Влияние наночастиц Fe₃O₄ на урожайность картофеля и развитие почвенной микрофлоры

Цель данной работы заключалась в исследовании как раздельного, так и совместного влияния ЖФБ (жидкофазный биопрепарат) и наночастиц Fe₃O₄ на урожайность картофеля сорта Скарб, а также на почвенную микрофлору. Биосинтез наночастиц Fe₃O₄ осуществлялся с применением экстракта зеленого чая и раствора FeSO₄∙7H₂O концентрацией 0.1 моль/л. Эффективность полученного ЖФБ-Fe изучали в полевых условиях на фоне внесения NPK. Результаты трехлетнего эксперимента (2020–2022 гг.) показали, что при опрыскивании вегетирующих растений 1%-ным ЖФБ-Fe урожайность картофеля увеличилась на 16.9%, а при обработке клубней перед посадкой – на 14.8% по сравнению с контролем. В то же время при использовании ЖФБ без добавления наночастиц Fe₃O₄ урожайность картофеля увеличилась на 9.8% при обработке по листу и на 6.8% при обработке клубней по сравнению с контролем. По результатам микробиологического анализа был рассчитан коэффициент минерализации почвы и рассмотрена зависимость урожайности картофеля от его величины. При варьировании концентрации ЖФБ-Fe обнаружена сильная, но разнонаправленная зависимость урожайности картофеля от коэффициента минерализации почвы как при обработке клубней (уравнение регрессии у = 0.2639х – 39.9329 с коэффициентом корреляции r = 0.72), так и при опрыскивании растений картофеля (уравнение регрессии у = -0.2536х + 55.882 с коэффициентом корреляции r = -0.77). Кроме того, при некорневой обработке растений картофеля 1%-ным раствором наночастиц Fe₃O₄ была очень сильная обратная взаимосвязь между  урожайностью и количеством азоттрансформирующих микроорганизмов (коэффициент корреляции r = -0.90, при уравнении регрессии у = -0.0841х + 37.9421).

1. Аипова Р., Абдыкадырова А. Б., Курманбаев A. A. Биологические препараты в органическом земледелии // Биотехнология и селекция растений.2019. Вып. 2(4). С. 36–41. DOI: 10.30901/2658-6266-2019-4-o4.

2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1984. 351 с.

3. Иванищев В.В. Роль железа в биохимии растений // Известия ТулГУ. Естественные науки. 2019а. Вып. 3. С. 149–159.

4. Иванищев В.В. Доступность железа в почве и его влияние на рост и развитие растений // Известия ТулГУ. Естественные науки. 2019б. Вып. 3. С. 127–138.

5. Любимова Н.А., Рабинович Г.Ю. Влияние биопрепарата с наночастицами железа на активность почвенных ферментов и урожайность картофеля // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2023. Т. 24. № 3. С. 417–429. DOI: 10.30766/2072-9081.2023.24.3.417-429.

6. Нугманова Т.А. Использование биопрепаратов для растениеводства // Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. 2017. Т. 144–1. С. 211–214.

7. Фомичева Н.В., Рабинович Г.Ю., Смирнова Ю.Д. Влияние некорневых обработок вегетирующих растений на микрофлору почвы // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. 2018. № 6. С. 19–23. DOI: 10.30850/vrsn/2018/6/19-23.

8. Asghar М.А. et al. Iron, copper and silver nanoparticles: Green synthesis using green and black tea leaves extracts and evaluation of antibacterial, antifungal and aflatoxin B1 adsorption activity // LWT Food Science and Technology. 2018. Vol. 90. P. 98–107. DOI: 10.1016/j.lwt.2017.12.009.

9. Babali N. et al. Synthesis of nano iron oxide and investigation of its use as a fertilizer ingredient // International Journal of Innovative Research and Reviews. 2022. Vol. 6(1). P. 6–10. URL: https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/2553830.

10. Briat J.-F., Dubos C., Gaymard F. Iron nutrition, biomass production, and plant product quality // Trends in plant science. 2015. Vol. 20. No. 1. P. 33– 40. DOI: 10.1016/j.tplants.2014.07.005.

11. Chen L. et al. Comparative study of the effectiveness of nano-sized ironcontaining particles as a foliar top-dressing of peanut in rainy conditions // Agricultural Water Management. 2023. Vol. 286. P. 108392–108399. DOI: 10.1016/j.agwat.2023.108392.

