Внекорневая подкормка диоксидом титана способна эффективно компенсировать факторы, ограничивающие урожайность (количество колосков, количество зерен и масса зерна), вызванные поздним посевом озимой пшеницы, для достижения высоких и стабильных урожаев.
Пшеница (Triticum aestivum L.), как одна из наиболее широко культивируемых и высокоурожайных основных сельскохозяйственных культур в мире, обеспечивает около 20% энергии и белка в рационе человека. Это жизненно важная культура для поддержания глобальной продовольственной безопасности и здоровья населения.
Китайские исследователи (Агрономический колледж Синьцзянского сельскохозяйственного университета, Агрономический колледж Китайского сельскохозяйственного университета и др.) сообщают о пользе внекорневой подкормки диоксидом титана для позднесеянной пшенцы.
Китай является одним из крупнейших в мире производителем и потребителем пшеницы, а стабильные урожаи культуры напрямую связаны со стратегией продовольственной безопасности страны и социально-экономической стабильностью.
Синьцзян, как один из важных районов производства пшеницы в Китае, обладает обильными солнечными и тепловыми ресурсами, а также значительными суточными колебаниями температуры. Опираясь на свои оазисы и ирригационные системы речных долин, регион является пшеничной житницей.
В последние годы, благодаря достижениям в улучшении сортов и методах выращивания, урожайность пшеницы в Синьцзяне неуклонно растет, создавая модель использования региональных сельскохозяйственных преимуществ и обеспечения национальной продовольственной безопасности.
Однако регион ограничен земельными ресурсами, ухудшением качества пахотных почв и сезонной нехваткой воды, что приводит к повсеместному позднему посеву пшеницы. Это серьезно ограничивает дальнейшее улучшение урожайности и качества пшеницы.
Синьцзян — типичный регион, характеризующийся избытком мощностей для одного цикла выращивания сельскохозяйственных культур, но недостатком мощностей для двух.
Для достижения многоурожайной посадки и повышения эффективности использования земли местные власти активно продвигают системы севооборота, такие как севооборот пшеница-кукуруза. Однако из-за задержки сбора урожая предшествующей культуры период посева пшеницы значительно откладывается.
Более того, как основной район производства высокоценных культур, таких как хлопчатник и подсолнечник, регион столкнулся с усугублением деградации почв из-за длительного непрерывного выращивания, и внедрение севооборота с пшеницей может улучшить состояние почвы. В то же время поздний посев пшеницы позволяет сохранить водные ресурсы до наступления зимы, адаптируясь к местной системе орошения, зависящей от таяния снега и преобладающего осеннего дефицита воды.
Поздний посев имеет такие преимущества, как смягчение нехватки рабочей силы и техники и достижение более высокого урожая, чем у яровой пшеницы, что приводит к непрерывному расширению выращивания позднепосевной пшеницы в регионе.
Минусы тоже есть. Поздний посев приводит к недостаточному накоплению эффективной температуры перед зимой, что пагубно сказывается на кущении. В сочетании с недостаточным ростом это увеличивает зимнюю гибель, напрямую ограничивая формирование колосков. Между тем, задержка роста приводит к несоответствию оптимальным световым и температурным ресурсам весной, что, в свою очередь, ограничивает количество зерен в колосе и массу тысячи зерен, в конечном итоге приводя к систематическому снижению урожая.
Для преодоления проблемы снижения кущения, вызванного поздним посевом, в качестве стратегии выращивания пшеницы широко применяется увеличение нормы высева для повышения количества начальных растений и основных стеблей. Этот метод напрямую компенсирует недостаток отдельных колосьев и колосьев основного стебля за счет использования преимуществ более высокой плотности посадки растений. Однако развитие как количества зерен, так и массы тысячных зерен в значительной степени зависит от правильной синхронизации с благоприятными условиями освещения и температуры. Поэтому потери, возникающие из-за экологического несоответствия вследствие позднего посева, не могут быть эффективно скорректированы только с помощью простых агрономических методов управления.
Температура является одним из ключевых факторов, влияющих на формирование количества зерен в колосе и массы тысячных зерен, при этом высокие температуры оказывают последовательное стрессовое воздействие на их развитие.
Раннее потепление ускоряет рост пшеницы, сокращает период вегетативного роста, ослабляет материальное основание, препятствует дифференциации колоса и вредит формированию колосков. Высокая температура на средней стадии усугубляет дегенерацию цветков и напрямую снижает количество потенциальных зерен в колосе. Высокая температура на поздней стадии, сопровождаемая сухим жарким ветром, серьезно препятствует наполнению зерна, что приводит к снижению массы тысячи зерен. Поэтому смягчение снижения количества зерен в колосе и массы тысячи зерен, вызванного экологическим несоответствием, посредством инновационных или оптимизированных методов управления полем стало ключевой проблемой, требующей срочного решения для преодоления узкого места в урожайности позднепосевной пшеницы и достижения высоких и стабильных урожаев.
Титан занимает девятое место по распространенности в земной коре, его содержание примерно в 100 раз превышает содержание меди и составляет примерно 0,57% от общей массы коры. Его наиболее значимое соединение, диоксид титана (TiO₂), как новый тип регулятора растений, демонстрирует потенциальную ценность в модулировании фотосинтеза сельскохозяйственных культур, устойчивости к стрессам и качества продукции, предлагая возможный физиологический регуляторный путь для достижения высоких урожаев и превосходного качества сельскохозяйственных культур в неблагоприятных условиях.
