Л.М., Лобанов А.В., Овчаренко Е.Н., Турбин В.В., Розанцев М.В., Беляков A.M., Кулик К.Н. «Повышение урожайности озимой пшеницы с помощью экологически чистого водного раствора пероксида водорода природной концентрации», Вестник Российской сельскохозяйственной науки, 2022. №4. С. 64-67. DOI: 10.31857/2500-2082/2022/4/64-67). Экологически чистый водный раствор пероксида водорода, использованный в способе-прототипе, был получен без использования химических стабилизирующих добавок на основе высокоэнергетического бесконтактного воздействия на дистиллированную воду стримерами высоковольтного электрического разряда (Стребков Д.С, Будник М.И., Апашева Л.М., Лобанов А.В., Овчаренко Е.Н. «Получение экологически чистых растворов пероксида водорода при высокоэнергетическом бесконтактном воздействии на воду и их применение», БФФХ-2020: материалы XV международной научной конференции, Севастополь, 14-16 сентября 2020 г. - Севастополь, 2020. С. 191-192).

В данном способе повышения урожайности озимой пшеницы применяли несколько вариантов воздействия экологически чистых водных растворов пероксида водорода природной концентрации, а именно: проводили предпосевную обработку семян и опрыскивание растений в период поздней вегетации, а также только обработку семян и только опрыскивание растений в период поздней вегетации. Наиболее высокие результаты были достигнуты при совместном использовании двух видов обработки; при этом максимальное повышение урожайности составило 81% по сравнению со средней урожайностью по области (региону). Однократное применение экологически чистого водного раствора пероксида водорода приводило к уменьшению показателей урожайности зерновой культуры по сравнению с двукратной обработкой.

Недостатком способа-прототипа является необходимость двукратной обработки растений экологически чистым водным раствором пероксида водорода для существенного увеличения урожайности зерновой культуры. Так, однократное опрыскивание озимой пшеницы в поздний вегетационный период экологически чистым водным раствором пероксида водорода природной концентрации (5 мкмоль/л, или 0,17 мг/л) без предпосевной обработки семян привело к повышению урожайности всего лишь на 31% по сравнению с контролем, то есть без опрыскивания, что является существенно более низким результатом по сравнению с двукратной обработкой озимой пшеницы.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа повышения урожайности зерновых культур при однократном опрыскивании водным раствором надземной части растений в поздний период вегетации.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать однократное опрыскивание надземной части зерновых культур в поздний период вегетации водным раствором, полученным в результате растворения циклогексанона в экологически чистом водном растворе пероксида водорода.

Технический результат, достигаемый в результате однократного опрыскивания надземной части растений в поздний период вегетации, заключается в повышении урожайности зерновых культур.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения урожайности зерновых культур проводят однократное опрыскивание надземной части растений в поздний период вегетации в срок не менее чем за 1 месяца до начала уборки урожая водным раствором, полученным в результате растворения циклогексанона в экологически чистом водном растворе пероксида водорода в диапазоне концентраций от 500 мкмоль/л (или 17 мг/л), до 5 мкмоль/л (или 0,17 мг/л) в соотношении 1:300.

Способ повышения урожайности зерновых культур путем однократного опрыскивания надземной части растений в поздний период вегетации в срок не менее чем за 1 месяца до начала уборки урожая водным раствором, полученным в результате растворения циклогексанона в экологически чистом водном растворе пероксида водорода реализуется следующим образом.

Получаемый экологически чистый водный раствор пероксида водорода при высокоэнергетическом бесконтактном воздействии на дистиллированную воду стримерами высоковольтного электрического разряда, не содержит стабилизирующих добавок и каких-либо внешних примесей, имеет кислую среду, так как одним из механизмов образования пероксида водорода из воды под действием физических факторов является фотодиссоциация, то есть распад молекул воды с образованием свободных радикалов:

H₂O+hv→H*+OH*;

OH*+hv→H*+O*,

при взаимодействии с водой и друг с другом (H₂O+O*→H₂O₂; ОН*+ОН*→H₂O₂) радикалы образуют пероксид водорода, а оставшиеся свободные ионы водорода обеспечивают кислотность среды.

