Российские ученые создали новый вид удобрения, состоящий из наночастиц сплава четырех металлов: кобальта, меди, железа и никеля. Добавление в микродозах этого соединения в воду для полива заметно ускоряет рост растений. Эксперименты показали, что высота побегов кресс-салата увеличилась на 12%, масличной редьки — на 50%, а прирост их массы достиг 20%. При этом технология производства соединения экологически безопасна и не требует больших финансовых затрат. По мнению экспертов, применение подобных инноваций в сельском хозяйстве крайне перспективно. Однако важно при этом не потерять индустрию производства классических удобрений, которая дает множество рабочих мест.
Вместе сильнее
Специалисты НИТУ МИСИС подтвердили в ходе исследования, что использование наночастиц сплава CoCuFeNi (кобальт, медь, железо, никель) в качестве удобрения заметно ускоряет рост сельскохозяйственных культур. Эксперименты показали, что полив растений раствором этого соединения увеличивал высоту побегов кресс-салата на 12%, а масличной редьки на 50%. По сравнению с посадками, которые не получали подкормки, прирост массы составил 20%, рассказали в вузе. Кроме того, использование вещества замедляет активность вредоносных бактерий, что позволяет отказаться от антибиотиков.
— У растений также заметно удлинились стебли. Этот результат указывает, что наночастицы отлично подойдут в качестве микроудобрения. Комплексный характер их воздействия вызван способностью проникать в клетки и далее в субклеточные органеллы. Питательная взвесь стимулировала развитие растений. Это объясняется также изменениями в синтезе и активности некоторых ферментов, — рассказал соавтор исследования, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Валентин Романовский.
Ученые получили сплав CoCuFeNi простым методом горения. Нитраты металлов и некоторые другие ингредиенты растворили в дистиллированной воде. Смесь высушили до образования гелеобразной массы, а затем нагрели. В результате образовался твердый нанопорошок. Такой метод производства практически лишен вредных выхлопов, прост в использовании и дешев, это позволит минимизировать затраты на производство нового удобрения. Химический анализ золы растений, которые получали подкормку, показал, что содержание металлов в них ниже предела обнаружения прибора, что исключает негативное влияние сплава на здоровье человека.
По словам ученых, для перспективного применения в растениеводстве сейчас в основном исследуют наночастицы, состоящие из одного или двух компонентов. Например, серебра, железа, оксидов цинка или кремния и других. Однако влияние многоэлементных соединений на развитие растений изучено мало. Чтобы определить потенциал предложенного соединения, специалисты трижды в течение месяца подкармливали корни салата и редьки дозой сплава в 3 мг, которую добавляли в воду для полива. Полученный эффект увеличения побегов объясняется тем, что входящие в него металлы играют важную роль в биохимических процессах растений.
Хотя исследователи ограничились экспериментами с двумя культурами, сплав CoCuFeNi можно будет применять в качестве удобрения для разных растений. Каждый его элемент в отдельности положительно влияет на целый перечень овощей, фруктов или злаков, рассказали разработчики. Например, кобальт полезен томатам, гороху, гречихе и винограду, медь — пшенице, кукурузе и моркови, железо — цитрусовым, бобовым и розам, а никель участвует в большом количестве важных химических реакций практически в любых растениях, в том числе в разложении мочевины. Скорее всего в составе сложного соединения эффект от этих металлов усилится. Однако нужно помнить, что их переизбыток может оказаться не менее вреден, чем недостаток, поэтому важно правильно рассчитать дозировку.
Эксперименты также показали, что наночастицы подавляют рост синегнойной палочки — опасного для человека патогена, обитающего на растениях.
— Наночастицы CoCuFeNi активно инактивировали синегнойную палочку, которая трудно поддается лечению из-за высокой устойчивости к лекарствам. Взвесь показала большую эффективность, чем у классического антибиотика тетрациклина. Кроме того, под воздействием палящего солнца и высокой температуры, побеги, которые подкармливали суспензией, оказались наиболее устойчивыми, — добавил Валентин Романовский.
Технология будущего
Активизация роста и развития растений и их устойчивости к различным видам стресса — сейчас ведущее направление в сельском хозяйстве, рассказала «Известиям» заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета Татьяна Минкина.
— Среди методов повышения урожайности рассматривается внешняя обработка растений и семян различными стимуляторами роста. Обработка наночастицами — новое направление в агробиотехнологии, поэтому исследование очень актуально, — сказал Татьяна Минкина.
Данные металлы играют важную роль в росте растений. Для того чтобы рекомендовать их сельхозпроизводителям, нужны дальнейшие исследования в микрополевых опытах, чтобы изучить влияние препарата на качественный состав и физиолого-биохимические параметры культур, резюмировала эксперт.
— В последнее время публикуется множество работу по синтезу наночастиц металлов, способных как стимулировать рост и иммунитет растений, так и подавлять размножение бактерий. Однако применение комплексной суспензии наночастиц CoCuFeNi предложили впервые. Авторы представили убедительные опыты по увеличению роста кресс-салата и масличной редьки. Разработка новых технологий на основе наноудобрений перспективна для развития устойчивого сельского хозяйства, — сказала доцент агробиотехнологического департамента РУДН Елена Чудинова.
Производителям очень выгодны дешевые подкормки, такие, как были разработаны в МИСИС, потому что они за небольшие деньги получают хороший и качественный материал, подчеркнул руководитель Центра международного агробизнеса и продовольственной безопасности Анатолий Тихонов
— Возможно, за такими удобрениями будущее. Однако нужно понимать, что производство традиционных подкормок — это целая индустрия со множеством заводов и рабочих мест, которые не хочется терять, — сказал Анатолий Тихонов.
Предложенный сплав — это технологичная разработка на острие современной науки, она важна для развития сельского хозяйства. Россия — очень большая страна, поэтому все технологии в зависимости от своих характеристик найдут место в национальном агропромышленном комплексе, уверен специалист.