состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям и способ применения состава

Формула изобретения

1. Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающий полимерную матрицу и распределенный в ней активный ингредиент, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы он содержит растворенный в воде модифицированный крахмал в количестве 0,5-2,5 мас.%, а в качестве активного ингредиента содержит наночастицы аморфного диоксида кремния в количестве 0,2-2 мас.% и водорастворимые соединения биогенных элементов, состоящих из Cu, Zn, Mg, Co, Fe, Mn, Se, Mo, B, N, P, K, S, в количестве 12-14 мас.%, остальное - вода.

2. Способ применения состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающий нанесение состава на семена и растения, отличающийся тем, что предпосевную обработку семян проводят составом по п.1 в количестве 0,5-1,5 л на 1 тонну семян, а внекорневую подкормку растений осуществляют 1-2 л на 1 га посевов при разведении до рабочих концентраций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, агрохимии, экологии, био- и нанотехнологии, а именно к составам для повышения эффективности агрохимических препаратов и пестицидов, и может быть использовано как ресурсосберегающий агроприем, уменьшающий токсическую нагрузку на агросистемы за счет повышения эффективности действия агрохимических препаратов.

Разработка таких препаратов является актуальной задачей ввиду усиления негативных последствий антропогенного воздействия на природные экосистемы.

Известен ряд изобретений, в которых задача повышения эффективности решается за счет пролонгированного поступления активных компонентов к семенам и растениям благодаря распределению ингредиентов в полимерной органической матрице (см., например, патент RU 2243657, A01N 25/10, A01C 1/06, A01N 25/32, 10.01.2005).

Предложенные инсектицидные покрытия для семян включают одно или несколько связующих веществ, выбранных из группы, включающей полимеры и сополимеры поливинилацетата, метилцеллюлозы, поливинилового спирта, винилиденхлорида, акрила, целлюлозы, поливинилпирролидона и полисахарида, и инсектицид, а также наполнитель. Связующее вещество образует матрицу для инсектицида и наполнителя. Способы борьбы с насекомыми-вредителями предусматривают нанесение покрытия на семена. Способ получения семян с покрытием предусматривает смешение связующего вещества, носителя и инсектицида, нанесение смеси на семя, высушивание и нанесение дополнительного пленочного покрытия. Способ защиты прорастающих сеянцев предусматривает нанесение на семена инсектицидного покрытия. Изобретение позволяет снизить фитотоксическое действие инсектицида на семя.

Известен состав для пролангированной доставки активного ингредиента к семенам и растениям и способ применения этого состава, описанный в патенте RU 2203547, A01N 43/653, A01N 25/10, 10.05.2003. В данном патенте предложен состав, представляющий собой микрочастицы, имеющие средний диаметр 0,2-200 мкм, полученные из раствора полимера и активного ингредиента в органическом растворителе. Активный ингредиент является фунгицидом, регулятором роста растений, питательным веществом для растений или их комбинацией. Микрочастицы содержат от 1 до 50% по весу активного ингредиента, распределенного в полимерной матрице, состоящей из полимера, выбранного из группы, включающей полиметилметакрилат, полимер молочной кислоты, сополимеры молочной и гликолевой кислоты, ацетатбутират целлюлозы, полистирол, акриловый полимер, сополимер винилпирролидона и винилацетата и другие.

В данных изобретениях применяются полимеры, не уменьшающие антропогенную нагрузку на сельскохозяйственные угодья вследствие плохой деградации в окружающей среде, что является их недостатком.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям и способ применения состава, защищенные патентом RU 2305404, A01N 59/00, A01N 25/10, A01C 1/06, A01P 21/00, 2000.09.2007.

Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям включает полимерную матрицу и распределенный в полимерной матрице активный ингредиент. В качестве активного ингредиента он содержит пероксид водорода, обладающий ростстимулирующими и криопротекторными свойствами, полимерная матрица состоит из поливинилпирролидона с М.М. 25000-30000, растворенного в воде в концентрации 1-2%, при этом массовое соотношение пероксида водорода и поливинилпирролидона составляет 1:29-1180.

Способ применения состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям включает нанесение состава на семена, при этом семена обрабатывают составом в количестве 0,3-0,5 л на 1 кг семян и подсушивают до сыпучего состояния.

Недостатком данного состава является ограничение функций активного ингредиента ростостимулирующими свойствами. В результате для повышения урожайности сельскохозяйственных культур требуется дополнительное внесение отдельными технологическими операциями необходимого количества питательных веществ. При этом целевые преимущества прототипа влияют на процессы минерального питания растений косвенным образом.

В способе применения заявлено большое, неэффективное количество водного раствора для обработки семян, что является нетехнологичным на стадиях обработки и сушки семян.

Задачей изобретения является разработка состава и способа его применения, которые обеспечат пролонгированную доставку к семенам и растениям эффективного количества активного ингредиента, содержащего компоненты более широкого спектра действия и усиливающего целевое применение компонентов.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.

