Агрохимия, 2022, № 2, стр. 34-44

ВВЕДЕНИЕ

В результате разрушения крупных коллективных хозяйств и “фермеризации” сельского хозяйства произошло резкое ухудшение фитосанитарного состояния агроценозов картофеля. Один из основных приемов, способных эффективно контролировать фитосанитарное состояние посадок картофеля, – предпосадочная обработка клубней протравителями. В значительной степени получению высоких урожаев культуры препятствует широкое распространение болезней. Потери продукции при производстве картофеля от комплекса заболеваний в Западной Сибири могут достигать 45–80% [1].

Протравливание клубней помогает в борьбе с различными заболеваниями картофеля, например, с различными видами парши (ризоктониозом, серебристой), а также сухими фомозно-фузариозными и раневой водянистой гнилями, антракнозом, альтернариозом. Ассортимент протравителей, рекомендованных для применения на картофеле, включает однокомпонентные и двухкомпонентные препараты фунгицидного действия, а также комбинированные инсекто-фунгицидные средства защиты растений. Фунгициды, воздействуя на важные биохимические процессы в клетках возбудителей заболеваний, снижают запас инфекционного начала на клубнях, защищая растения картофеля от момента прорастания, а также в течение вегетации, что также предохраняет поражение болезнями клубней нового урожая [2].

Экологичность данного приема обеспечивается тем, что гектарная норма действующего вещества (д.в.) протравителей небольшая, быстро разлагается в почве и отсутствует в элементах урожая, это дает максимальный эффект при минимальном отрицательном влиянии на агроценоз [3]. Метод протравливания клубней картофеля нашел широкое применение еще и в связи с его высокой эффективностью. Например, в работе [4] приведены результаты многофакторого опыта с использованием таких протравителей как Максим, Престиж и ТМТД, и показано влияние протравливания посадочного материала на величину и качество урожая картофеля.

Цель работы – разработка экологически безопасных препаратов как в виде твердых дисперсий (ТД), образующих соответствующие супрамолекулярные комплексы, а также суспензионных препаратов на основе флудиоксанила, тебуконазола, карбендазима и тирама без применения традиционных формообразующих компонентов, а также изучение их биологической эффективности в период хранения клубней против сухих фомозно-фузариозных гнилей, во время вегетации растений в отношении ризоктониоза картофеля и их влияние на показатели продуктивности и урожайность культуры. Экологическая безопасность предлагаемых препаратов была обусловлена тем, что при их создании использованы такие растительные метаболиты как арабиногалактан (АГ) и глицирризиновая кислота (ГК), обладающие гепатопротекторными, мембранотропными и иммуностимулирующими свойствами и широким спектром лечебного действия [5, 6].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве фунгицидов были выбраны: флудиоксанил (ФДС), д.в. которого 4-(2,2-дифтор-1,3-бензодиоксол-4-ил)-пиррол-3-карбоновой кислоты. Бесцветные кристаллы. Растворимость (25°С) в воде – 1.8 мг/л [7]; тебуконазол (ТБК), д.в. которого (RS)-1р-хлорфенил-4,4-диметил-3-(1H-1,2,4-триазол-1-ил-метил)пентан-3-ил. Бесцветные кристаллы. Растворимость (25°С) в воде – 32.0 мг/л [8]; тирам (ТМТД), д.в. которого бис (диметилтиокарбамил)дисульфид. Кристаллическое вещество белого или кремового (желтовато-серого) цвета. Растворимость (25°С) в воде – 16.5 мг/л [8]; карбендазим (БМК), д.в. которого N-(бензимидазолил-2)-О-метилкарбамат. Кристаллическое вещество от серого или голубого до темно-коричневого цвета. Растворимость (25°С) в воде – 8.0 мг/л [9].

В качестве полимеров для механохимической модификации ФДС были выбраны следующие растительные метаболиты: арабиногалактан (АГ) из лиственницы сибирской Larix sibirica (ТУ 9363-021-39094141-08, серия 02042013); динатриевая соль глицирризиновой кислоты (Na₂ГК) от Shaanxi Pioneer Biotech Co., Ltd, КНР; натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) марки CEKOL 700 от компании СP Kelco, Финляндия.

