Разработка теоретических основ современных систем земледелия и их элементов в различных регионах РоссииНИР

Development of theoretical bases of modern farming systems and their elements in different regions of Russia

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Агроэкологическая оценка различных сортов картофеля в условиях Московской области. Поиск зависимостей между свойствами почв и спектрами отражения. Влияние гуминовых веществ на токсичность наночастиц по отношению к высшим растениям
Результаты этапа: Результаты работы 2016 г.: – при размножении картофеля микроклубнями в условиях теплицы максимальное количество миниклубней с 1 куста можно получать со среднеранних и ранних сортов (10–15 шт./куст), тогда как для среднепоздних сортов эта величина значительно меньше (4,7 шт./куст); – из исследованных сортов картофеля наибольшее число миниклубней товарной фракции было получено для сорта Лилея (3,1 шт./куст) и Импала (2,8 шт./куст); наименьший выход клубней данной фракции был отмечен у сорта Жуковский (0,3шт./куста); – наибольшей урожайностью характеризовался среднеранний сорт Лилея белорусская; – установлена зависимость между содержанием органического углерода и спектральной отражательной способностью образцов в видимом и инфракрасном диапазоне; – выявлено, что наилучшие результаты для предсказания содержания органического углерода в антропогенно-ненарушенных гумусовых горизонтах получены при использовании коэффициента отражения Карманова (R2 = 0,4076); – показано, что корреляция содержания органического углерода в пахотных горизонтах и спектральные отношения дают низкий уровень при объяснении варьирования этого содержания: R2 в этом случае составляет около 0,21-0,22; – выявлено, что индекс NDVI способен объяснить около 26 процентов варьирования содержания органического углерода исследованных образцах почвы (R2 = 0,26). – показана возможность использования съемки отражательной способности верхнего гумусового горизонта для оперативного определения содержания органического углерода для целей сельскохозяйственного, агроэкологического и почвенного картографирования. Однако при проведении таких работ требуется разработка, калибровка и настройка методик; – наноалмазы активно сорбируются корнями растений, и только их незначительная часть поступает в надземную часть растений; – в присутствии гуминовых кислот аккумуляция наноалмазов растениями снижается, в то время как внесение фульвокислот не оказывает влияния на этот процесс или приводит к его усилению; – снижение или усиление аккумуляции наноалмазов растениями пшеницы в присутствии гуминовых веществ определяется изменением коллоидной стабильности наноалмазов под действием гуминовых веществ; – наноалмазы детонационного синтеза могут ингибировать фотосинтез растений в условиях недостаточного или избыточного освещения; – гуминовые вещества способны снижать негативное влияние наноалмазов на фотосинтез растений; гуминовые кислоты характеризуются более выраженной детоксицирующей активностью, чем фульвокислоты.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Использование гуминовых препаратов при выращивании безвирусного картофеля по биологизированной технологии. Использование многомерных статистических методов для анализа динамики почвенного покрова (на примере Брянского Ополья). Взаимодействие наночастиц с почвами различных типов
Результаты этапа: Целями этапа 2017 г. было: (1) использование гуминовых препаратов при выращивании безвирусного картофеля по биологизированной технологии; (2) использование многомерных статистических методов для анализа динамики почвенного покрова (на примере Брянского Ополья); (3) взаимодействие наночастиц с почвами различных типов. На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы: – наибольший положительный эффект от применения гумата калия при выращивании миниклубней из микроклубней достигается при двукратной обработке (замачивание микроклубней и опрыскивание растений в фазу бутонизации–цветения) картофеля; применение гумата калия увеличивало продуктивность куста картофеля за счет стимулирования клубнеобразования и выхода стандартной фракции; – методами многомерного статистического анализа показано, что многолетнее применение высоких доз фосфорных и калийных удобрений способствует увеличению разнообразия почвенных условий на пахотных землях; – сорбция природоподобных наночастиц серебра, стабилизированных гуминовыми веществами, зависит от типа почвы и сопровождается разрушением почвенных коллоидов, по-видимому, вследствие деструкции почвенного органического вещества. Поставленные на 2017 г. задачи выполнены полностью. Полученные результаты могут быть рекомендованы к применению в областях, связанных с получением экологически чистого картофеля для внедрения на производственных полях (УОПЭЦ МГУ «Чашниково», ОАО «Агрофирма Сосновка») и прогнозе изменения состояния почвенного покрова (Брянская обл.). Научно-технический уровень выполненной НИР соответствует мировому уровню работ в данной области, о чем свидетельствуют публикации результатов НИР в ведущих российских и зарубежных изданиях, а также доклады на российских и международных конференциях.