Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 6
1. ИНТРОДУКЦИЯ НОВЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ - ОСНОВА СОЗДАНИЯ И УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ 13
1.1. Эколого-биологические и технологические основы интродукции новых растений 22
1.1.1 Козлятник восточный {Galega orientalis Lam.) 22
1.1.2 Топинамбур {Heliautus tuberosus) 33
1.1.3 Свербига восточная (Bunias orientalis L.) 40
1.1.4 Щавель кормовой Румекс К-1 (Rumexpatentia L. x Rumex tianschanicus A. L.) 42
1.1.5 Лядвенец рогатый {Lotus corniculatus L.) 44
1.1.6 Амарант (Amaranthus paniculatus L.) 47
1.1.7 Расторопша пятнистая {Silybum marianum L.) 49
1.1.8 Эхинацея пурпурная {Echinacea purpurea L.) 52
2. УСЛОВИЯ, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 57
2.1 Условия, программа и объекты исследований 57
2.2 Методика проведения исследований 58
3. ОЦЕНКА АБИОТИЧЕСКИХ И ЭДАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕГИОНА 61
3.1. Основные географические показатели 61
3.2. Абиотические условия 63
3.2.1 Основные климатические особенности 63
3.2.2 Радиационный режим и теплообеспеченность вегетационного периода 64
3.2.3 Влагообеспеченность вегетационного периода 66
3.2.4 Условия зимовки растений 67
3.3. Характеристика эдафических условий региона 67
3.4. Биологические ресурсы и их использование 70
4 БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ НОВЫХ РАСТЕНИЙ 72
4.1 Общие положения 72
4.2 Накопление свежего органического вещества за счет корневых и пожнивных остатков з
4.3 Влияние козлятника восточного на агрофизические
свойства почвы 86
4.3.1 Структура почвы 86
4.3.2 Плотность почвы 91
5 ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ НА ОСНОВЕ ИНТРОДУКЦИИ РАСТЕНИЙ 93
5.1 Общие положения 93
5.2 Сроки, способы посева и нормы высева - экологически чистые приемы возделывания козлятника восточного 105
5.2.1 Формирование агроценоза в первый год жизни 105
5.2.2 Фотосинтетическая деятельность козлятника восточного в зависимости от экологических и агротехнических условий 111
5.2.3 Продуктивность и кормовые достоинства 117
5.3 Количественное распространение растений на площади как фактор оптимизации агроценоза топинамбура 124
5.3.1 Продукционный процесс агрофитоценоза 124
5.3.2 Урожайность 131
5.3.3 Химический состав и питательность зеленой массы и клубней в связи с агроэкологическими условиями выращивания 135
5.4 Влияние норм высева на продуктивность свербиги восточной 144
5.5 Влияние норм и сроков посева на продуктивность
кормового щавеля Румекс К-1 150
5.5.1- Продукционный процесс агроценоза кормового щавеля 150
5.5.2 Продуктивность и химический состав зеленой массы 153
5.6 Формирование агроценоза лядвенца рогатого 157
5.6.1 Рост, развитие и продуктивность лядвенца рогатого в зависимости от сроков посева 157
5.6.2 Фотосинтетическая деятельность агроценоза лядвенца рогатого 160
5.6.3 Структура и продуктивность агроценоза лядвенца рогатого 161
5.7 Формирование агроценоза амаранта метельчатого 162
5.7.1 Особенности роста и развития 162
5.7.2 Фотосинтетическая деятельность агроценоза амаранта 164
5.7.3 Продуктивность агроценоза амаранта 167
5.8 Продуктивность расторопии пятнистой в зависимости от сроков и способов посева 169
6 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА И БИОПРЕПАРАТОВ В ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ИНТРОДУЦИРУЕМЫХ КУЛЬТУР 175
6.1 Общие положения 175
6.2 Эффективность бактериальных препаратов ассоциативной группы и регуляторов роста при возделывании топинамбура 188
6.3 Регуляторы роста, биопрепараты и микроудобрения -ресурсосберегающие приемы в технологии возделывания экологически чистого сырья расторопии пятнистой 202
6.4 Продуктивность лядвенца рогатого в зависимости от некорневой подкормки регуляторами роста и микроудобрениями 225
6.5 Прием предпосевной обработки биопрепаратами и регуляторами роста - экологически чистый фактор повышения продуктивности козлятника восточного 228
6.6 Эколого-биологические основы применения биопрепаратов в технологии возделывания амаранта метельчатого 239
6.7 Биопрепараты и регуляторы роста - элементы экологически безопасной технологии возделывания эхинацеи пурпурной 241
7 АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОЗЛЯТНИКА ВОСТОЧНОГО КАК ПРЕДШЕСТВЕННИКА НА ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЕМЕ 247