Для получения ТД флудиоксанила с АГ и Na₂ГК (препараты 2 и 3) была применена технология совместной механообработки компонентов при массовом соотношении 1 : 9 в металлическом барабане измельчителя LE-101 с регулируемым энергонапряжением в условиях, описанных ранее [10].

Получение ТД состава ФДС : АГ = 1 : 9 проводили в металлическом барабане на 800 см³, установленном на валках мельницы LE-101 (Hungary). В барабан были загружены после предварительного перемешивания 10 г ФДС, 90 г АГ и 32 металлических шара (диаметр 25 мм, масса 54 г) и проводили механообработку в течение 3 ч при модуле процесса 1 : 17, скорости вращения валков 60 об./мин и загрузке барабана 55%. Продукт механообработки в виде ТД состава ФДС : : АГ = 1 : 9 был выгружен в виде сыпучего бежевого порошка (96 г) и представлял собой препарат 2 (табл. 1).

Препарат 1 – аналог препарата Максим, КС (25 г/л) готовили в виде суспензионного концентрата по ранее описанной методике [11] с некоторыми изменениями, а именно, в капролоновый барабан (емкостью 0.3 л) валковой мельницы LE-101 загружали последовательно 34.75 г 1%‑го водного раствора полимера (Na-КМЦ), 4.0 г неионогенного ПАВ (Твин 60) и 350 г металлических шаров (25 шаров с диаметром 12–15 мм) для проведения эффективного измельчения компонентов, их равномерного перемешивания и образования стабильной суспензии. Затем в смесь добавляли 10.0 г пропиленгликоля (ПГ). В полученную массу при перемешивании добавили 1.25 г ФДС и подвергали обработке в течение 2 ч при скорости вращения валков 60 об./мин. Выгрузили 42 г (выход 85%) суспензионного концентрата аналога препарата Максим, КС (25 г/л).

Растворимость ТД на основе ФДС определяли методом ВЭЖХ при следующих условиях: хроматограф жидкостной Agilent 1100 с аналитической колонкой Hypersil HyPURITY Elite C18 (150 × 4.6 мм, 5 мкм), температура колонки 30°С, детектор – диодно-матричный, элюент – ацетонитрил-ацетатный буфер рН 3.4 (1 : 1), скорость потока – 1 мл/мин, детектирование на длине волны 270 нм.

Суспензионные формы препаратов на основе ФДС с добавлением ТБК, ТМТД и БМК (препараты 4–7) готовили аналогично по ранее описанной методике [11]. Составы полученных ТД и СК представлены в табл. 1.

Эффективность вновь полученных препаратов сравнивали с эффективностью ранее полученных суспензионных препаратов 6 и 7, а также стандартов ТМТД и препарата Максим. Составы препаратов 1, 4–7 представлены в табл. 1.

Биологические испытания проведены в 2018–2019 гг., методика проведения биологических исследований описана ранее [10]. Полевые эксперименты проводили в соответствии с общепринятыми методиками [12].

В качестве химического контроля были выбраны фунгициды Максим, КС (25 г/л), и ТМТД, ВСК (400 г/л) в соответствии со Списком пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ [13]. Схема опыта по применению препаратов в период хранения и весной перед посадкой представлена в табл. 1.

В экспериментах изучали распространенность сухих гнилей в зимний период при обработке клубней протравителями перед закладкой на хранение [14]; особенности формирования фитосанитарной ситуации в посадках картофеля в отношении ризоктониоза при обработке клубней протравителями перед посадкой культуры [15], а также оценивали продуктивность растений картофеля под действием разработанных протравителей [14].

В связи с поставленными целью и задачами исследованияй объектами изучения были выбраны картофель (Solanum tuberosum L.), ризоктониоз картофеля (Rhizoсtonia solani Küch.), сухие гнили при хранении (Fusarium spp. и Phoma exiqua sp.).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Хроматограммы ВЭЖХ анализа исходного ФДС и его ТД представлены на рис. 1. Расчетные данные растворимости полученных ТД подтвердили значительное увеличение растворимости, и они представлены в табл. 2.