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Использование эпибрассинолидов при выращивании безвирусного картофеля по биологизированной технологии. Оценка динамики растительных ассоциаций на залежах с помощью космических снимков сверхвысокого разрешения (на примере Брянской области). Влияние наночастиц на биологическую активность почв
Результаты этапа: Проведено исследование влияния эпибрассинолидов при выращивании безвирусного картофеля по биологизированной технологии. Полученные результаты показали, что после переноса в открытый грунт картофеля в открытый грунт наилучшая приживаемость была у растений на варианте с замачиванием в препарате Эпин-экстра: к 10-му дню приживается 97% высаженных растений, к 30-му их число снижается до 93%. Наибольшая длина стеблей в фазу бутонизации (54,8 см) была у картофеля на варианте с предпосадочной обработкой клубней препаратом Эпин-экстра и опрыскиванием растений, наименьшая (50,1 см) – на контроле. Полученные данные позволяют сделать вывод, что применение препарата Эпин-экстра увеличивает продуктивность куста картофеля с 25% до 81% по сравнению с контролем. Максимальная прибавка урожая, почти в 4 раза, отмечена в варианте с обработкой эпин-экстра при опрыскивании растений в фазу бутонизации. Оценка динамики растительных ассоциаций на залежах с помощью космических снимков сверхвысокого разрешения (на примере Брянской области) показала, что степень связи между картами индекса вегетации NDVI максимальна (коэффициент корреляции превосходит 0,95), если снимки сделаны в близкие даты разных лет. При увеличении интервала между снимками степень связи понижается практически до нулевых значений (пример – май 1987 и 2018 гг), хотя геометрический паттерн территории меняется мало. Однако для снимков июня-июля темп снижения существенно ниже и степень связи даже может возрастать. Индекс SAVI аналогичную тенденцию. Обнаруженная закономерность может проявляться на разных участках по-разному. Так, на лесных участках коэффициенты корреляции целенаправленно уменьшаются со временем, а на полевых – могут даже возрастать. Предложен набор факторов, определяющих нарушение связей между вегетационными индексами на исследуемой территории. Для оценки влияния наночастиц серебра на биологическую активность почв оценивали изменение лабильного органического вещества под действием наночастиц серебра (AgНЧ). Вне зависимости от типа почвы при взаимодействии с AgНЧ наблюдали увеличение содержания лабильного органического вещества (до 224–335%) во всем исследованном диапазоне концентраций наночастиц. Установлено, что повышение содержания лабильного органического вещества обусловлено ростом рН на 1-2 ед. после внесения AgНЧ, а также процессами окисления, инициируемыми AgНЧ. Об этом свидетельствовало возрастание Eh на 60-120 мВ при добавлении AgНЧ. На основании установленной высокой окисляющей способности AgНЧ высказано предположение об их токсичности, подтвержденное методом биотестирования на проростках пшеницы.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Использование сидератов при выращивании безвирусного картофеля по биологизированной технологии. Выявление масштабных эффектов при анализе баз данных о почвенных свойствах. Исследование влияния компонентов водных вытяжек из почв на основные характеристики наночастиц, которые могут определять их поведение в окружающей среде
Результаты этапа: На основании проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы: – запашка горчицы белой в качестве сидерата приводит к повышению урожайности ранних и среднеранних сортов картофеля на 2,2–10,1 т/га в зависимости от сорта, что составляет в среднем 13%; – распределения валового содержания исследованных элементов (SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, N2O, K2O, TiO2, P2O5) в почвах, за исключением Al2O3, в той или иной степени отличаются от нормального, однако могут быть приведены к нормальному путем логарифмического преобразования; вариограммы валового состава почв транзитивные, т.