Одним из ключевых механизмов, обеспечивающих рост и развитие растений при применении экологически чистого водного раствора пероксида водорода, является образование из H₂O₂ кислорода, что однозначно доказал в своих исследованиях Schlegel (цит. по Douglass W.C. «Hydrogen Peroxide -Medical Miracle», Rhino Publishing, S.A., 2003. Chapter 7. P. 64), а кислород ускоряет метаболизм в растениях, что и приводит в поздний вегетационный период к активации процессов метаболизма и, в конечном итоге, более высоким показателям урожайности культурных растений.

Известен циклогексанон, который представляет собой органическое соединение, а именно: алициклический кетон с химической формулой С₆Н₁₀О. Имеет вид бесцветной маслянистой жидкости с запахом ацетона и мяты. Растворим в воде - 5,8% (по объему), при этом вода также растворима в циклогексаноне - 9,9% (по объему) (Лупанов П.А. Циклогексанон // Химическая энциклопедия: в 5-ти томах. Гл. ред. Зефиров Н.С.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. Том 5: Триптофан - Ятрохимия. С. 366).

Для достижения цели настоящего изобретения готовится водный раствор, содержащий экологически чистый пероксид водорода и циклогексанон. Известно (Гайфуллин А.А., Тунцева С.Н., Гайфуллин Р.А., Харлампиди Х.Э. «Получение пероксида циклогексанона с использованием пероксидсодержащих сточных вод», Вестник Казанского технологического университета, 2012. Том 15. №23. С. 26-30), что при взаимодействии циклогексанона пероксидом водорода в водной кислой среде образуются следующие химические соединения: 1,1'-дигидропероксидицикло-гексилпероксид и 1-гидрокси-1'-гидропероксидициклогексилпероксид, являющиеся источником активного кислорода. Этот факт может объяснять высокую активность предлагаемого состава для обработки растений в период вегетации.

Пример реализации и эффективности предлагаемого способа проводили на зерновой культуре тритикале, являющейся перспективной растительной культурой, выведенной методом селекции на основе скрещивания пшеницы с рожью (Дьячук Т.И., Акинина В.Н., Жилин СВ., Хомякова О.В., Барнашова Е.К., Калашникова Э.В., Окладникова В.П. «Гаплоидия тритикале in vitro (обзор литературы)», Зерновое хозяйство России, 2022. №1(79). С. 39-45. DOI: 10.31367/2079-8725-2022-79-1-39-45), в полевых условиях на опытных участках ФГБНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока» (г. Саратов).

Объектом исследований являлась зерновая культура тритикале сорта «Зубр» (Дьячук Т.И., Акинина В.Н., Жилин С.В. и др. Новый сорт озимой тритикале Зубр. Аграрный научный журнал. 2022. №6. С. 19-22). Эксперимент проведен на озимых посевах тритикале сезона 2021-2022 годов на опытных стандартных делянках площадью ~1 м² каждая. Посев производился во 2-й декаде июля 2021 года. В течение сезонного выращивания посевы обрабатывали с использованием стандартных методов агротехники, разработанных для озимых зерновых культур, выращиваемых в климатических условиях Юго-Восточного региона (Прянишников А.И., Гапонов С.Н., Лящева С.В. и др. Озимые культуры. Саратов: ФГБНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока», 2017. 37 с).

Обработку надземной части растений водным раствором экологически чистого пероксида водорода и циклогексанона производили методом однократного опрыскивания в 3-ей декаде июня 2022 года. Расход готового раствора составил - 300 мл на каждый опытный стандартный участок (~1 м²). Обработку проводили в сухую безветренную погоду. Уборку культуры произвели в 3-ей декаде июля 2022 года. Оценка урожайности проведена по установлению количества полученного зерна гравиметрическим методом. Расчет увеличения урожайности производили в процентах по отношению к контрольной делянке, где для опрыскивания растений использовали дистиллированную воду.

