Введение. Использование экстрактов морских водорослей (ЭМВ) в сельскохозяйственном производстве основано на биостимулирующем эффекте продукта органического происхождения, получаемого преимущественно путем щелочного и кислотного гидролиза и оказывающего действие на растения. «Мягкая» экстракция исходного продукта позволяет достигать высокого уровня извлечения и умеренного расщепления полисахаридов – основных наиболее биологически активных компонентов ЭМВ [1–3]. Защитные функции полисахаридов в растении на фоне абиотических стрессов, обеспечивающие увеличение содержания в клетках связанной формы воды и осмопротектора пролина, обуславливают актуальность использования ЭМВ в ампелоценозах в условиях засушливого климата региона, характерных резких перепадов температуры воздуха, вызванных частыми ветрами, достигающими скорости более 14–15 м/с, и малоснежных зимах с провокационными оттепелями. Усиление адаптивных свойств винограда под действием обработок почвы и растений водными растворами экстракта морских водорослей отмечено рядом российских и зарубежных исследователей [4–6]. Изучение комплексного действия подкормок растений ЭМВ и минеральных удобрений на активацию метаболических процессов, физиологическую устойчивость к стрессам и генеративную функцию проводится исследователями в связи с негативным воздействием изменений климата и поиском приоритетных методов стабилизации продукционных процессов и сокращения репарационного периода у винограда в условиях ареалов его возделывания в неукрывной культуре [7–9]. Известны изложенные в литературных источниках положительные результаты применения экстракта морских водорослей в сочетании с макро- и микроудобрениями, усиливающими действие биостимулятора в различных почвенно-климатических условиях. В период действия экологических стрессов авторы научных публикаций отмечают усиление ростовых процессов у винограда, увеличение содержания фотосинтетических пигментов и площади листа, улучшение усвоения минеральных веществ, массы и качества урожая в сравнении с растениями контрольных вариантов (без некорневых подкормок) [10–12]. Установленные исследователями положительные эффекты действия ЭМВ, а также различных сочетаний биостимулятора с минеральными удобрениями, позволили сформулировать научную гипотезу о стимулировании защитных реакций винограда винных сортов и улучшении качественных характеристик урожая методом некорневой обработки растений комплексным органоминеральным удобрением (ОМУ) на основе экстракта морских водорослей, содержащим основные макроэлементы (NPK 3-2-10), в сочетании с микроудобрениями в условиях черноземных почв региона.
Цель исследования – выявить биологическую эффективность некорневого использования водного раствора удобрений на основе экстракта морских водорослей (ЭМВ + NPK 3-2-10) в сочетании с микроудобрениями в промышленных насаждениях винограда Анапо-Таманской почвенно-климатической зоны (Темрюкская подзона) Краснодарского края.
Задача: выявить физиолого-биохимические показатели устойчивости растений винограда под действием некорневых подкормок в условиях локального негативного действия абиотических факторов.
Объекты и методы. Влияние системного применения некорневых подкормок винограда сортов Шардоне и Каберне Совиньон водным раствором удобрений на основе экстракта морских водорослей (ЭМВ + NPK 3-2-10) в сочетании с микроудобрениями на функциональную устойчивость и продуктивность растений в ОАО АПФ «Фанагория» (рис. 1) изучали в производственном однофакторном опыте по схеме: 1-й вариант – «контроль», обработки растений водой; 2-й вариант (применение подкормок в основные фазы развития растений винограда) – некорневые подкормки винограда после образования завязи (ЭМВ + NPK 3-2-10 – 1 л/га + водный раствор борного удобрения – 1 л/га); в фазе интенсивного роста ягод (ЭМВ + NPK 3-2-10 – 1 л/га + водный раствор борного удобрения – 1 л/га + минеральный комплекс NPK 10-10-10, хелатированные ЭДТА МЭ: Mn0, 01Cu0, 01Fe0, 01B0, 02Zn0, 006 – 2 л/га); в фазе начала созревания ягод (ЭМВ + NPK 3-2-10 – 2 л/га + минеральный комплекс NP 3-6, хелатированные ЭДТА МЭ: Mn0, 8Cu1Fe0, 2B0, 5Zn1, 5Mo0, 01, Co0, 01 – 1 л/га). Жидкое комплексное удобрение «Фолирус» 3-2-10 содержит в своем составе экстракт бурых морских водорослей Ascophyllum nodosum L. Питательный комплекс имеет состав, %: органика – ЭМВ (15), альгиновая кислота (10), N (3), P2O5 (-2), K2O (10).