е. при данных пространственных масштабах имеется расстояние (ранг), начиная с которого рост дисперсии свойства останавливается; ранги возрастают от 35 км до 1600 км в ряду: Fe2O3~P2O5<<Na2O~K2O~CaO<MnO<TiO2<MgO<<Al2O3<<SiO2; – при взаимодействии наноалмазов с компонентами почвенного раствора происходит рост средневзвешенного гидродинамического диаметра наноалмазов с 24 нм до 69–683 нм и падение дзета-потенциала с –22 мВ до –(11.2–19.5) мВ; полученные результаты позволяют сделать вывод, что в почвах следует ожидать коагуляцию и снижение подвижности наноалмазов вследствие их взаимодействия с водорастворимыми компонентами почв; исключение могут составлять солонцы, где можно предположить возможность увеличения миграционной способности наноалмазов, модифицированных водорастворимыми компонентами этой почвы. Поставленные на 2019 г. задачи выполнены полностью. Полученные результаты могут быть рекомендованы к применению в областях, связанных с получением экологически чистого картофеля для внедрения на производственных полях (УОПЭЦ МГУ «Чашниково», ОАО «Агрофирма Сосновка») и прогнозе изменения состояния почвенного покрова. Научно-технический уровень выполненной НИР соответствует мировому уровню работ в данной области, о чем свидетельствуют публикации результатов НИР в ведущих российских и зарубежных изданиях, а также доклады на российских и международных конференциях.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Обобщение результатов по использованию нетрадиционных органических удобрений при выращивании безвирусного картофеля. Исследование пространственной структуры почвенных свойств в области экотонов. Поиск связей между основными физико-химическим характеристикам почв и их связывающей способности по отношению к наночастицам
Результаты этапа: Целями работы было проведение исследований в трех направлениях: (1) разработка технологий получения качественного посевного материала на примере биологизированной технологии выращивания безвирусного картофеля и изучение биологической активности препаратов, способствующих повышению адаптогенного потенциала растений в условиях стресса; (2) разработка подходов к анализу временной и пространственной изменчивости почвенного покрова сельскохозяйственных угодий на основе установления границ применимости отдельных математических уравнений, позволяющих оценивать качество почв по данным дистанционного зондирования; (3) разработка методических подходов к прогнозированию последствий загрязнения почв сельскохозяйственного использования новыми экотоксикантами на основе исследования взаимодействия экотоксикантов с почвами и их компонентами. В рамках направления (1) на основании проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы и разработаны следующие рекомендации производству картофеля с использованием биологизированных технологий: – при размножении картофеля микроклубнями в условиях теплицы максимальное количество миниклубней с 1 куста можно получать со среднеранних и ранних сортов (10–15 шт./куст), тогда как для среднепоздних сортов эта величина значительно меньше (4.7 шт./куст); из исследованных сортов картофеля наибольшее число миниклубней товарной фракции было получено для сорта Лилея (3.1 шт./куст) и Импала (2.8 шт./куст); наименьший выход клубней данной фракции был отмечен у сорта Жуковский (0.3 шт./куст); – наибольший эффект применения гумата калия на картофеле отмечается при его применении при замачивании микроклубней картофеля при посадке и опрыскивании по листу в фазы бутонизации и цветения. Рассада картофеля, микроклубни которой предварительно замачивали в растворе препарата гумат калия в концентрации 1 мл/л, были более адаптированы к естественным условиям. Применение гумата калия увеличивало продуктивность куста картофеля на 72–100% за счет увеличения коэффициента размножения, стимулирующего клубнеобразование, и выхода стандартной фракции (9–45 мм); – замачивание микроклубней препаратом Эпин-экстра в концентрации 1 мл/250 мл воды повышает способность к адаптации припересадки из теплицы в открытый грунт. Предпосадочная обработка микроклубней картофеля препаратом Эпин-экстра (1 мл/250 мл) с последующим опрыскиванием растений в фазу бутонизации – начала цветения (1 мл/5 л воды) приводит к увеличению числа стеблей растения и высоты растений. Применение раствора эпибрассинолида в спирте (0.025 г/л) в период вегетации на картофеле стимулирует клубнеобразование, увеличивает коэффициент размножения на 30–80% и приводит к увеличению продуктивности сорта в 3–4 раза по сравнению с контролем; – запашка горчицы белой в качестве сидерата приводит к повышению урожайности ранних и среднеранних сортов картофеля на 2.2–10.1 т/га в зависимости от сорта. Прибавка урожая при применении сидерата не зависит от урожайности сорта и в среднем составляет 13%; – на основании проведенных исследований разработаны рекомендации производству картофеля с использованием биологизированных технологий, включая (1) рекомендации по использованию гумата калия и Эпин-экстра как препаратов, обладающих адаптогенным