Рис. 1.

Хроматограммы ФДС и его ТД с растительными метаболитами (АГ и Na₂ГК).

Показано, что растворимость ФДС увеличилась в 4–8 раз по сравнению с исходным ФДС. Такое увеличение растворимости объясняется образованием соответствующих супрамолекулярных комплексов при растворении ТД в воде [16], и этот фактор ожидаемо должен был сказаться и на увеличении биологической эффективности этих ТД, т.к. включенные в состав препаратов растительные метаболиты (АГ и Na₂ГК), в связи с близостью своих структур к строению растительных мембран, облегчали проникновение ФДС в растительные объекты [17]. Аналогично, суспензионные препараты, являясь нанодиспергированными системами и обладая повышенной биодоступностью, должны проявлять высокую биологическую активность [18]. Проведенные в дальнейшем биологические испытания этих препаратов подтвердили высказанные предположения.

Исследование биологической эффективности инновационных препаратов показало, что более всего оздоравливал хранящийся картофель препарат 1, где фузариозных и фомозных гнилей практически не было (в 283 раза меньше, чем в контроле). Препараты 3 и 5 снизили количество гнилей хранения в 42.4 раза в сравнении с контрольным вариантом. Препараты 2, 4, 6 и 7 уменьшили весовую долю больных гнилями клубней в 17.0–22.9 раза. У коммерческих препаратов данный показатель составил 10.7–16.0 раз (табл. 3). Биологическая эффективность инновационных препаратов варьировала от 94.1 до 99.6, у стандартов она составила 90.7–93.7%.

Исследования показали, что разработанные препараты также были эффективны и против возбудителя ризоктониоза картофеля (рис. 2). В сравнении с контролем все экспериментальные препараты достоверно снижали развитие болезни в период всходов от 1.5 до 11.0 раза. К фазе бутонизации–начала цветения положительный эффект сохранился только в вариантах с препаратами 1 и 2. В этих случаях существенное снижение заболеваемости составило 1.3 раза. Химические стандарты в период всходов и бутонизации–начала цветения картофеля снижали развитие ризоктониоза по сравнению с контролем соответственно в 11.0 и 1.1 раза (ТМТД) и в 15.6 и 1.2 раза (препарат Максим) соответственно. Препарат Максим достоверно снижал развитие болезни в обеих фазах развития культуры, ТМТД – только в период всходов.

Рис. 2.

Влияние механохимически модифицированных препаратов на развитие ризоктониоза (НСР₀₅: фактор фаза развития – 1.4, фактор защита – 3.2, частных средних – 4.6; варианты: 1 – контроль, 2 – Максим – стандарт, 3 – ТМТД – стандарт, 4 – препарат 1, 5 – препарат 2, 6 – препарат 3, 7 – препарат 4, 8 – препарат 5, 9 – препарат 6, 10 – препарат 7. То же на рис. 3–8.

Изучение влияния препаратов на биометрические показатели культуры показало, что в период всходов между контрольным вариантом и вариантами с инновационными протравителями существенной разницы не наблюдалось, как и в случае между коммерческими и экспериментальными препаратами (рис. 3).

Рис. 3.

Влияние механохимически модифицированных препаратов на высоту растений картофеля (НСР₀₅ частных средних: фаза всходов – 3.5, фаза бутонизации–начала цветения – 5.0).

Та же закономерность была отмечена и в период бутонизации–начала цветения при сравнении высоты растений в контроле и в вариантах опыта. Исключение составил препарат 2, где данный показатель был достоверно больше в 1.1 раза.

Инновационные препараты, содержащие в своем составе флудиоксанил (препараты 1–5), также не оказывали стимулирующего действия на рост культуры в сравнении с протравителем Максим. В вариантах, где использовали экспериментальные протравители, в состав которых входил тирам (препараты 4–7), высота растений была достоверно больше в сравнении со стандартом ТМТД в 1.1–1.2 раза.

