Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ПЕКТИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАСТЕНИЙ (СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА) 12
1.1. Роль микроэлементов в физиолого-биохимических процессах сельскохозяйственных растений 12
1.2. Проявление антагонизма и синергизма ионов в метаболизме растений 19
1.3. Физиолого-биохимическая роль олигосахаров и пектиновых веществ в метаболизме и жизнедеятельности растений 24
1.4. Физиолого-биохимическое действие нетрадиционных фиторегуляторов роста в растениях 30
1.5. Сравнительная оценка эффективности способов применения микроэлементов и нетрадиционных регуляторов роста при возделывании сельскохозяйственных культур 37
1.6. Предпосевная обработка семян как фактор повышения симбиотической активности и продуктивности гороха 43
Заключение по главе 1 47
2. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 50
2.1. Почвенный покров и его агрохимическая характеристика 50
2.2. Объекты и методика исследований 56
3. ВЛИЯНИЕ ПЕКТИНА, МЕЛАФЕНА И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА СИСТЕМУ ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СЕМЕНАХ ГОРОХА И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ ИХ ПРО РАСТАНИИ И АКТИВНОСТЬ ПОЧВЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ 66
3.1. Особенности применения пектина из Amaranthus cruentus для обработки семян гороха и зерновых культур 69
3.2. Изменение степени набухаемости семян гороха и зерновых культур от предпосевной обработки пектином, мелафеном и микроэлементами 76
3.3. Активность а- и Р-амилазы при прорастании в семенах зерновых культур 79
3.4. Влияние пектина и микроэлементов на интенсивность дыхания семян при прорастании яровой пшеницы 83
3.5. Действие пектина и микроэлементов на активность катал азы в проростках зерновых культур 86
3.6. Влияние предпосевной обработки семян гороха и зерновых культур на показатели их прорастания 88
3.7. Влияние пектина и микроэлементов на активность почвенной микрофлоры 111
Заключение по главе 3 118
4. ПРОДУКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙ СТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН РОСТОРЕГУЛЯТОРАМИ И МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ 119
4.1. Фотометрические показатели листовой поверхности растений 120
4.2. Динамика накопления сухой биомассы в растениях 132
4.3. Влияние предпосевной обработки семян на чистую продуктивность фотосинтеза 142
4.4. Формирование симбиотического аппарата гороха в зависимости от обработки семян пектином, микроэлементами и ризоторфином 147
Заключение по главе 4 155
5. ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБРАБОТКИ СЕМЯН РОСТОРЕГУЛЯТОРАМИ И МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ... 157
5.1. Динамика питательных веществ в растениях гороха и зерновых культур 157
5.2. Влияние пектина и микроэлементов на устойчивость озимой пшеницы к неблагоприятным факторам среды 193
5.3. Влияние микроэлементов на динамику редуцирующих Сахаров в растениях твердой яровой пшеницы сорта Безенчукская 139 203
5.4. Физико-механические свойства соломы зерновых культур
в зависимости от предпосевной обработки семян пектином
и микроэлементами 205
Заключение по главе 5 208
6. ВЛИЯНИЕ РОСТОРЕГУЛЯТОРОВ И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙ СТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 210
6.1. Урожайность гороха и зерновых культур 210
6.2. Влияние росторегуляторов, микроэлементов и ризоторфина на качество получаемой продукции 222
Заключение по главе 6 247
7. АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕКОМЕНДУЕМЫХ ПРИЕМОВ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 248
7.1. Энергетическая оценка 248
7.2. Экономическая оценка 255
7.3. Производственная проверка результатов исследований 260
Заключение по главе 7 263
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 264
ВЫВОДЫ 267
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 270
ЛИТЕРАТУРА 271
ПРИЛОЖЕНИЯ 346
Введение к работе
Актуальность темы. Средне-Волжский регион занимает одно из первых мест по площади посевов зерновых и бобовых культур в Российской Федерации, однако резервы роста и продуктивности используются еще не в полной мере.