12. De Souza A. et al. Impact of Fe3O4 nanoparticle on nutrient accumulation in common bean plants grown in soil // SN Applied Sciences. 2019. Vol. 1. P. 308–315. DOI: 10.1007/s42452-019-0321-y.

13. Dinesh R. et al. Engineered nanoparticles in the soil and their potential implications to microbial activity // Geoderma. 2012. Vol. 173–174. P. 19–27. DOI: 10.1016/j.geoderma.2011.12.018.

14. Duhan J.S. et al. Nanotechnology: The new perspective in precision agriculture // Biotechnology Reports. 2017. Vol. 15. P. 11–23. DOI: 10.1016/j.btre.2017.03.002.

15. Etesami H., Maheshwari D.K. Use of plant growth promoting rhizobacteria (PGPRs) with multiple plant growth promoting traits in stress agriculture: Action mechanisms and future prospects // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 156. P. 225–246. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.03.013.

16. Fomicheva N., Rabinovich G., Kashkova A. The effect of the biopreparation of LPB on the yield of vegetable crops // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 390. P. 01016–01021.

17. He S. et al. The impact of iron oxide magnetic nanoparticles on the soil bacterial community // J Soils Sediments. 2011. Vol. 11. P. 1408–1417. DOI: 10.1007/s11368-011-0415-7.

18. Karade V.C. et al. Effect of reaction time on structural and magnetic properties of green-synthesized magnetic nanoparticles // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2018. Vol. 120. P. 161–166. DOI: 10.1016/j.jpcs.2018.04.040.

19. Ndaba B. et al. Biosynthesized metallic nanoparticles as fertilizers: An emerging precision agriculture strategy // Journal of Integrative Agriculture. 2022. Vol. 21(5). P. 1225–1242. DOI: 10.1016/S2095-3119(21)63751-6.

20. Nongbet A. et al. Nanofertilizers: a smart and sustainable attribute to modern agriculture // Plants. 2022. Vol. 11. P. 2587–2606. DOI: 10.3390/plants11192587.

21. Pawlett M. et al. The impact of Zero-valent iron nanoparticles upon soil microbial communities is context dependent // Environmental Science Pollution Research. 2013. Vol. 20. P. 1041–1049. DOI: 10.1007/s11356-0121196-2.

22. Postolachi O. et al. Effect of iron nanoparticles and herbicide trifluralin on the formation of microbial consortia // Analele Universităţii din Oradea, Fascicula Biologie. 2019. Vol. 26. Is. 2. P. 117–123. URL: https://bioresearch.ro/2019-2/117-123-AUOFB.26.2.2019-POSTOLACHI.O.Effect.of.iron.nanoparticles.pdf.

23. Raiesi‑ Ardali T. et al. Improved iron use efficiency in tomato using organically coated iron oxide nanoparticles as efficient bioavailable Fe sources // Chem. Biol. Technol. Agric. 2022. Vol. 9. P. 59–64. DOI: 10.1186/s40538022-00318-y.

24. Rui M. at al. Iron oxide nanoparticles as a potential iron fertilizer for peanut (Arachis hypogaea) // Front. Plant Sci. 2016. Vol. 7. P. 815. DOI: 10.3389/fpls.2016.00815.

25. Shahwan T. et al. Green synthesis of iron nanoparticles and their application as a Fenton-like catalyst for the degradation of aqueous cationic and anionic dyes // Chemical Engineering Journal. 2011. Vol. 172. P. 258– 266. DOI: 10.1016/j.cej.2011.05.103.

26. Sharma S., et al. Foliar application of organic and inorganic iron formulation induces differential detoxification response to improve growth and biofortification in soybean // Plant Physiol. Rep. 2019. Vol. 24. P.119– 128. DOI: 10.1007/s40502-018-0412-6.

27. Vitta Y. et al. Synthesis of iron nanoparticles from aqueous extract of Eucalyptus robusta Sm and evaluation of antioxidant and antimicrobial activity // Materials Science for Energy Technologies. 2020. Vol. 3. P. 97– 103. DOI: 10.1016/j.mset.2019.10.014.

28. Yang X., Alidoust D., Wang C. Efects of iron oxide nanoparticles on the mineral composition and growth of soybean (Glycine maxL.) plants // Acta Physiologiae Plantarum. 2020. Vol. 42. P. 128–135. DOI: 10.1007/s11738020-03104-1.