Введение к работе
Актуальность исследований. Для земледелия Северо-Восточной части Не-іерноземья России характерно наличие таких стрессовых факторов, как верти-:альная и горизонтальная пестрота почвенного покрова, кислотность, обуслов-іенная в первую очередь наличием подвижного алюминия, недостаточное со-іержание подвижных форм фосфора, определяющих низкое плодородие почв ітой зоны. Решение проблемы рационального использования низкоплодород-шх кислых почв во всём мире ведётся в трёх направлениях: 1) изменение :войств самой почвы - известкование, фосфоритование, повышение содержа-іия органического вещества: 2) использование кислотоустойчивых сортов и іидов растений; 3) комбинирование первых двух направлений. Обострившийся жономический кризис последних лет привёл к заметному снижению темпов грименения извести и минеральных удобрений в стране. По Кировской области збъём известкования снизился с 115,2 тыс. га (1991-95гг.) до 2,8 тыс. га 1998г.), что составляет 0,7 % от ежегодной потребности. Таким образом, усугубляется проблема создания оптимального кислотного уровня почв, решаемая лрежде путём внесения достаточного количества минеральных удобрений и из-зестковых материалов. В связи с этим становится всё более актуальным новый, лерспективный и экологически безопасный путь решения проблемы использования кислых почв с учётом адаптивности, устойчивости самих растений к лрессовым эдафическим факторам, их генетического разнообразия, как в видовом, так и в сортовом плане. Экологическая устойчивость растений не только позволяет сократить дорогостоящую мелиорацию кислых почв, но и является действенным средством защиты посевов от стрессовых ситуаций. В настоящее время мало известно о кислотоустойчивости большинства видов (овса, озимой ржи, гороха) и сортов сельскохозяйственных культур в конкретных почвенно-климатических условиях; недостаточно физиологического анализа причин повреждения растений на кислых почвах. Разнообразие методов оценки, критериев отбора и связанная с этим противоречивость получаемых исследователями данных не позволяет с положенной достоверностью выделить и осмыслить механизмы кислотоустойчивости отдельных культур. В связи с этим, целью исследований было - обоснование возможности и разработка принципов эдафиче-ской устойчивости растений овса и гороха на основе оценки их адаптационного потенциала.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Разработка лабораторных методов сортового скрининга овса и гороха на алюмооустойчивость;
-
Дифференциация семенного материала для выделения контрастных форм;
-
Выявление механизмов устойчивости растений к кислотности почвы.
-
Изучение взаимосвязи алюмо- и засухоустойчивости растений.
-
Определение оптимального соотношения элементов минерального питания при действии кислотного стресса.
-
Оценка эффективности лабораторного скрининга в полевых условиях.
Научная новизна исследований. Впервые системно представлена комплексная характеристика различных сортов овса и гороха по признаку алюмоустойчивости. Разработан для овса метод водно-бумажной культуры и предложен тестовый раствор алюминия в концентрации 50 мг/л. Для гороха - метод водной культуры с концентрацией раствора 3 мг/л. Рекомендован для овса диагностический показатель - "процент врастания". Установлено, что механизмы алюмоустойчивости (изменение рН среды корнями растений, соотношение корень / побег по длине и биомассе, окислительная активность корней, содержание различных групп белков, изменение активности кислой липазы) идентичны для растений овса и гороха.
Практическая ценность работы. Скрининг растений на алюмоустойчивость позволил выделить относительно устойчивые сорта овса и гороха. Кроме того, кислотоустойчивые формы растений могут быть использованы в качестве исходного материала в селекции с целью выведения новых сортов гороха и овса. С использованием результатов исследований на Фалёнской селекционной станции был выведен и передан на государственное сортоиспытание новый сорт гороха - Фламинго, который наряду с ценными хозяйственно-биологическими показателями характеризуется и относительно высокой кислотоустойчивостью.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практической конференции "Научные основы стратегии адаптивного растениеводства Северо-Востока Европейской части России" (Киров, 1996), конференции "Интродукция сельскохозяйственных растений и её значение для сельского хозяйства Северо-Востока РФ" (Чувашский НИИСХ, 1999), научно -практической конференции "Растение и почва" (Санкт-Петербург, 1999).
Публикации. Основные положения диссертации представлены в 6 печатных работах.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, включает 4 рисунка, 37 таблиц и 11 приложений. Список литературы содержит 208 наименований, из них 113 иностранных.
Работа выполнена в отделе эдафической устойчивости растений НИИСХ Северо-Востока им. Н.В.Рудницкого в 1996-1998 годах.