Современные сорта и гибриды сельскохозяйственных культур обладают высоким потенциалом продуктивности и для более эффективных путей повышения аграрного сектора экономики с экологической точки зрения в практику растениеводства следует отнести метод предпосевной обработки семян микроэлементами и регуляторами роста, которые вызывают активизацию метаболических процессов в растительном организме в исключительно малых дозах, способны защитить растение от стрессовых воздействий и патогенов, что является очень важным для формирования урожая (Школьник М.Я., 1974; Власюк П.А., 1980; Пейве Я.В., 1980; Ягодин Б.А., 1990; Шевелуха B.C., 1999; Гайсин И.А. и др., 1999, 2000; Костин В.И. и др., 1997, 1998, 1999, 2000; Самуилов Ф.Д. и др., 1999, 2000; Кириллов А.Ф., 2001; Дозоров А.В., 2003; Таланов И.П., 2003).
В настоящее время возрастает роль исследований по разработке адаптивных технологий возделывания культур с высоким уровнем урожайности, с созданием оптимальных условий для бобово-ризобиального симбиоза, с повышением устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды, снижением пестицидной нагрузки и улучшением минерального питания растений макро- и микроэлементами. Вместе с тем, комплексные исследования с применением микроэлементов, регуляторов роста и биологически активных веществ естественного происхождения для обработки семян сельскохозяйственных культур проводились в условиях лесостепи Поволжья в недостаточной степени. Углубленное изучение данного направления необходимо для обоснования энергосберегающих технологий производства сельскохозяйственной продукции высоко го качества и широкого их применения в производстве. Исключительно актуальное значение эта задача имеет в практическом растениеводстве с целью эффективного применения минеральных удобрений с выявлением антагонизма, синергизма, аддитивности и коэффициентов взаимодействия в онтогенезе растений.
Цель и задачи исследований. Изучить влияние предпосевной обработки семян гороха, озимой и яровой пшеницы пектином, микроэлементами и мела-феном для оптимизации продукционного процесса растений, устойчивости к неблагоприятным факторам среды и активизации бобово-ризобиального симбиоза гороха в условиях лесостепи Поволжья.
В соответствии с поставленной целью были поставлены следующие задачи:
- изучить влияние факторов воздействия на изменение физиолого-биохимических процессов при прорастании семян;
- изучить влияние предпосевной обработки семян микроэлементами и росто-регуляторами на посевные качества семян опытных культур и активность почвенной микрофлоры;
- выявить влияние используемых факторов на фотосинтетическую деятельность посевов опытных культур;
- определить динамику формирования и активности симбиотического аппарата гороха, обеспечивающего наибольшую биологическую фиксацию молекулярного азота в зависимости от обработки семян;
- определить динамику содержания макро-, микроэлементов в течение онтогенеза растений;
- исследовать роль предпосевной обработки семян в развитии адаптационных реакций растений при действии неблагоприятных факторов среды;
- выявить связь некоторых физиологических процессов с урожайностью и качеством продукции, рассчитать коэффициенты взаимодействия между факторами воздействия;
- определить урожайность и качество продукции в зависимости от используемых факторов;
- провести производственную проверку и дать экономическую и энергетическую оценку эффективности изучаемых приемов в технологии возделывания озимой пшеницы, яровой пшеницы, гороха;
- провести широкие производственные испытания в учхозе УГСХА и хозяйствах Ульяновской области.
Научная новизна. Применительно к условиям лесостепи Поволжья на основе многолетних полевых и производственных опытов выявлены оптимальные сочетания микроэлементов и пектина с высоким взаимодействующим эффектом, установлена стимулирующая концентрация пектина и мелафена для обработки семян опытных культур с целью улучшения посевных качеств семян, наибольшего выхода продукции при наименьших затратах материальных и энергетических ресурсов. Впервые изучена физиологическая эффективность пектина в сочетании с микроэлементами на активность бобово-ризобиального симбиоза гороха, на устойчивость озимых культур к неблагоприятным факторам среды, изучены закономерности влияния используемых факторов на поступление макро- и микроэлементов, урожайность и качество сельскохозяйственных культур.
Впервые установлено ростостимулирующее действие пектинов из Amaranthus cruentus со средней молекулярной массой 14000-20000 у.е. на яровой, озимой пшенице и горохе, а также был изучен препарат нового поколения мелафен (меламиновая соль бис(оксиметил) фосфиновой кислоты), в качестве фитогормона, обладающим полифункциональностью действия.
Установлены корреляционные связи между физиолого-биохимическими процессами, урожайностью и качеством продукции.