действием, стимулирующих развитие растений и способствующих усвоению питательных веществ; (2) рекомендации по оздоровлению сортов картофеля путем использования схемы: 1 год – посадка микроклубней в теплицу с пересадкой растений в открытый грунт по типу рассады послед после достижения ими высоты 10–15 см (получение миниклубней и клубней первого полевого поколения), 2 год – посадка микроклубней и клубней первого полевого поколения (получение из микроклубней клубней первого полевого поколения и супер-суперэлиты), 3 год – получение элиты; (3) рекомендации по использованию агроприемов, ограничивающих распространение вирусной инфекции в полевых условиях: изолирование растений первого полевого поколения от других посадок картофеля, создание условий быстрого роста и развития растений с помощью стимуляторов роста в первоначальный период вегетации путем предпосадочное проращивания, пересадки растений из теплицы в поле в виде рассады и соблюдения оптимальных сроков посадки микроклубней, проведение фитопрочисток, уменьшение риска заражения семенного материала от фитофторы и других инфекций и ускорение созревание клубней для получения максимальной семенной товарности путем удаления ботвы у картофеля. В рамках направления (2) на основании проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы и разработаны следующие подходы к анализу временной и пространственной изменчивости почвенного покрова сельскохозяйственных угодий: – дистанционное зондирование позволяет обнаружить связь между отражением в красном канале и содержанием органического вещества почвы, однако степень выраженности (коэффициенты детерминации) зависят от многих условий, в том числе, от качества поверхности. При благоприятных условиях коэффициенты детерминации для таких связей могут превышать 0.40, однако в большинстве случаев они лежат в диапазоне 0.2–0.30, т.е. объясняют не более 20–30% совместного варьирования. По-видимому, степень связи может быть улучшена при использовании серии снимков, полученных в разные моменты времени, однако их совместное использование требует калибровки и настройки; – показано, что степень связей между разногодичными картами вегетационных индексов (NDVI, SAVI и др.) максимальна (коэффициент корреляции превосходит 0.95), если снимки сделаны в близкие даты разных лет во время вегетационного периода. При увеличении временного интервала между картами степень связи может понижается практически до нулевых значений. Существование такого локального временнóго минимума корреляций свидетельствует о смене направления воздействия на рассматриваемую территорию, что можно связать с «забрасыванием» и последующим возвращением к интенсивной обработке сельскохозяйственных угодий. Однако связь может быть выявлена при помощи анализа Фурье – преобразованных снимков, что позволяет рекомендовать этот анализ для мониторинга структуры территории. Показано, что доступные космические снимки могут быть использованы для мониторинга распространения борщевика Сосновского; – при помощи многомерного статистического анализа данных о характеристиках рельефа, дистанционного зондирования и агрохимических свойств на участки территории в Удмуртской Республике и Брянской области были построены цифровые почвенные карты и карты отдельных свойств почв. Сравнение цифровых карт между собой показало, что около 55% территории классифицируются всеми методами единообразно. Наименьший процент неопределенности при классификации наблюдается для участков сельскохозяйственных полей, расположенных, в основном, на выровненных территориях с углами наклона поверхности до 3 градусов. Наибольший процент неопределенности при классификации выявлен для территорий под лесной растительностью и для территорий балок и оврагов. Сравнение с картой, выполненой сотрудниками Уралгипрозема в 1984 г., показало, что в целом доли и границы основных почвенных типов на данной территории не претерпели существенных изменений за последние 30 лет, кроме дерново-глеевых и дерново-подзолистых намытых почв. Использование современных ГИС-систем в совокупности со снимком высокого разрешения и качественной топографической основой позволило произвести уточнение контуров почвенных выделов; – на примере геостатистического анализа валового состав верхнего слоя почв Европы демонстрируются масштабные эффекты. Выделенные однородные зоны для отдельных элементов не совпадают между собой. Поскольку валовый состав – одно из определяющих почвенных свойств, это ставит проблему гармонизации классификации почв и ее внутренних характеристик. В рамках направления (3) на основании проведенных исследований были получены следующие основные результаты и предложены следующие методические подходы: – сорбция НА почвами варьирует в широком диапазоне