Модифицированные фунгициды оказывали влияние не только на высоту растений, но и на их биомассу (рис. 4). В период всходов картофеля практически все экспериментальные препараты (за исключением препарата 1) достоверно снижали массу одного стебля от 21.3 до 47.5 г (от 24.7 до 55.0%) в сравнении с контролем. Наиболее значимое влияние на снижение фитомассы – на 40.0–47.5 г/стебель (на 46.3–55.0%) – оказали фунгицидные составы 6 и 7. Коммерческие препараты Максим и ТМТД достоверно снижали данный показатель на 7.5 и 26.3 г/стебель (на 8.7 и 30.5%) соответственно. Экспериментальные препараты 2–5, содержащие в своем составе флудиоксанил, существенно уменьшали массу одного стебля в сравнении с препаратом Максим на 13.8–22.5 г (на 17.5–28.5%). Протравитель 1 в этом случае не влиял на данный показатель. Из композиций 4–7, имевших в составе тирам, на фитомассу повлияли только препараты 6 и 7, когда наблюдали значимое снижение показателя в сравнении с вариантом с ТМТД на 13.7–21.2 г/стебель (на 22.8–35.3%).

Рис. 4.

Влияние инновационных препаратов на фитомассу картофеля, г/растение (НСР₀₅ частных средних: фаза всходов – 5.8, фаза бутонизации–начала цветения – 86).

К фазе бутонизации–начала цветения в вариантах с препаратами 2–7 данный показатель оставался существенно меньше, чем в контроле – масса одного стебля была меньше на 113–234 г (на 10.7–22.3%), достигая минимальной величины при использовании протравителя 2. Препарат 1 и коммерческий протравитель Максим не оказывали достоверного влияния на массу растений, тогда как ТМТД снижал фитомассу картофеля на 333 г/стебель (на 31.7%). Возможно, это было связано с более значимым, чем в контроле, оттоком пластических веществ в клубни в вариантах с протравителями, в результате чего фитомасса стеблей снижалась. В вариантах с препаратами 2 и 5, содержащими в своем составе флудиоксанил, отмечено существенное уменьшение массы одного стебля в сравнении с препаратом Максим на 158–173 г (на 15.9–17.5%). Протравители 1, 3 и 4 в этом случае не влияли на данный показатель. При использовании композиций 4–7, имевшим в своем составе тирам, фитомасса картофеля была достоверно больше в сравнении с вариантом с ТМТД – в этих случаях масса одного стебля была больше на 114–201 г/стебель (на 15.9–28.1%).

Разработанные препараты 2–7 и коммерческие фунгициды не оказали значимого влияния на стеблестой культуры, и только протравитель 1 достоверно увеличивал количество стеблей на одном растении в 1.5 раза (на 62.5%) (рис. 5). Данная закономерность сохранялась и для составов 1–5 на основе флудиоксанила в сравнении с препаратом Максим. Композиции 4 и 5 на основе тирама в сравнении с ТМТД не влияли на данный показатель, а препараты 6 и 7 существенно снижали его в 1.5–1.6 раза (на 46.2–50.0%).

Рис. 5.

Влияние инновационных препаратов на количество стеблей картофеля (средние за вегетацию) (НСР₀₅ частных средних = 1.1).

Разработанные инновационные препараты также оказывали влияние не только на такие показатели продуктивности культуры, как фитомасса и стеблестой, но и на общее количество и поврежденность столонов (табл. 4). К фазе бутонизации–начала цветения только препараты 1 и 2 способствовали значимому приросту этого показателя в сравнении с контрольным вариантом. В этих случаях столонов на одном растении было соответственно больше на 4.0 и 11.0 шт. (на 36.7 и 98.3%). Использование для весеннего протравливания остальных инновационных препаратов либо не влияло на столонообразование (препараты 3 и 6), либо приводило к достоверному снижению их числа (препараты 4, 5 и 7) на одном растении на 2.5–5.0 шт. (на 21.4–42.7%). Коммерческий препарат Максим также способствовал существенному росту данного показателя на 2.0 шт./растение (на 19.7%), тогда как в варианте с ТМТД он был на уровне контроля. Из всех изученных препаратов только препарат 1 и ТМТД значительно снижали поражение столонов ризоктониозом на 16.9 и 7.2% соответственно. В остальных вариантах этот показатель был либо на уровне контроля, либо существенно больше его.