Площадь участка производственного опыта – 2 га. Повторность в опыте четырехкратная. Некорневые обработки водными питательными растворами удобрений (0,1–0,2 %-й водный рабочий раствор) осуществляли механизированно, с помощью SLV · 2000 CR. В рабочий раствор препаратов вводили поверхностно-активный органосиликоновый адъювант нового поколения «Агропол» (1 л/т, действующее вещество – гептаметилтрисилоксан модифицированный) для повышения биологической активности и увеличения срока действия водного раствора.
Объект исследований – плодоносящие растения винограда винных сортов Шардоне и Каберне Совиньон (площадь питания куста – 4,5 м2). Растения сформированы по системе «одноплечий кордон»).
Условия проведения эксперимента. Перед закладкой опыта изучены особенности почвенно-климатических условий региона. Анализ архивных и актуальных данных варьирования температуры воздуха в зимний период и период вегетации винограда, динамики выпадения атмосферных осадков выявил основные дестабилизирующие физиологическое состояние растений негативные абиотические факторы, систематически повторяющиеся в последние десятилетия: резкие провокационные колебания максимальных и минимальных температур воздуха в феврале (от –3 до 18 °С), марте (от –2 до 20 °С) при суммарном количестве осадков менее 40 % от средней многолетней нормы; в апреле, при повышении максимальной температуры до 28–31 °С, количество осадков ~13 % от нормы; продолжительное отсутствие осадков в июне – августе, оказывающее негативное влияние на процесс роста ягод и формирование грозди.
Установлена однородность почвенно-агрохимических показателей участка производственного опыта: чернозем южный (каштановый) тяжелосуглинистого и глинистого грансостава характеризуется содержанием гумуса 2,5–2,8 % в пахотном слое почвы, средним уровнем содержания подвижных соединений фосфора, калия, минерального азота (N-NO3) в слое почвы 0–60 см. Реакция рН слабощелочная. Содержание вредных легкорастворимых солей не превышает допустимого порога значений, количество катионов Mg2+ повышенное, карбонатов – низкое по всей толще профиля. Имеются некоторые признаки процесса разрушения ППК.
Почвенно-агрохимическое обследование участка производственного опыта проведено автоматизировано, с использованием пробоотборника Tornomar CH-200 гидравлического типа в соответствии с ГОСТ 26168-89, регламентирующим процесс отбора почвенных образцов, лабораторные анализы почвы – в соответствии с ГОСТ 26213-91 (определение органического вещества), ГОСТ 26204-91 (определение подвижных соединений фосфора и калия), ГОСТ 26951-86 (определение азота нитратов), ГОСТ 26423-85 (определение актуальной кислотности), ГОСТ 26424-85…26428-85 (определение солевого состава почв).
Закладка опыта, агробиологические учеты и наблюдения, статистическая обработка результатов эксперимента были проведены с использованием методики полевого опыта Б.А. Доспехова [13], методических рекомендаций, разработанных в СК ФНЦ СВВ [14]. Исследование растительных образцов (листья побегов, ягоды винограда), отбираемых из средней части побега в утренние часы, были проведены в аналитических лабораториях СКФНЦСВВ с использованием метода высокоэффективного капиллярного электрофореза [15] на приборе «Капель 105 Р», а также общепринятых методик и ГОСТ (ГОСТ ISO 2173-2013, ГОСТ 8756.13-87). Содержание фотосинтетических пигментов определяли в 85 %-й ацетоновой вытяжке спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра Unico 2800. Измерения проводили в трехкратной аналитической повторности. Статистическая обработка экспериментальных данных выполнена с помощью программы MS Excel.
Рис. 1. Участок производственного опыта по изучению биологической эффективности некорневого применения удобрений на основе экстракта морских водорослей в сочетании с микроудобрениями (ОАО АПФ «Фанагория», 2024 г.)