7.1 Общие положения 247
7.2 Условия для роста и развития сельскохозяйственных культур после распашки козлятника восточного 252
7.2.1 Запас продуктивной влаги весной 252
7.2.2 Обеспеченность основными элементами питания 253
7.2.3 Биологическая активность почвы 254
7.2.4 Засоренность посевов 257
7.3 Рост, развитие и продуктивность зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур 259
7.3.1 Формирование агроценоза 259
7.3.2 Фотосинтетическая деятельность в посевах 259
7.3.3 Урожайность и структура урожая зерновых культур 263
7.3.4 Продуктивность кормовых культур 269
7.3.5 Качество зерна пшеницы 271
7.4 Влияние козлятника восточного (оборот пласта) на продуктивность расторопии пятнистой 274
8 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ НОВЫХ КУЛЬТУР И ЛУКА-РЕПКИ 279
8 Л Анализ существующих способов и технических средств для отделения листьев лука-репки 279
8.2 Физико-механические свойства лука-репки 297
8.3 Теоретическое исследование процесса отделения листьев лука-репки устройством с рабочими органами транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа 3 04
8.4 Лабораторные исследования устройства для отделения листьев лука-репки с рабочими органами транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа 325
8.5 Лабораторно-полевые исследования и производственные испытания устройства для отделения листьев лука-репки с рабочими органами транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа 337
9 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ИНТРОДУКЦИИ РАСТЕНИЙ 348
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 384
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 390
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 392
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Экология служит теоретической основой для решения многих актуальных задач современности, связанных с обеспечением существования человеческого общества. Главная из них - повышение продуктивности биогеоценозов, их природоохранности и энергоэкономичности, что требует системного подхода к анализу современной экологической ситуации и разработке путей устойчивого их развития. Продуктивность растений и растительных сообществ зависит от видового состава, их морфологических и экологических особенностей (Ничипорович А.А., 1956).
Особое значение в этой связи приобретает интродукция новых видов. Интродукция играет выдающуюся роль в истории мирового сельского хозяйства (Вавилов Н.И., 1965; Майсурадзе Н.И., 1973; Брежнев Д.Д., 1971, 1975; Гродзинский A.M., 1991; Пивоваров В.Ф., Добруцкая Е.Г., 2000; Кононков П.Ф., 1995; Бунин М.С., 2002).
Предлагаемые для широкой интродукции в условиях лесостепи Среднего Поволжья новые виды растений, такие как козлятник восточный, топинамбур, свербига восточная, кормовой щавель Румекс К-1, лядвенец рогатый, амарант, расторопша пятнистая и эхинацея пурпурная относятся к группе растений - пациентов и виолентов, обладающих высокой экологической пластичностью, адаптивностью, устойчивостью и неприхотливостью, высокой конкурентной способностью и выносливостью, морозостойкостью, засухоустойчивостью, повышенной азотфиксирующей способностью, быстрым ростом и развитием, коротким вегетационным периодом. Для них характерны: мощный рост, ассимиляционный аппарат и фотосинтетический потенциал, высокая биологическая продуктивность.
Для обеспечения фармацевтической промышленности экологически чистым высококачественным сырьем лекарственных культур должно быть создано товарное производство на основе их промышленного возделывания.
Важнейшей экологической проблемой является деградация черноземных почв, особенно в Среднем Поволжье. Интродуцируемые растения накап 7 ливают большое количество органического вещества, оказывают положительное биогеоценотическое влияние на элементы почвенного плодородия, имеют высокую экологическую эффективность. Создаваемые на их основе агрофито- и биогеоценозы обладают высокой устойчивостью и продуктивностью, обеспечивают получение экологически чистой растениеводческой продукции. Сдерживающим фактором широкого внедрения новых видов растений является отсутствие научно-обоснованных, ресурсосберегающих технологий и технических средств для их возделывания. Следовательно, решение этих вопросов является актуальной проблемой в условиях современного земледелия.