Разработанные инновационные препараты также оказывали свое влияние на количество и массу клубней на одном растении (рис. 6). Было установлено, что исключительно препарат 1 способствовал образованию достоверно большего количества клубней на одном растении – на 3.8 шт. (на 40.0%). Остальные инновационные фунгициды либо не влияли на данный показатель (препараты 2 и 3), либо существенно снижали их количество на кусте картофеля (препараты 4–7) на 1.7–4.7 шт., что составило 17.9–49.5% от контроля.

Рис. 6.

Влияние инновационнных препаратов на количество и массу клубней картофеля в фазе бутонизации–начала цветения (НСР₀₅ частных средних: количество клубней – 0.6, масса клубней – 25).

Протравители, использованные в качестве стандартов, также влияли на количество клубней. По сравнению с контролем препарат Максим достоверно увеличивал количество клубней на одном растении на 0.8 шт. (на 8.4%), препарат ТМТД значимо уменьшал этот показатель на 3.5 шт. (на 36.8%).

Препараты, содержащие в своем составе флудиоксанил (за исключением препарата 1), по сравнению с коммерческим препаратом Максим не способствовали клубнеобразованию. Клубней на одном растении было достоверно меньше от 0.5 до 3.8 шт./растение (от 4.8 до 36.9%). Препарат 1 существенно увеличивал данный показатель на 3.0 шт./растение (на 29.1%) в сравнении с химическим стандартом. Композиции, в составе которых присутствовал тирам, показали себя в сравнении с ТМТД либо на уровне химического стандарта (препарат 4), либо значимо стимулировали клубнеобразование (препараты 5 и 6) – на 1.3–1.8 шт./растение (на 21.7–30.0%), либо существенно уменьшали количество клубней (препарат 7) на 1.2 шт./растение (на 20.0%).

Масса клубней с одного растения при использовании всех инновационных препаратов (за исключением препаратов 4 и 7) была существенно больше, чем в контроле: от 52.5 до 274 г (от 10.9 до 57.0%). При использовании протравителей-стандартов препарат Максим достоверно увеличивал продуктивность культуры на 138 г/растение (на 28.6%), а ТМТД снижал на 170 г (на 35.4%).

Препараты 1–5 на основе флудиоксонила по сравнению со стандартом Максим по-разному влияли на массу клубней: препарат 1 значимо ее увеличивал на 136 г (на 22.1%), препараты 2, 4 и 5 существенно снижали данный показатель от 45.0 до 153.7 г (от 7.3 до 24.9%), тогда как протравитель 3 не влиял на этот показатель. Все разработанные препараты (за исключением препарата 7), содержащие тирам, по сравнению с ТМТД достоверно увеличивали массу клубней на 154–263 г (на 49.6–84.7%).

Комплексное действие предложенных препаратов на развитие заболевания, развитие и рост растений картофеля повлияло на урожайность культуры (рис. 7).

Рис. 7.

Влияние инновационных препаратов на урожайность культуры и фитосанитарное состояние клубней нового урожая (НСР₀₅ частных средних: урожай здоровых клубней – 3.0, валовый урожай – 0.9).

По сравнению с контролем, инновационные препараты 1 и 3 достоверно увеличивали валовую урожайность клубней на 2.7 и 11.9 т/га (на 11.2 и 49.2%) соответственно. Остальные протравители либо обеспечили урожайность картофеля на уровне контроля (препараты 4 и 5), либо значимо снизили ее (препараты 2, 6 и 7) – на 1.6–4.1 т/га (на 6.6–16.9%). Протравители-стандарты позволили получить больше продукции в сравнении с контролем на 3.4–4.1 т/га (на 14.0–16.9%).