A site of production experience for studying the biological effectiveness of non-root application of fertilizers based on seaweed extract in combination with micro-fertilizers (OJS SAS "Fanagoria", 2024)
Результаты и их обсуждение. В соответствии с рекомендуемыми методиками, в летний период напряженности гидротермических факторов, характерных для условий региона, исследовали водный режим растений винограда, руководствуясь представлениями о важности воды в целостной подвижной системе цитоплазмы. Диапазон показателей у винограда сортов Шардоне и Каберне Совиньон изменялся в контрольном варианте в пределах: содержание связанной формы воды – 85,9–87,5 (2024) и 80,3–88,9 % (2025); свободной формы воды – 12,5–14,1% (2024) и 11,1–19,7 % (2025). В варианте с применением некорневых подкормок параметры показателей составляли соответственно 88,8–90,8 (2024) и 90,4–92,5 % (2025); 9,2–11,2 (2024) и 7,5–9,6 % (2025). По количественным данным анализа содержания в листьях побегов связанной и свободной формы воды установили соотношение показателя, характеризующее устойчивость растений к условиям засухи (K связ./своб., табл. 1). Судя по полученным результатам анализа, в период дефицита влаги снижение доли свободной воды в листьях винограда на фоне некорневых обработок растений комплексными органоминеральными удобрениями происходило более интенсивно, изменяя режим испарения. Увеличение содержания связанной формы воды в листьях в период прогрессирующей засухи и повышенной солнечной инсоляции свидетельствует о физиологических изменениях в тканях листа, связанных с межклеточной коммуникационной перестройкой. При этом степень гидратации (К сух. в-во/связ. вода) во всех вариантах опыта изменялась в пределах от 0,28 до 0,32 (контрольный вариант) и от 0,21 до 0,30 (вариант «некорневые подкормки»). Средние показатели соотношения форм воды в листьях и водоудерживающая способность, приведенные в таблице 1, являются одними из основных характеристик засухоустойчивости растений под действием водных питательных растворов органоминеральных удобрений, содержащих биологически активные компоненты экстракта морских водорослей, усиливающие защитные реакции растений (альгиновая кислота и др.).
Более высокому уровню водоудерживающей способности листьев винограда, системно обрабатываемых ОМУ, соответствовало содержание катионов калия, анализируемое в динамике (июнь, август). На рисунке 2 проиллюстрированы изменения содержания катионов калия, активно участвующих в регуляции водного обмена растений и фотосинтетических процессах. Установленное экспериментально увеличение количества катионов калия в августе связано, вероятно, с более активным поглощением воды в этот период.
Таблица 1
Физиолого-биохимический показатель соотношения связанной и свободной формы воды
в листьях побегов и водоудерживающая способность винограда в летний период
напряженности гидротермических факторов (средние значения)
A physiological and biochemical indicator of the ratio of bound and free-form water in the leaves
of shoots and the water retention capacity of grapes during the summer period of stress
of hydrothermal factors (average values)
|
Вариант |
K связ./своб. |
Водоудерживающая способность листьев, % |
||
|
2024 |
2025 |
2024 |
2025 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Каберне Совиньон |
||||
|
Контроль, обработки растений водой |
6,2 |
5,9 |
30,9 |
29,9 |
|
Некорневые подкормки органоминеральными удобрениями |
8,1 |
9,5 |
39,6 |
38,5 |
|
Шардоне |
||||
|
Контроль, обработки растений водой |
6,9 |
7,2 |
29,1 |
29,2 |
|
Некорневые подкормки органоминеральными удобрениями |
9,6 |
11,3 |
45,4 |
46,9 |
Рис. 2. Динамика содержания катионов калия в свежих листьях винограда (2024 г.)
Dynamics of potassium cation content in fresh grape leaves (2024)
Тенденция увеличения количества катионов калия в листьях на фоне некорневых обработок сохранялась в 2025 г.: в сравнении с показателями контрольного варианта увеличение содержания калия в листьях побегов установлено от 30,0 до 35,7 % (сорт Шардоне) и 46,4 % (сорт Каберне Совиньон).