Цель работы заключалась в научно-теоретическом обосновании интродукции новых видов растений, изучении их экологической и биогеоценотиче-ской эффективности, совершенствовании экологически безопасных технологий и технических средств для их возделывания в лесостепи Среднего Поволжья.
В задачи исследований входило:
• определить агробиологические параметры высокопродуктивных аг-рофитоценозов новых видов растений: козлятника восточного, топинамбура, свербиги восточной, кормового щавеля, лядвенца рогатого, амаранта, расторопши пятнистой и эхинацеи пурпурной;
• обосновать возможность интродукции новых видов растений в лесостепи Среднего Поволжья, изучить особенности их продукционного процесса;
• совершенствование экологически безопасных технологий возделывания интродуцируемых новых культур;
• изучить возможности управления продукционным процессом кормовых, овощных и лекарственных культур путем использования экологически чистых приемов в технологии их возделывания: оптимальных сроков и способов посева, норм высева, режимов питания, применения регуляторов роста, биопрепаратов и микроудобрений;
• определить биохимический состав и питательную ценность интродуцируемых растений;
• выявить биогеоценотическое влияние новых видов растений на плодородие почвы и продуктивность агрофитоценозов;
• провести агроэкологическую оценку козлятника восточного как предшественника для зерновых, крупяных, лекарственных и кормовых культур;
• совершенствование технических средств для возделывания нетрадиционных культур;
• разработать принципиально новые рабочие органы транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа для отделения листьев лука-репки и установить их оптимальные параметры;
• дать агроэкологическую и энергетическую оценку эффективности ин-тродуцируемых растений;
• внедрить усовершенствованные технологии интродуцируемых растений и разработанные технические средства для производства, овощных, лекарственных и кормовых культур, определить их экономическую эффективность.
Научная новизна. На основе учета агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей новых видов растений установлена возможность интродукции козлятника восточного, топинамбура, свербиги восточной, кормового щавеля Румекс К-1, лядвенца рогатого, амаранта, расторопши пятнистой и эхинацеи пурпурной в лесостепи Среднего Поволжья.
Изучены особенности формирования высокопродуктивных агрофитоценозов и продукционного процесса новых видов растений.
Установлены объективные закономерности биогеоценотического влияния козлятника восточного на элементы плодородия почвы, продуктивность агрофитоценозов и качество зерновых, крупяных, лекарственных и кормовых і культур.
Разработаны ресурсосберегающие приемы возделывания и управления продукционным процессом интродуцируемых культур (оптимальные сроки, способы и нормы высева, режимы питания, использование фиторегуляторов роста, микроудобрений и биопрепаратов для обработки семян и некорневой подкормки растений), которые обеспечивают получение экологически чистой и высококачественной продукции.
Разработаны принципиально новые рабочие органы отделителя листьев лука-репки с рабочими органами транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа. Рекомендованы технические средства для возделывания новых культур.
Обоснована агроэкологическая, экономическая и энергетическая эффективность интродукции новых видов растений, технологий и технических средств их возделывания.
Основные положения, выносимые на защиту:
• научно-теоретическое обоснование интродукции новых культур в лесостепи Среднего Поволжья;
• интродуцируемые растения как источник накопления органического вещества и энергии, улучшения агрофизических свойств почвы, повышения продуктивности и устойчивости агрофитоценозов;
• разработка экологически безопасных, адаптивных технологий возделывания новых, овощных, лекарственных и кормовых растений, направленных на природоохранность, энерго- и ресурсоэкономичность;
• разработка и усовершенствование технических средств для возделывания новых лекарственных, овощных и кормовых культур;
• экологическая, экономическая и энергетическая эффективность интродукции новых культур, экологически безопасных технологий и технических средств для их возделывания.
Практическая значимость. На основании многолетних исследований производству рекомендованы перспективные новые виды растений, которые являются основой для экологизации и биологизации растениеводства, освоения ресурсосберегающих биотехнологий повышения плодородия почв, увеличения производства высококачественной экологически чистой продукции.