Указанный результат достигается тем, что состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающий полимерную матрицу и распределенный в ней активный ингредиент, в качестве полимерной матрицы содержит растворенный в воде модифицированный крахмал в количестве 0,5-2,5 мас.%, а в качестве активного ингредиента содержит наночастицы аморфного диоксида кремния в количестве 0,2-2 мас.% и водорастворимые соединения биогенных элементов, состоящие из Cu, Zn, Mg, Co, Fe, Mn, Se, Mo, B, N, P, K, S в количестве 12-14 мас.%, остальное - вода.

Указанный результат достигается также тем, что в способе применения состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающем нанесение состава на семена и растения, предпосевную обработку семян проводят составом по п.1 в количестве 0,5-1,5 л на 1 тонну семян, а внекорневую подкормку растений осуществляют 1-2 л на 1 га посевов при разведении до рабочих концентраций.

Состав для предпосевной обработки семян и внекорневой подкормки растений представляет собой концентрат, требующий разведения при применении. Водорастворимые соединения биогенных элементов, содержащиеся в составе 1 (см. табл.1), поддерживают минеральное питание растений.

Таблица 1
Содержание микро- и макроэлементов в составе 1, мас.%
- медь (Cu)	0,25-0,3
- цинк (Zn)	0,57-0,65
- магний (Mg)	1,48-1,59
- кобальт (Co)	0,011-0,013
- железо (Fe)	0,3-0,35
- марганец (Mn)	1,14-1,62
- селен (Se)	0,001-0,0012
- молибден (Mo)	0,02-0,03
- бор (B)	0,17-0,2
- азот (N)	2,67-3
- фосфор (P)	0,88-1
- калий (K)	1,67-1,92
- сера (S)	2,86-3,29

В качестве полимерной матрицы в составе используется модифицированный крахмал или различные сахариды, имеющие возобновляемую природную сырьевую базу и сочетание необходимых свойств. К последним относится растворимость в воде, повышенная гидрофильность, адгезия, сродство к поверхности семян и растений, легкость биологического разложения, возможность образования межмолекулярных взаимодействий и сохранения реологических свойств концентрированных растворов солей.

Разведение и напыление концентрата состава приводит к образованию пленок, которые исследовали методом сканирующей зондовой микроскопии.

Наночастицы диоксида кремния образуют смесь микроостровков и наноразмерных пиков на обрабатываемой поверхности (рис.1), придавая составу новые технические свойства: увеличение площади контакта действующих веществ, повышение гидрофильности и смачиваемости, биологической активности и доступности, адгезии и пролонгации действия целевых компонентов. Данные факты объясняют следующие модельные положения.

Текстурирование является необходимым природным свойством поверхности растений. Имитация данного свойства при обработке семян и растений с использованием природных веществ или их аналогов (модифицированный крахмал) в составе агрохимических препаратов распознается сигнальными системами растений и повышает биологическую активность действующих веществ. В то же время усложнение рельефа поверхности обеспечивает возникновение множества гетерогенных зон на границе раздела твердой и жидкой фаз. Возникающие в данных зонах поверхностные силы и широкий набор межмолекулярных взаимодействий структурируют и связывают воду и действующие вещества (см. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. / Поверхностные силы. М.: Наука, 1985, 398 с.; Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. М.: Наука, 1978, 368 с). При изменении водного режима в результате дополнительного влагоудержания растение пролонгированно расходует депонированный запас элементов питания в доступной биологически активной форме. Дополнительно растения пролонгированно усваивают кремний в аморфной форме, что также положительно влияет на урожайность и является самостоятельной задачей растениеводства (Матыченков В.В. Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение: Автореф. дис. доктора биол. наук., Пущино, 2008 г.).

Как следствие вышеперечисленных составляющих, повышается урожайность различных сельскохозяйственных культур, что является техническим результатом изобретения.

Состав готовят следующим образом.

Пример № 1

Взвешивают расчетное количество микро- и макроэлементов (табл.1), используя следующее сырье:

- медный купорос по ГОСТ 19347-99;

- цинковый купорос по ГОСТ 8723-82;

- сульфат магния 7-водный по ГОСТ Р 51520-99 (магний сернокислый 7-водный по ГОСТ 4523-77)

- кобальт сернокислый по ГОСТ 4462-78;

- марганец сернокислый 5-водный по ГОСТ 435-77; ТУ 6-47-53028-10-93;

- аммоний молибденовокислый по ГОСТ 3765-78;

- натрий селенистокислый по ТУ 6-09-17-209-88;

- борная кислота по ГОСТ 18704-78;

- калий фосфорнокислый однозамещенный по ГОСТ 4198-75

- карбамид Марка Б по ГОСТ 2081-92;

- железо (II) сернокислое 7-водное по ГОСТ 4148-78

- гидроксид калия по ГОСТ 24363-80.

Растворив данное сырье при непрерывном перемешивании, добавляют необходимое количество воды, порошок аморфного диоксида кремния по ГОСТ 14922-77 с размерами частиц 5-20 нм в концентрации 0,2 мас.%, предварительно растворенный модифицированный крахмал по ГОСТ 6034-74 в концентрации 0,5 мас.%. Добавляют воду для доведения концентраций компонентов состава до указанных значений.