Объектами исследований служили различные сорта овса и гороха из коллекции лабораторий селекции данных культур Фалёнской селекционной станции). Для выяснения механизмов алюмоустойчивости взяты контрастные по данному признаку сорта - Ж-9756, Козырь, Льговский 9 (овёс), Б-18520 (горох)-относительно толерантные к токсичному действию алюминия и Факир, И-1559 {овёс), Самарец, СД 33/1 (горох) - относительно восприимчивые.
Для оценки относительной кислотоустойчивое овса применяли метод водно-бумажной культуры. Были подобраны рабочие растворы с концентрації-
:й алюминия 30 и 50 мг/л (Кропотов, Герасимова, 1997). Повторность опыта рёхкратная.
Лабораторную оценку кислотоустойчивое гороха проводили в пластико-1ых контейнерах (объём-2л.), используя раствор алюмокалиевых квасцов с :онцентрацией 0,1 мМ А1/л. (опыт) и дистиллированную воду (контроль). Покорность опыта трёхкратная.
Критерием устойчивости служил индекс относительной длины корней ИДК) (Климашевский, 1991). Кроме того, нами предложен новый критерий от-іора, названный условно "процент врастания" в тестирующую жидкость (про-іентное отношение числа растений способных расти в опытном растворе к ко-[ичеству их в контрольном растворе).
Анализировали: изменение рН дистиллированной воды корнями растений Wagatsuma,1985), (определение величины рН по ГОСТ 24483-85); катионо-ібменную ёмкость корней (Петербургский, 1975); содержание различных групп іелков (Землянухин, 1975); окислительную активность корней (Гусева и др., 975 ); активность кислой липазы (Ермаков, 1985); корневой индекс и страте-ию адаптации (Федяев, 1998); засухоустойчивость (Диагностика устойчивости .., 1988).
С целью проверки эффективности лабораторных тест-методов в условиях ючвенной культуры были заложены следующие опыты:
Опыт 1. Влияние алюминия на развитие и продуктивность контрастных по [зучаемому признаку сортов гороха.
Микрополевой опыт закладывали в сосудах размером, в см: 120x120x50 в (вух вариантах - почва с рН 5,78; А1- следы (контроль) и рН 3,56; А1-13.5 іг/100г. почвы (опыт). Продолжительность опыта 80 дней. Отмечали наступле-[ие фенофаз, определяли содержание хлорофилла в листьях в фазу всходов и іветения (Диагностика устойчивости растений..., 1988), рассчитывали коэффи-[иент устойчивости пигмента (Климашевский, 1991), соотношение корень / по-іег, анализировали структуру урожая.
Опыт 2. Изменение физиологических показателей растений овса при нало-<ении алюминиевого стресса.
Продолжительность опыта 40 дней. Отмечали даты наступления фенофаз, пределяли содержание хлорофилла, соотношение корень / побег. Агрохимиче-кая характеристика почв приведена в диссертационной работе (приложение 1, тр.111).
Опыт 3. Изучение потребности в элементах минерального питания различ-:ых по кислотоустойчивости сортов овса.
Опыт закладывался по Вахмистрову (1991) и включал 3 варианта при ней-ральной рН среды (6.5) и те же 3 варианта при кислой рН (4.3):
1 - N:P:K = 70:15:15 атомных %
2-N:P:K= 15:70:15 атомных %
3 - N:P:K = 15:15:70 атомных %
Алюминий вносили в виде 1 мМ сульфата алюминия.
Продолжительность опыта составила 30 дней. Повторность 4-х кратная. В конце опыта в корнях и проростках определяли содержание азота, фосфора и калия. Рассчитывали оптимальное соотношение NPK для ряда показателей развития растений.
Опыт 4. Влияние кислотности почвы и засухи на корневой индекс растений В условиях песчаной культуры было изучено 9 сортов овса в трёх вариантах: контроль, влияние засухи и подвижного алюминия. Продолжительность опыта - 30 дней. Определяли сухую массу корней, вегетативной массы, корневой индекс (Федяев, 1998).
Полевую оценку овса и гороха проводили в условиях Фалёнской селекционной станции (Кировская область). Испытано 25 сортов овса и 25 сортов гороха, возделываемых на кислом и окультуренном участках. Оценивали развитие растений в течение вегетации, структуру урожая продуктивность сортов. Повторность четырёхкратная. Расположение делянок - в один ярус, вариантов внутри повторений - рендомизированное. Общий размер делянок 25 м" и 50 м\ Учётные площадки 5 м" и 10 м" соответственно. Статистическая обработка данных - по Доспехову (1985).