Новые культуры внедрены в хозяйствах Пензенской области и других областях Среднего Поволжья на площади более 150 тыс. гектаров. Особенно увеличились площади под козлятником восточным. Предложенные в диссертации технические решения защищены патентом Российской Федерации на изобретение (№2240712) на рабочие органы для отделения листьев лука-репки и получено 3 авторских свидетельства. Использование отделителя листьев с рабочими органами транспортерно-щеточного роторно-ножевого типа позволяет повысить производительность машин на 25% и сократить затраты труда на 35%.
Результаты исследований вошли в Рекомендации по проведению весенне-полевых работ (Пенза, 1998-2003 гг.); Рекомендации по технологии возделывания новых кормовых культур на корм и семена (Пенза, 1996); Комплекс машин для производства лука (Пенза, 2001, Москва, 2005); Методические рекомендации по технологии возделывания топинамбура в условиях лесостепи Среднего Поволжья (Москва, 2002); Рекомендации по возделыванию расторопши пятнистой (Москва, 2003); Монография «Технология выращивания и использования нетрадиционных кормовых и лекарственных растений» (Москва, 2003); «Нетрадиционные кормовые культуры» (Пенза, 2005); «Лекарственные растения в Среднем Поволжье» (Пенза, 2005); «Технология производства, заготовки и хранения кормов (Пенза, 2005).
Результаты исследований используются в учебном процессе по курсам экологии, растениеводства, овощеводства, кормопроизводства, кормления сельскохозяйственных животных, технические средства и механизация сельского хозяйства.
Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия».
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Пензенской ГСХА (1994-2005 гг.); научно-технических конференциях Всероссийского НИИ овощеводства (1990-1992 гг.); Саратовского ордена «Знак Почета» института механизации сельского хозяйства им. М.И. Калинина (1992); Международных научно-практических конференциях, симпозиумах по интродукции растений «Новые и нетрадицион ные растения и перспективы их практического использования» (Пущино, 1997, 1998, 2000, 2003, 2005); «Проблемы и перспективы развития АПК в условиях рыночных отношений» (Мичуринск, 1998); «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 1998, 2000); «Селекция и семеноводство овощных и бахчевых культур» (Москва, 2000); «Актуальные агро-инженерные проблемы АПК» (Самара, 2001); «Актуальные проблемы механизации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002); «Селекция и семеноводство овощных культур» (Москва, 2002); «Растительные ресурсы для здоровья человека» (Сергиев-Посад, 2002); «Физиолого-биохимические аспекты обработки семян сельскохозяйственных культур» (Ульяновск, 2003); «Нетрадиционные ресурсы, инновационные технологии и продукты» (Москва, 2003); «Проблемы АПК и пути их решения» (Пенза, 2003); «С эхинацеей в третье тысячелетие» (Полтава, 2003); «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003); «Технология выращивания и использование лекарственных культур» (Уфа, 2003); «Улучшение технико-эксплутационных показателей мобильной техники» (Ижевск, 2003); «Новые и редкие растения Северного Кавказа» (Владикавказ, 2003); «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2004); «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2005); «Актуальные вопросы зоотехнической науки и практики как основа повышения продуктивности и производства экологически чистой продукции животноводства (Владикавказ, 2005); «Молодые ученые в 21 веке» (Ижевск, 2005). Опыты демонстрировались на Международных научно-производственных конференциях «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» в 1998 и 2000 гг. и получили одобрение.
Под руководством автора защищена одна кандидатская диссертация.
Публикации в печати. Основные положения диссертации опубликованы в 133 печатных работах, в том числе 16 статей в центральных журналах, 1 патент на изобретение, 3 авторских свидетельства, 3 монографии, 3 учебных пособия с грифом МСХ и УМО ВУЗов РФ.
Структура и объем. Обзор научной литературы совмещен с изложением и обсуждением собственных экспериментальных данных. Диссертация изложена на 426 страницах компьютерного текста и состоит из девяти глав, содержит 197 таблиц, 35 рисунков, выводов, предложений производству, списка литературы из 675 источников, в том числе 62 иностранных авторов и 131 приложение.
Глубокую благодарность выражаю научным консультантам академику РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.Ф. Пивоварову и заслуженному работнику сельского хозяйства РФ, доктору технических наук, профессору Н.П. Ларюшину за методические консультации в процессе выполнения и завершения работы над диссертацией.
