Введение к работе
Актуальность работы. Основной целью сельскохозяйственного производства является получение высоких урожаев хорошего качества. Среди возделываемых культур средней полосы России, обеспечивающих продовольственную безопасность страны, яровая пшеница занимает одно из ведущих мест. В современных условиях земледелия при проявлении абиотических стрессов применение различных агрохимических средств, при выращивании зерновых культур, должно обеспечиваться безопасностью агроценозов.
В условиях интенсификации производства одной из основных проблем, препятствующих высокой эффективности агрохимических средств, при современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, являются абиотические факторы, вызывающие проявление у растений окислительного стресса. Наиболее распространенными являются засуха и загрязнение почв тяжелыми металлами (Гудковский, 2001; Вихрева с соавт., 2009; Верниченко, 2011; Гриценко, 2012).
Последние десятилетия большое значение отводится изучению роли и
механизмов протекторного действия селена в процессе роста и развития
сельскохозяйственных растений. Основное предпочтение исследователей
отдается применению неорганических соединений селена, в связи с их
распространенностью, хорошей растворимостью в воде, высокими
показателями эффективности применения и относительно низкой
стоимостью. По экологической нагрузке селениты являются более
токсичными, по сравнению с органическими селенсодержащими
соединениями. Скорость поглощения растениями селенитов несколько ниже, по сравнению с органическими формами из-за сложности процессов поведения селена в почве и растительном организме (Голубкина с соавт., 2006; Abrams et al., 1990; Coburn, 1992). Несмотря на многочисленные исследования защитной роли селена в формировании продуктивности сельскохозяйственных культур, влияние органических и неорганических селенсодержащих соединений на адаптивную устойчивость зерновых культур в условиях засухи и загрязнения почвы тяжелыми металлами до сих пор остаются недостаточно изученными, противоречивыми и требующими дальнейшего исследования.
Степень разработанности темы. Большое количество исследований уделено изучению влияния селена на рост и формирование продуктивности и качество получаемой продукции (Торшин, 1995; 1996; 2001; Голубкина, 1998; 2007; Дудецкий, 1998, Серегина, 1999; 2000; 2001; 2002; 2007; Ягодин, 1999; Блинохватов с соавт., 2001; Вихрева, 2001, 2009, 2011; Ниловская, 2001; Зуева, 2009; Леонтьев, 2010; Верниченко, 2011; 2015; Головацкая, 2012; Усубова, 2012 и др.) основных сельскохозяйственных культур в условиях воздействия абиотических и биотических факторов, в том числе засух (Генкель, 1982; Серегина, 2008; Ниловская, 2009; Верниченко, 2011; 2015; Телевка, 2013; Рустамов, 2014; Яковлев, 2014) и загрязнения почв
тяжелыми металлами (Алексеев, 1987; Черных 2000, 2003; Серегин, 2001; Серегина, 2010; Аль Аруд, 2011; Чурсина, 2012).
Остается не разработанным вопрос изучения сравнительной
эффективности органических и неорганических селенсодержащих
соединений на устойчивость, формирование урожая, фотосинтетическую деятельность и показатели качества зерна яровой пшеницы, поскольку органическим соединениям в растениеводстве уделяется достаточно мало внимания.
Цель и задача исследования. Целью диссертационного исследования является оценка действия форм и способов применения селена на устойчивость яровой пшеницы к засухе и загрязнению почвы кадмием.
В задачи исследований входило:
-
Изучение влияния форм селенсодержащих соединений на урожайность и формирование элементов продуктивности яровой пшеницы в условиях засухи и загрязнения почвы кадмием.
-
Изучение действия форм соединений селена на фотосинтетическую деятельность пшеницы в различных условиях выращивания.
-
Изучение действия засухи и загрязнения почвы тяжелыми металлами на показатели качества урожая пшеницы.
-
Оценка закономерностей накопления основных элементов питания (NPK) в условиях окислительного стресса, вызванного засухой и загрязнением почвы кадмием.
-
Изучение влияния форм селенсодержащих соединений на накопление селена и кадмия растениями яровой пшеницы в зависимости от условий выращивания.