Наблюдения за изменениями содержания фотосинтетических пигментов в листьях побегов винограда в летний период позволили выявить эффект действия системного применения питательного комплекса на фоне продолжительного отсутствия атмосферных осадков и повышенной температуры воздуха. Характерное для летнего периода «выцветание» зеленой окраски листьев в контрольном варианте наблюдалось в более значительной степени: в 2024 г. суммарное содержание зеленых пигментов (хлорофиллы a + b) в среднем не превышало значений 3,42 (сорт Каберне Совиньон) и 3,97 мг/г сух. в-ва (сорт Шардоне); в 2025 г. – соответственно 2,95 и 3,27 мг/г сух. в-ва. Под действием некорневых подкормок ОМУ показатель был выше на 16,1–21,0 (2024) и 16,5–28,1 % (2025). Одновременно установлено увеличение содержания каротиноидов в листьях побегов в ответ на широкий спектр действия стрессовых факторов летнего периода. У растений винограда сорта Каберне Совиньон количество каротиноидов возрастало в среднем на 9,9 (2024) и 15,2 % (2025), у сорта Шардоне – соответственно на 4,5 и 9,1 %, что позволяет предположить более высокий уровень защиты от фотодеструкции.
Установлена тесная прямая корреляционная взаимосвязь хлорофилла «в», способствующего расширению спектра поглощения света листом, регуляции онтогенетических процессов и обладающего более высоким уровнем сезонной вариабельности в зависимости от условий среды, с площадью листа (под действием некорневых подкормок площадь листа возрастала в среднем на 14,1 % у сорта Шардоне и на 18,2 % у сорта Каберне Совиньон). Коэффициент корреляции составил 0,65 (сорт Шардоне) и 0,77 (сорт Каберне Совиньон). Менее значимой была взаимосвязь площади листа с содержанием хлорофилла «а», который быстрее разрушается в условиях дефицита воды: соответственно 0,58 и 0,61. Выявленные взаимосвязи являются одним из показателей уровня ростовых процессов у винограда в условиях системного применения некорневых подкормок ОМУ.
Анализ соотношения хлорофилла «а» к хлорофиллу «в», как показатель фотохимической активности листа, выявил более высокий уровень потенциальной интенсивности фотосинтеза у растений под действием некорневых обработок водными растворами ОМУ (табл. 2).
Таблица 2
Соотношение хлорофилла Хл а/Хл в в листьях побегов винограда
The ratio of chlorophyll Cl a/Cl в in the leaves of grape shoots
|
Вариант |
Каберне Совиньон |
Шардоне |
||
|
2024 |
2025 |
2024 |
2025 |
|
|
Контроль, обработки растений водой |
2,57 |
2,86 |
2,80 |
2,44 |
|
Некорневые подкормки органоминеральными удобрениями |
2,85 |
3,09 |
2,94 |
2,78 |
Оценивая биологическую эффективность системного применения некорневых подкормок растений водными растворами удобрений на основе ЭМВ в сочетании с микроудобрениями, провели анализ содержания вторичных («специализированных» (C. Burbidge, 2021)) метаболитов в листьях побегов винограда в летний период. Исследовали количественное содержание фенольных соединений, легкоподвижных аминокислот, органических кислот, обладающих антиоксидантными свойствами, повышающих устойчивость к негативному действию абиотических факторов. Образцы для анализа были взяты в период максимальной напряженности гидротермических факторов (продолжительное отсутствие атмосферных осадков при максимальной дневной температуре воздуха 29–31 °С). В августе 2024 г. количество хлорогеновой кислоты в листьях побегов винограда сортов Шардоне и Каберне Совиньон превышало показатель на контроле до 70 % и более, кофейной – более чем в 3 раза. В 2025 г. тенденция сохранялась: количество хлорогеновой кислоты в среднем было выше на 77 (сорт Шардоне) и 69 % (сорт Каберне Совиньон); кофейной кислоты – на 76 и 89 % соответственно. Более высокий уровень синтеза фенольных кислот, играющих важную роль в механизмах устойчивости к абиотическому стрессу [16], характеризует эффективность приема некорневой обработки растений ОМУ в условиях региона.