В сравнении со стандартом Максим (д.в. флудиоксонил) валовую урожайность картофеля достоверно увеличивал на 7.8 т/га (на 27.6%) только протравитель 1, остальные инновационные препараты существенно снижали данный показатель от 1.4 до 8.2 т/га (от 4.9 до 29.0%). Валовая урожайность картофеля в вариантах с композициями 4–7, содержавшими тирам, была достоверно меньше, чем при использовании для протравливания ТМТД (от 3.8 до 7.5 т/га или от 13.8 до 27.2%).

Предлагаемые нами препараты влияли не только на валовую урожайность культуры, но и на его качество (рис. 7, 8). Все предложенные инновационные протравители по сравнению с контролем снижали выход непригодных клубней от 4.2 до 40.9%, и достоверно увеличивали (за исключением препаратов 3 и 7) урожай здоровых клубней от 3.1 до 15.8 т/га (от 47.0 до 239%). Для препарата 3 отмечена тенденция к росту 2-го показателя на 1.8 т/га (на 27.3%), а влияние препарата 7 статистически не отличалось от контрольного варианта. Наибольший эффект наблюдали при использовании фунгицида-протравителя 1, который обеспечил максимальный выход здоровых клубней – 22.4 т/га (239%). Препарат-стандарт Максим снижал количество непригодных клубней на 54.5% и способствовал увеличению выхода здорового картофеля на 16.5 т/га, что составило 250%, в то же время ТМТД не отличался от контроля.

Рис. 8.

Влияние инновационных препаратов на качество клубней нового урожая.

Было установлено, что все инновационные препараты, содержащие ФДС, уступали коммерческому протравителю Максим по таким показателям, как весовая доля непригодных клубней (на 19.8–50.4%) и выход здоровых клубней (за исключением препарата 1, где он был на уровне стандарта) – на 7.1–14.7 т/га (на 30.7–63.6%).

При использовании композиций, содержащих тирам, в сравнении с ТМТД отмечено снижение весовой доли непригодных клубней на 24.2–49.5%. Полученный при применении композиций 4, 5 и 6 урожай здоровых клубней существенно увеличился по сравнению с вариантом применения химического стандарта на 4.6–10.9 т/га (на 90.2–214%). Препарат 7 не оказал влияния на выход здоровой продукции.

Таким образом, наиболее эффективным оказался препарат 1, который наравне с протравителем-стандартом Максим, более всего способствовал получению урожая высокого качества.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны инновационные препараты в виде 2-х альтернативных форм (твердых дисперсий и суспензий) на основе ФДС, ТБК, ТМТД и БМК, которые обладали повышенной растворимостью и стабильностью. Изучена их биологическая эффективность в отношении сухих гнилей в период хранения и ризоктониоза картофеля в течение вегетации. Биологическая эффективность инновационных препаратов варьировала от 94.1 до 99.6%, что было больше, чем у коммерческих протравителей-стандартов. Такой результат, возможно, объясняется включением в состав препаратов таких растительных метаболитов как арабиногалактан и натриевая соль глицирризиновой кислоты, которые могут взаимодействовать с липидами растительных мембран и облегчать проникновение препаратов в растительный объект.

2. Наиболее значимо снижали развитие ризоктониоза в период вегетации препараты 1 и 2, в составе которых содержался арабиногалатактан.

3. Выявлено влияние экспериментальных препаратов на биометрические показатели растений, урожайность культуры и качество нового урожая. Препараты 1 и 3, в составе которых содержалась натриевая соль глицирризиновой кислоты, достоверно повышали валовый урожай культуры на 2.7 и 11.9 т/га (на 11.2 и 49.2%) соответственно в сравнении с контролем.

4. Все инновационные протравители по сравнению с контролем снижали выход непригодных клубней от 4.2 до 40.9% и достоверно увеличивали (за исключением препаратов 3 и 7) урожай здоровых клубней от 3.1 до 15.8 т/га (от 47.0 до 239%).

5. Самым эффективным препаратом в борьбе с ризоктониозом картофеля в период вегетации, который также способствовал повышению продуктивности культуры и качества полученной продукции, был препарат 1 в виде суспензионного концентрата.