Экологически чистый водный раствор пероксида водорода получали при высокоэнергетическом бесконтактном воздействии на дистиллированную воду стримерами высоковольтного электрического разряда, с образованием продукта концентрацией 500 мкмоль/л (или 17 мг/л), имеющий рН~3.

Циклогексанон получали в соответствии с ГОСТ 24615-81 высшего сорта. Растворение циклогексанона в экологически чистом водном растворе пероксида водорода проводили в соотношении 1:300.

Пример 1.

В распылитель помещали 300 мл водного раствора, содержащего циклогексанон и экологически чистый водный раствор пероксида водорода с концентрацией 500 мкмоль/л (или 17 мг/л) в соотношении 1:300. Производили однократное опрыскивание надземной части растений тритикале на опытной стандартной делянке площадью ~1 м². После завершения периода созревания (в срок, не менее 1 месяца после обработки) производили сбор и переработку культуры с применением специализированного комбайна. При взвешивании установлено, что масса зерна составляет - 1,178 кг. Повышение урожайности по отношению к контролю (0,668 кг) составило 71% по массе.

Пример 2. В распылитель помещали 300 мл водного раствора, содержащего циклогексанон и экологически чистый водный раствор пероксида водорода с концентрацией 50 мкмоль/л (или 1,7 мг/л) в соотношении 1:300. Производили однократное опрыскивание надземной части растений тритикале на опытной стандартной делянке площадью ~1 м². После завершения периода созревания (в срок, не менее 1 месяца после обработки) производили сбор и переработку культуры с применением специализированного комбайна. При взвешивании установлено, что масса зерна составляет - 1,230 кг. Повышение урожайности по отношению к контролю (0,668 кг) составило 79% по массе.

Пример 3. В распылитель помещали 300 мл водного раствора, содержащего циклогексанон и экологически чистый водный раствор пероксида водорода с концентрацией 5 мкмоль/л (или 0,17 мг/л) в соотношении 1:300. Производили однократное опрыскивание надземной части растений тритикале на опытной стандартной делянке площадью ~1 м². После завершения периода созревания (в срок, не менее 1 месяца после обработки) производили сбор и переработку культуры с применением специализированного комбайна. При взвешивании установлено, что масса зерна составляет - 1,280 кг. Повышение урожайности по отношению к контролю (0,668 кг) составило 86% по массе.

Пример 4.

Контрольный эксперимент.

В распылитель помещали 300 мл дистиллированной воды. Производили однократное опрыскивание надземной части растений тритикале на опытной стандартной делянке площадью ~1 м². После завершения периода созревания (в срок, не менее 1 месяца после обработки) производили сбор и переработку культуры с применением специализированного комбайна. При взвешивании установлено, что масса зерна составляет - 0,668 кг.

Таким образом, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, обеспечивает значительное повышение урожайности зерновой культуры тритикале (до 86% по массе) при использовании однократной простой операции, заключающейся в опрыскивании надземной части растений водным раствором на основе циклогексанона и экологически чистого водного раствора пероксида водорода в период поздней вегетации, что является высокоэффективным агротехническим приемом по существенному увеличению урожайности зерновых культур.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выращиванию зерновой культуры тритикале. Способ заключается в проведении однократного опрыскивания надземной части растений раствором, получаемым при смешении циклогексанона с водным раствором экологически чистого пероксида водорода. При этом пероксид водорода используется в диапазоне концентраций от 5 мкмоль/л до 500 мкмоль/л, а соотношение циклогексанон / водный раствор пероксида водорода составляет 1:300. Техническим результатом является увеличение урожайности зерновых культур. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ увеличения урожайности зерновой культуры тритикале, включающий опрыскивание в поздний период вегетации, отличающийся тем, что опрыскивание надземной части растений производят однократно раствором, содержащим экологически чистый пероксид водорода в концентрации от 5 мкмоль/л до 500 мкмоль/л и циклогексанон, добавляемый к водному раствору пероксида водорода в соотношении - 1:300.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опрыскивание надземной части растений проводят однократно в срок не менее 1 месяца до начала уборки урожая раствором.