В настоящее время диоксид титана применяется на льне, бобах, томатах, арахисе, подсолнечнике и других культурах. Также подтверждено, что внекорневая подкормка титаном значительно повышает активность антиоксидантных ферментов и содержание фотосинтетических пигментов, особенно хлорофилла, в сельскохозяйственных культурах. Это эффективно снижает стрессовые условия, синергетически улучшает способность растений к фотосинтезу и гарантирует повышение урожайности и качества урожая.
Но для достижения эффективного взаимодействия между внешней регуляцией и внутренними физиологическими процессами, в полной мере реализуя потенциал титана для повышения урожайности и устойчивости к стрессу, необходимо точное вмешательство в критический период формирования компонентов урожая.
Существующие исследования показывают, что в пределах рекомендуемого диапазона дозировок опрыскивание листьев титановым удобрением не вызывает фитотоксичности для роста растений, а также не выявлено каких-либо неблагоприятных последствий для здоровья человека при обработке сельскохозяйственной продукции внекорневыми титановыми препаратами.
Поэтому определение оптимального времени применения и концентрации титановых препаратов, а также их систематическая интеграция с высокоэффективными методами полевых работ для формирования точной схемы опрыскивания, способной эффективно компенсировать факторы, ограничивающие урожайность (количество колосков, количество зерен и масса зерна), вызванные поздним посевом, стало неотложной технической задачей для достижения высоких и стабильных урожаев позднесеянной пшеницы.
Таким образом, целью данного эксперимента было определение оптимального периода опрыскивания и дозировки TiO₂ для увеличения как количества зерен в колосе, так и массы тысячи зерен у позднесеянной пшеницы, что позволит повысить урожайность. Кроме того, эксперимент был направлен на выяснение механизма регуляции фотосинтетической физиологии для достижения увеличения урожайности и улучшения качества.
В течение двух лет полевых экспериментов TiO₂ распыляли в различных концентрациях на разных стадиях роста, и систематически оценивали его комплексное воздействие на фотосинтетическую физиологию, активность ферментов устойчивости, состав колосков, налив зерна и качество урожая позднесеянной пшеницы.
Полевой эксперимент проводился с сентября 2023 года по июль 2025 года в Институте сельскохозяйственных наук префектуры Тачэн. Этот регион является типичной зоной для позднего посева пшеницы и относится к полузасушливой степи.
Предшествующей культурой в двухлетнем эксперименте была кукуруза, а тип почвы – суглинок.
В качестве исследуемого сорта пшеницы использовался сорт Синьдун 18, широко распространенный в этом регионе. В качестве реагента использовался 12%-ный органический хелатированный титановый порошок, представляющий собой белый твердый порошок, легко растворимый в воде (обычная мелкодисперсная форма, не наноматериал) при pH водного раствора 6,0. Основные компоненты включали 12% диоксида титана (TiO₂) , 33% органического хелатирующего вещества и 12% аминоазота (производство Yangling Aobang Biological Science Co., Ltd., Сяньян, Китай).
В полевом эксперименте использовалась схема расщепленных участков, где основными участками были периоды внекорневой подкормки диоксидом титана (TiO₂), включающие стадию колошения (S1) и стадию цветения (S2). Концентрация TiO₂ для подгруппы составляла 0 мкмоль/л (T0), 376 мкмоль/л (T1), 501 мкмоль/л (T2) и 626 мкмоль/л (T3), всего восемь вариантов обработки. Площадь участка составляла 10,0 м² (2,0 м в длину и 5,0 м в ширину), с четырьмя повторениями.
В течение двух лет посевы проводились 15 октября 2023 года и 19 октября 2024 года соответственно, с нормой высева 360 кг/га (эта оптимальная норма для позднепосевной пшеницы была определена в ходе предыдущих исследований этой группы). Полосной посев проводился с междурядьем 20 см и глубиной посева 4 см. Капельное орошение для полива всходов и зимнего полива не применялось. Капельное орошение осуществлялось с помощью капельной ленты, уложенной после весны, при этом одна трубка обслуживала три ряда, расположенных на расстоянии 60 см друг от друга. Все остальные методы обработки поля соответствовали местным стандартам высокоурожайного производства и оставались одинаковыми для всех вариантов обработки.
Результаты показали, что внекорневая подкормка TiO₂ значительно увеличила накопление фотосинтетических пигментов (SPAD) и спектроскопических индексов (CHI, PRI) в флаговых листьях пшеницы, заметно улучшила чистую скорость фотосинтеза и повысила активность антиоксидантных ферментов (SOD, POD ), одновременно снизив накопление продуктов перекисного окисления липидов мембран (MDA), при этом наиболее выраженный эффект наблюдался при обработке T2.
Внекорневая подкормка TiO₂ на стадии S1 значительно увеличила количество цветков и колосков, улучшила показатели завязывания зерна и, следовательно, увеличила количество зерен в колосе.
Применение TiO₂ на стадии S2 значительно повысило скорость налива зерна, тем самым увеличив массу тысячи зерен и обеспечив повышение урожайности. Обработка T2 продемонстрировала оптимальные результаты в обоих условиях, улучшив способность зерна к хранению и морфологические признаки. Этот подход не только увеличил урожайность пшеницы позднего посева, но и улучшил показатели качества зерна, такие как содержание белка, влажная клейковина и седиментационная способность. Таким образом, применение 501 мкмоль/л (Т2) диоксида титана на стадии колошения представляется эффективным для достижения высоких урожаев и превосходного качества позднепосевной пшеницы.
Источник: Plants 2026, doi.org/10.3390/plants15050840