от 9.6 до 87.1 мг/кг; минимальная сорбция характерна для солонца, максимальная – для черноземов и каштановых почв. При взаимодействии НА с водорастворимыми компонентами почв происходит увеличение гидродинамического диаметра наночастиц и снижение абсолютных значений их дзета-потенциала до –11.2 до –19.5 мВ, что указывает на уменьшение коллоидной стабильности НА; исключение составил солонец, взаимодействие с водорастворимыми соединениями которого привело к значительному росту абсолютного значения дзета-потенциала (–34.5 мВ). На основании объединения данных по сорбции НА почвами и поведению НА в водных экстрактах почв предложена регрессионная модель, позволяющая предсказывать сорбцию НА почвами; значимые параметры, влияющими на сорбцию НА почвами, являются дзета-потенциал НА в водном экстракте, а также концентрация Fe и Si в водном экстракте. НА активно сорбируются корнями растений, и только их незначительная часть поступает в надземную часть растений. НА детонационного синтеза могут ингибировать фотосинтез растений в условиях недостаточного или избыточного освещения. В присутствии ГК аккумуляция НА растениями снижается, в то время как внесение ФК не оказывает влияния на этот процесс или приводит к его усилению. Снижение или усиление аккумуляции НА растениями пшеницы в присутствии ГВ определяется изменением коллоидной стабильности наноалмазов под действием ГВ. ГВ способны снижать негативное влияние наноалмазов на фотосинтез растений; ГК характеризуются более выраженной детоксицирующей активностью, чем ФК. – сорбция природоподобных AgНЧ, стабилизированных ГВ, зависит от типа почвы и варьируется в диапазоне 72–477 мг/кг почвы. Процесс сорбции–десорбции AgНЧ почвами характеризуется значительным гистерезисом и сопровождается разрушением почвенных коллоидов, по-видимому, вследствие окисления почвенного органического вещества. При взаимодействии AgНЧ с почвой происходит увеличение содержания лабильного органического вещества в 1.5–5 раз; возрастание выхода лабильного органического вещества из почвы под действием AgНЧ сопровождается ростом Eh на 75-124 мВ, что указывает на инициацию процессов окисления и токсичность наночастиц. Высказана гипотеза, что почвенное РОВ играет определенную роль буфера, предотвращающего окислительное действие AgНЧ; при этом принципиальным является не только абсолютное содержание РОВ, но и его качественный состав. Чем больше в РОВ содержится легкоокисляемых алифатических структур, тем больше будет способность РОВ предотвращать окисление органического вещества в составе почвенных агрегатов. AgНЧ, стабилизированные ГВ, обладают токсичностью по отношению к растениям, снижая поступление воды в надземную часть растений, уменьшая эффективность фотосинтеза и нарушая накопление питательных веществ в растениях; – на основании обобщения результатов проведенных исследований предложены методические подходы, которые необходимо учитывать при прогнозировании последствий загрязнения почв сельскохозяйственного использования наночастицами: (1) при прогнозировании подвижности наночастиц в почвах необходимо оценивать их взаимодействие с почвенными водорастворимыми компонентами, в частности, изменение электрокинетического дзета-потенциала; (2) при прогнозировании опасности для почв наночастиц, обладающих способностью разрушаться в условиях окружающей среды, необходимо проведение долгосрочных экспериментов, направленных на оценку трансформации почвенного органического вещества и почвенной структуры; (3) при прогнозировании токсичности наночастиц оценка острой токсичности может являться неинформативной и необходимо проведение долгосрочных экспериментов, направленных на оценку хронической токсичности; (4) при прогнозировании опасности наночастиц необходимо оценивать их поступление в сельскохозяйственные культуры. Поставленные в договоре задачи выполнены полностью. Полученные результаты могут быть рекомендованы к применению в областях, связанных с получением экологически чистого картофеля для внедрения на производственных полях и прогнозе изменения состояния почвенного покрова. Методические подходы, разработанные на основании изучения взаимодействия наночастиц с почвами и их компонентами, могут быть использованы при разработке паспортов безопасности агрохимикатов на основе наночастиц. Научно-технический уровень выполненной НИР соответствует мировому уровню работ в данной области, о чем свидетельствуют публикации результатов НИР в ведущих российских и зарубежных изданиях, а также доклады на российских и международных конференциях.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. таблицы, графики и уравнения к итоговому отчету 2020 Prilozhenie_k_otchetu_NIR_GB_0110_2020-116020110002-8.docx 14,8 МБ 9 декабря 2020 [kulikova]