Содержание в свежих листьях побегов винограда аскорбиновой кислоты рассматривали в качестве полифункционального показателя, характеризующего активность ряда основных физиологических процессов у растений: фотосинтеза, ферментативной регуляции, водного режима, дыхания, деления клеток. В 2024 г. количественное содержание аскорбиновой кислоты, во многом зависящее от физиологического состояния растений, в листьях побегов под действием некорневых обработок ОМУ превышало показатель контрольного варианта на 12,3–20,1 (сорт Каберне Совиньон) и 7,9–17,6 % (сорт Шардоне); в 2025 г. – соответственно на 42,4–89,9 и 30,8–62,5 %. При этом наблюдалась взаимосвязь увеличения содержания катионов кальция в листьях, выполняющих структурную функцию, а также препятствующих окислительному стрессу и потере воды, с количеством аскорбиновой кислоты. Коэффициент корреляции составлял 0,61–0,73.
Исследовали содержание синтезируемой в процессе фотосинтеза в листьях винограда винной кислоты, тесно связанное с количеством аскорбиновой кислоты. Содержание антиоксиданта в листьях ежегодно повышалось на фоне применения подкормок, при этом динамика значений показателя в летний период значительно варьировала, что, вероятно, связано с изменениями уровня стрессового воздействия абиотических факторов (рис. 3).
Некорневые подкормки винограда водным раствором ОМУ способствовали увеличению содержания яблочной кислоты в листьях побегов как в период роста ягод, так и в фазе их созревания. По данным лабораторных анализов, подкормки растений способствовали увеличению в листьях винограда сортов Каберне Совиньон и Шардоне оксикислоты, участвующей в основных физиолого-биохимических процессах, на 30,2–38,9 % в сравнении с данными контрольного варианта. Выявленные биологические эффекты действия удобрений на основе ЭМВ характеризуют особенности метаболических реакций у растений винограда в сложных гидротермических условиях летнего периода, в результате которых наблюдается активация синтеза профилактических антиоксидантов.
Рис. 3. Динамика содержания винной кислоты в свежих листьях винограда в летний период
(на примере сорта Каберне Совиньон)
Dynamics of tartaric acid content in fresh grape leaves in summer
(using the example of the Cabernet Sauvignon variety)
Подтверждением биологического воздействия подкормок на основе ЭМВ на функциональную активность растений винограда в условиях абиотических стрессов летнего периода служило изменение содержания в листьях побегов легкоподвижных аминокислот. Определяемое в свежем растительном материале количество аминокислот варьировало от 7 до 11 на различных этапах сезонного развития винограда: аргинин, тирозин, лейцин, метионин, валин, пролин, треонин, серин, лизин, α-аланин, глицин. В среднем по двум сортам в процентном отношении преобладали: во II декаде июня (рост ягод) пролин (от 23 до 89 %), аргинин (от 13 до 23 %), серин (от 16 до 19 %), α-аланин (от 15 до 17 %); в III декаде (созревание ягод) августа пролин (от 70 до 83 %), валин (от 7 до 12 %). Известно, что свободные аминокислоты в растениях участвуют в осморегуляции, снижении содержания аммиака, образующегося в хлоропластах под действием стресса, фенольных соединений, белка и др. (Пустовойтова Т.Н., 2000; Di Martino C. et al., 2003; Ozturk M. et al., 2021 и др.). Превышение количественного содержания аминокислот в листьях побегов на фоне некорневых подкормок в сравнении с данными контрольного варианта выявлено в различной степени. Активация синтеза пролина как индикатора стресса ежегодно характеризовало усиление осмопротекторных функций растений винограда. В 2024 г. содержание пролина в листьях превышало значение данного показателя в контрольном варианте в 4,7 (сорт Шардоне) и 2,8 (сорт Каберне Совиньон) раза; в 2025 г. – соответственно на 38,7 и 20,3 %, что характеризует усиление антиоксидантной защитной системы растений винограда.
Агрономический эффект действия системного применения водных растворов удобрения на основе ЭМВ выразился в увеличении хозяйственной продуктивности винограда (табл. 3).