Научная новизна. Впервые в вегетационных и полевых
исследованиях была проведена сравнительная оценка влияния органической
и неорганической форм селенсодержащих соединений на формирование
урожайности яровой пшеницы и показатели качества урожая в условиях
окислительного стресса, вызванного засухой в критический период роста
растений и загрязнением почвы кадмием. Проведена оценка различных
способов применения органической и неорганической форм
селенсодержащих соединений на адаптивную устойчивость яровой пшеницы к абиотическим стрессовым факторам, а также вынос основных элементов питания (NPK), уровень накопления селена и содержание кадмия в продукции. Установлено, что действие селенита натрия и селеноцистина на формирование урожая зерна и его качество, а также фотосинтетическую деятельность растений в течение вегетационного периода зависит от способа применения селенсодержащих соединений. Доказано эффективное действие селеноцистина при выращивании яровой пшеницы в изучаемых условиях.
Теоретическая и практическая значимость работы. Данные, полученные в диссертационном исследовании позволили экспериментально обосновать роль различных селенсодержащих соединений в формировании урожайности и адаптивной устойчивости яровой пшеницы в условиях
окислительного стресса. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке практических рекомендаций по возделыванию сельскохозяйственных культур в условиях засухи и техногенной нагрузки на почву. Экспериментально установленные закономерности необходимы для обоснования и разработки мероприятий по обогащению агрономически ценной части продукции растениеводства селеном. Экспериментально обоснованы наиболее эффективные способы использования селеноцистина и селенита натрия при выращивании яровой пшеницы.
Методология и методы диссертационного исследования.
Диссертационные исследования проводились с использованием
вегетационных и микрополевых методов исследования. Проводилось определение агрохимических показателей почвы, оценка урожайности и элементов продуктивности, показателей качества продукции, химического состава зерна и фотосинтетических показателей растений пшеницы согласно рекомендованным современным методикам и ГОСТам.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Выявлено положительное действие предпосевной обработки семян селенитом натрия и селеноцистином на урожайность и структуру урожая яровой пшеницы сорта Злата в условиях засухи и загрязнения почвы кадмием.
-
Доказано изменение соотношения зеленых пигментов в хлорофилловом комплексе, что способствует увеличению адаптивной устойчивости растений пшеницы при выращивании в условиях окислительного стресса.
-
Изучены закономерности взаимодействия селена и кадмия при поступлении их в растения.
-
Установлено положительное влияние селенита натрия и селеноцистина на формирование показателей качества продукции яровой пшеницы сорта Злата в условиях различного увлажнения и загрязнения почвы кадмием.
Степень достоверности результатов. Данная диссертационная работа является завершенным и самостоятельным научным исследованием, в котором приведенные результаты принадлежат либо автору, либо получены при непосредственном его участии. Все исследования проведены согласно общепринятым методикам в агрохимических исследованиях, физиологии и биохимии растений, методах математической и статистической обработки полученных результатов. Наименьшая существенная разница рассчитана с 5-м % уровнем значимости, повторность всех приведенных опытов, согласно общепринятым методикам постановки опытов, четырехкратная.
Апробации. Результаты работы были представлены на
Международной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной созданию объединенного аграрного вуза в Москве (Москва, 2014); международных научно-практических конференциях «Наука в современно мире: теория и практика» (Уфа, 2014); «Актуальные вопросы
развития инновационной деятельности в новом тысячелетии» (Новосибирск, 2014); «Передовые научные разработки – 2014» (Прага, 2014); 49-й международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов «Агроэкологические основы применения удобрений в современном земледелии» (Москва, 2015).
Основные результаты доложены и обсуждены на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии и радиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (2013 - 2016 гг.).
Публикации. Материалы диссертационного исследования
опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 3 в изданиях рекомендованных ВАК РФ (Шумилин, Серегина, Полубояринов, 2014; Шумилин, Серегина, Полубояринов, 2014; Шумилин, Серегина, 2014; Шумилин, Серегина, Верниченко, Ниловская, 2015; Шумилин, Серегина, 2015; Шумилин, Серегина, Хрунов, Белецкий, Полубояринов, 2016; Шумилин, Серегина, Белопухов, Дмитревская, 2016).
Объем и структура диссертации. Диссертационное исследование представлено на 169 страницах и состоит из введения, литературного обзора, методической и практической частей, заключения, выводов, списка сокращений и списка цитируемой литературы. Работа включает 9 рисунков и 23 таблицы. Список используемой литературы включает 297 наименований, в том числе 99 иностранных авторов.