Для определения взаимодействия факторов и выявления антагонизма, синергизма и аддитивности нами совместно с научным консультантом В.И.Костиным выведена формула: Лвз. YJ где Квз. - коэффициент взаимодействия; F - эффект от суммы факторов; Fi, F2, F3, Fn - действие изолируемых факторов;
Если ZF (Fj + F2 + F3 + ... + Fn), то наблюдается положительный синергизм. В том случае, если SF (Fi + F2 - F3 + ... - Fn), - положительный антаго-низм. Если эффект от суммы факторов меньше суммы или разности действия изолирующих факторов, то, соответственно, рассматривается как отрицательный синергизм или антагонизм, хотя сам физиологический процесс может иметь положительный характер. При Квз. = 0 наблюдается аддитивность. Положения, выносимые на защиту.
- динамика содержания азота, фосфора, калия и микроэлементов в растениях сельскохозяйственных культур, биологическая фиксация азота, снижение содержания нитратов и тяжелых металлов в получаемой продукции, формула по определению антагонизма, синергизма и аддитивности;
- физиолого-биохимическая концепция использования пектина, мелафена и микроэлементов, интегральная схема механизмов по обработке семян сельскохозяйственных культур, фотосинтетическая деятельность посевов опытных культур, углеводный метаболизм, адаптивная реакция растений к неблагоприятным факторам среды, и связь между физиолого-биохимическими процессами, урожайностью и качеством продукции;
- биохимическая, технологическая, экономическая и энергетическая оценка выращенной продукции;
Практическая значимость. Предложенная производству система обработки семян обеспечивает более высокую урожайность сельскохозяйственных культур с хорошими качественными характеристиками зерна и семян. Данный агроприем — экологически безопасный, малозатратный, повышает экономическую эффективность и конкурентоспособность зернового хозяйства в условиях рынка. Под действием используемых факторов выявлены физиолого-биохимические закономерности в течение онтогенеза, которые могут служить основой для управления процессами жизнедеятельности растений. Следовательно, они являются элементами адаптивных технологий возделываемых культур. Результаты исследований по применению используемых факторов прошли производственную проверку и внедряются в хозяйствах Ульяновской и Самарской областях, в учебно-опытном хозяйстве Ульяновской ГСХА и в республике Татарстан. Полученные данные используются в учебном процессе по курсам растениеводства, физиологии и биохимии растений, агрохимии и экологии для студентов агрономического факультета, а также для специалистов сельского хозяйства в институте повышения квалификации и агробизнеса.
Исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами Министерства сельского хозяйства РФ (номера Государственной регистрации № 06.9.200111.65, № 01860096.82) и являются составной частью плана научной работы Ульяновской ГСХА.
Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии (1993-2004 гг.); на научной конференции, посвященной 50-летию КСХИ (Киров, 1994); на Международной конференции, посвященной 150-летию П.А.Костычева (Рязань, 1995); на научно-практической конференции «Проблемы экологии Ульяновской области» (Ульяновск, 1997); на Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосберегающие приемы и технологии возделывания сельскохозяйственных культур» (Рязань, 1998); на пятой конференции «Новые перспективы исследования хитина и хитозана» (Москва, 1999); на III Международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 1999); на Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1999), на Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические проблемы Среднего Поволжья» (Ульяновск, 1999); на III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), на Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2000); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы мониторинга экосистем, антропогенно-нарушенных территорий» (Ульяновск, 2000); на конференциях молодых ученых (Ульяновск, 2001, 2002); на первой Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создание функциональных продуктов» (Москва, 2001); на шестой Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001); на Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем» (Казань, 2002); на Международной научно-практической конференции «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002); на Поволжской научно-практической конференции «Пути повышения качества зерна и продуктов его переработки» (Самара, 2002); на IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002); на Всероссийской научно-практической конференции «Роль средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем» (Уфа, 2003); на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (Ульяновск, 2003); на Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создание функциональных продуктов» (Москва, 2003); на Международной научно-практической конференции «Современные технологии и системы производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Рязань, 2003); на Международной научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Воронеж, 2003); на Всероссийской конференции молодых ученых «Молодые ученые - агропромышленному комплексу» (Казань, 2004).
Под руководством автора защищены 2 кандидатские диссертации.
Публикации. Автором опубликовано 72 научных работ, из них по теме диссертации 56.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах компьютерного текста, состоит из введения, семи глав, заключения, выводов и предложений производству, включает 122 таблицы, 33 рисунка и 111 таблиц в приложении. Список литературы включает 792 наименования, в том числе 143 иностранных авторов.