Таблица 3
Хозяйственная продуктивность и масса грозди винограда в связи
с применением некорневых подкормок удобрениями на основе ЭМВ
Economic productivity and grape bunch weight due
to the use of foliar fertilizers based on seaweed extract
|
Сорт/Вариант |
Урожайность (Ухоз.) |
Масса грозди, г |
||||
|
с одного куста, кг |
с 1 га, т |
|||||
|
2024 |
2025 |
2024 |
2025 |
2024 |
2025 |
|
|
Каберне Совиньон, контроль |
4,4 |
3,8 |
9,78 |
8,4 |
175,3 |
171,2 |
|
Каберне Совиньон, обработки ОМУ |
4,9 |
5,5 |
10,89 |
12,2 |
185,6 |
212,7 |
|
НСР05 |
0,42 |
0,52 |
1,03 |
0,76 |
7,61 |
8,04 |
|
Шардоне, контроль |
3,7 |
2,7 |
8,22 |
5,9 |
173,7 |
164,5 |
|
Шардоне, обработки ОМУ |
4,3 |
3,2 |
9,55 |
7,0 |
195,4 |
209,8 |
|
НСР05 |
0,31 |
0,41 |
1,17 |
0,61 |
8,86 |
10,78 |
Качественные характеристики урожая были исследованы по показателям содержания сухих веществ и сахаров в соке ягод (табл. 4). Установлено, что некорневые подкормки винограда винных сортов органоминеральными удобрениями на основе ЭМВ способствовали процессу накопления сухих веществ и сахаров ягодами – компонентов, определяющих вкусовые, ароматические характеристики виноматериала, а также стабильность продукта переработки. Увеличивалось содержание фенольных соединений – антоциановых пигментов в винограде сорта Каберне Совиньон, составлявшее в среднем 312,4 мг/100 г (в контрольном варианте – 283,2 мг/100 г, НСР0,05 = 12,66 мг/100 г). Данный показатель является одним из основных компонентов красного вина, влияющих на цвет, функциональность, оригинальность, органолептические характеристики и реакции, протекающие во время хранения продукта. В этой связи можно рассматривать прием системного применения органоминеральных подкормок винограда как способ повышения качественных характеристик виноматериалов.
Таблица 4
Содержание сухих веществ и общих сахаров в соке ягод винограда
(средние данные по варианту), %
The content of dry substances and total sugars in grape juice (average data for the variant), %
|
Год |
Растворимые сухие вещества |
Содержание общих сахаров |
|
Каберне Совиньон |
||
|
|
2024 |
|
|
Контроль, обработки растений водой |
22,4 |
18,4 |
|
Некорневые подкормки удобрениями |
23,2 |
19,1 |
|
НСР0,05 |
0,95 |
0,51 |
|
|
2025 |
|
|
Контроль, обработки растений водой |
21,0 |
17,2 |
|
Некорневые подкормки удобрениями |
24,2 |
19,9 |
|
НСР0,05 |
1,14 |
0,55 |
|
Шардоне |
||
|
|
2024 |
|
|
Контроль, обработки растений водой |
20,0 |
16,4 |
|
Некорневые подкормки удобрениями |
22,3 |
18,3 |
|
НСР0,05 |
0,82 |
0,73 |
|
|
2025 |
|
|
Контроль, обработки растений водой |
20,5 |
17,0 |
|
Некорневые подкормки удобрениями |
23,5 |
19,3 |
|
НСР0,05 |
0,58 |
0,65 |
Заключение. Положительные эффекты действия некорневых подкормок винограда винных сортов водными растворами органоминеральных удобрений на основе экстракта морских водорослей Ascophyllum nodosum в почвенно-климатических условиях Анапо-Таманской зоны Краснодарского края установлены в производственном опыте по показателям: водный режим растений, устойчивость пигментного комплекса, синтез антиоксидантов. Выявленные эффекты определены в летний период на фоне продолжительного отсутствия атмосферных осадков, повышенной температуры воздуха и интенсивной солнечной инсоляции. Активация метаболических процессов, связанных с повышением устойчивости растений к действию абиотических стрессоров, обеспечивала существенное повышение продуктивности винограда и качества урожая. Увеличение содержания сахаров в соке ягод является фактором повышения стабильности продуктов переработки винограда; возросшее количество антоциановых соединений в соке ягод винограда Каберне Совиньон, определяющих колориметрические характеристики вина (интенсивность цвета, тональность, плотность), имеет большое значение для процесса ферментации и хранения продукта. Выявленные биологические эффекты действия системы некорневых подкормок винограда позволяют прогнозировать перспективу ее применения в целях стабилизации функционирования ампелоценозов.