Пример № 2

Количества всех компонентов аналогичны примеру № 1, за исключением:

- аморфного диоксида кремния - 2 мас.%;

- модифицированного крахмала - 2,5 мас.%.

Составы, описанные в примерах № 1, 2 показали хорошие результаты при полевых испытаниях, проведенных ФГУ ЦАС «Нижегородский» в различных районах Нижегородской области (табл.2, 3).

Применялись следующие нормы расхода концентрата, являющиеся способом применения заявленного состава:

1. Предпосевная обработка семян: 0,5-1,5 л концентрата разводится в 10 л воды; расход рабочего раствора 10 л на 1 т зерна.

2. Предпосевная обработка картофеля: 0,5-1,5 л концентрата разводится в 10 л воды; расход рабочего раствора 25 л на 1 т картофеля.

3. Внекорневая подкормка растений по фазам роста: 1-2 л концентрата разводится в 200-400 л воды; расход рабочего раствора 200-400 л на 1 га.

Таблица 2
Результаты полевых испытаний в Нижегородской области
№ примера	Место проведения	Урожайность, ц/га	Прибавка	Примечания
		Контроль	Опыт	ц/га	%
2	Крестьянско-фермерское хозяйство «Суханов А.В.», Спасский район, 2009 г.
	Картофель - сорт «Удача»	150	206	56	37	Растения легче преодолевали засуху, развитие альтернариоза уменьшилось на 5%
1	ООО «Агропредприятие Княгининское», Княгининский район, 2009 г.
	Озимая пшеница - сорт «Московская - 39»	31,5	37,1	5,6	18
2	ООО «Агропредприятие Соловьевское», Княгининский район, 2008 - 2009 гг.
	Ячмень - сорт «Солет»	19,2	24	4,8	25
1	Опытно-производственное хозяйство «Центральное», Кстовский район, 2009 г.
	Яровая пшеница - сорт, «Московская - 35»	41,2	48,6	7,4	18	прибавка клейковины - 2%
2	ООО СХП «Россия», Чкаловский район, 2009 г.
	Озимая пшеница - сорт «Московская - 39»	13,1	17,4	4,3	33
2	ОАО «Лакша», Богородский район, 2008 г.
	Яровая пшеница - сорт «Курская - 2038»	19,7	24,9	5,2	26
1	ОАО «Шатковская сельхозхимия», Шатковский район, 2008 г.
	Яровая пшеница -сорт «Тулайковская - 10»	16	20,5	4,5	28
2	ООО «Агропредприятие Княгининское», Княгининский район, 2010 г.
	Ячмень	15	18	3	20

Повышение урожайности достигается выбором оптимального соотношения концентраций компонентов состава. При уменьшении заявленного количества модифицированного крахмала менее 0,5 мас.%, наночастиц аморфного диоксида кремния в количестве менее 0,2 мас.% и водорастворимых соединений биогенных элементов, состоящих из Cu, Zn, Mg, Co, Fe, Mn, Se, Mo, B, N, P, K, S менее 12 мас.%, не достигается эффективного повышения урожайности.

При увеличении заявленного количества всех компонентов состава нарушается физико-химическая стабильность водного раствора концентрата (выпадает осадок). Повышение урожайности при заявленных соотношениях компонентов состава проявляется в увеличении средней массы ростков и корней (табл.3).

При предпосевной обработке семян заявленным составом в количестве менее 0,5 л на 1 тонну семян и внекорневой подкормке растений менее 1 л на 1 га посевов при разведении до рабочих концентраций не достигается эффективного повышения урожайности. При больших количествах заявленного состава наблюдается угнетение растений. Данные лабораторных испытаний также подтверждают достижение технического результата в заявленных соотношениях компонентов состава. Степень влияния состава при обработке семян и внекорневой подкормки растений определялась согласно методикам (Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести - ГОСТ 12038-84; Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л., 1984 - 288 с).

Таблица 3
Средние размеры и сырой вес растений ячменя сорта Атаман после обработки различными составами (в контейнерах на смеси 1:1 торфа и песка
Варианты и показатели	Контроль: вода	Состав 1 (табл.1)	Состав, соответствующий примеру № 1	Состав, соответствующий примеру № 2
Длина ростка (см)	21,33	21,28	22,85	22,49
Длина корня (см)	24,58	22,92	25,55	22,11
Масса ростка (г)	0,173	0,183	0,198	0,207
Масса корня (г)	0,131	0,140	0,142	0,151

Таким образом, приведенные результаты испытаний показывают, что предложенные состав и способ его применения при предпосевной обработке семян и внекорневой подкормки обеспечивают постепенное поступление действующих веществ в ткани растений, рост урожайности и качества сельскохозяйственной продукции за счет оптимизации и повышения эффективности процессов минерального питания. При этом реализуются возможности снижения токсической нагрузки на агросистемы за счет повышения эффективности как самого состава, так и способа его применения.