Содержание к диссертации
Введение
1 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИЕМЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ АРАХИСА (Обзор литературы) 6
1.1 Экологические особенности арахиса 6
1.2 Приемы возделывания 16
2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 25
2.1 Климат и метеорологические условия 25
2.2 Почвы и их агроэкологическая характеристика 30
2.3 Методика проведения исследований 32
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
3.1 Особенности формирования продуктивности агрофитоценозов 37
3.1.1 Продукционные процессы в агрофитоценозах 37
3.1.2 Формирование и функционирование симбиотического аппарата арахиса 59
3.2 Урожайность и качество продукции культур 85
3.3 Посевные качества и урожайные свойства семян арахиса 93
4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АГРОФИТОЦЕНОЗОВ 104
ВЫВОДЫ 106
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 131
- Экологические особенности арахиса
- Климат и метеорологические условия
- Продукционные процессы в агрофитоценозах
Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей проблемой современной экологии является повышение продуктивности агроэкосистем и улучшение качества получаемой продукции. Продуктивность растений и агрофитоценозов зависит от видового состава, их морфологических и экологических особенностей (Ничипорович, 1956).
Особое значение в этой связи приобретает интродукция новых видов, которая играет выдающуюся роль в истории мирового сельского хозяйства (Вавилов, 1965; Гродзинский, 1991).
В сложившейся неблагоприятной экологической ситуации, поиск и интродукция новых видов растений, обладающих высоким потенциалом продуктивности, устойчивостью к абиотическим стрессам позволит не только сохранить биоразнообразие, расширить видовой состав возделываемых растений, но и увеличить продуктивность агрофитоценозов (Кшникаткин, 2006).
В Центральном Черноземье России особое внимание обращается на интродукцию культур, которые сочетали бы в себе высокое содержание жира и белка. К такой культуре относится, в первую очередь, арахис, который отличается высоким содержанием (>50%) невысыхающего хороших вкусовых качеств масла и белка (до 45%) богатого незаменимыми аминокислотами. Арахис накапливает большое количество органического вещества, оказывает по-
ложительное влияние на почвенное плодородие, имеет высокую экологическую эффективность. Создаваемые на его основе агрофито ценозы обладают высокой устойчивостью и продуктивностью, обеспечивают получение экологически безопасной продукции. Сдерживающим фактором его внедрения в агроценозы Центрального Черноземья является недостаточная изученность соответствия экологических условий региона биологическим особенностям культуры. Следовательно, решение данной проблемы является актуальным в условиях современного земледелия.
Цель работы заключалась в научно-теоретическом обосновании интродукции арахиса, в агроэкосистемы Воронежской области. В задачи исследований входило:
обосновать возможность интродукции арахиса в агроэкоситемы Воронежской области, изучить особенности его продукционного процесса;
установить возможности управления продукционным процессом арахиса путем использования поликультур;
выявить особенности формирования и функционирования симбио-тического аппарата арахиса;
установить влияние экологических условий на урожайные свойства семян арахиса;
оценить энергетическую эффективность возделывания арахиса в аг-рофитоценозах.
Научная новизна. На основе анализа агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей арахиса установлена возможность его интродукции в Воронежской области. Изучены особенности продукционного процесса арахиса в одновидовых посевах и поликультурах. Выявлены основные экологические факторы, определяющие формирование и функционирование симбиотического аппарата, урожайные свойства семян арахиса.
Практическая значимость. На основе исследований производству рекомендовано использование арахиса в агроценозах Воронежской области. Обоснована целесообразность его возделывания в поликультурах с томатом раннеспелым или картофелем.
Защищаемые положения:
- наиболее благоприятные условия для протекания продукционных
процессов и формирования урожая агрофитоценозов создаются при
использовании поликультур;
>
формирование и функционирование симбиотического аппарата арахиса в существенной мере определяется составом агроценоза;
состав агрофитоценоза во многом определяет урожайные свойства семян арахиса.
Апробация работы. Результаты работы доложены и получили одобрение на научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ (2003, 2004, 2006); IV Региональной научно-практической конференции аспирантов (Воронеж, 2003); Межрегиональной научно-производственной конференции (Воронеж, 2004).
Публикации результатов исследований. По материалам исследований в соавторстве и лично опубликовано 6 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству общим объемом 145 страниц машинописного текста. Она содержит 27 таблиц, 6 рисунков, 8 приложений. Список используемой литературы включает 232 наименования, в том числе 33 иностранных источника.
Экологические особенности арахиса
Для повышения продуктивности и устойчивости агроэкосистем, человек на протяжении длительного времени применяет интродукцию растений. По данным Вавилова (1966), внедрение таких культур, как кукуруза, картофель, соя позволило существенно увеличить продуктивность агроценозов на многих территориях России и улучшить качество получаемой продукции.
Важно отметить, что во многих случаях биологические особенности культур не соответствовали экологическим условиям произрастания. Однако, в процессе селекции были получены сорта и гибриды таких распространенных в ЦЧР культур, как картофель, кукуруза, томат и других, центром происхождения которых является Южная Америка (Кадыров, 1998; Кадыров, 2004; Орлянский, 2004; Павлюк, 2004; Федотов, 2005).
В последние годы в связи со сложной продовольственной проблемой в России, в том числе и в ЦЧР, особое внимание обращается на интродукцию культур, которые сочетали бы в себе высокое содержание белка и жира (Ва-щенко, 2004). К такой культуре относится в первую очередь арахис, родиной которого является Южная Америка (Лузина, 1954).
Арахис или земляной орех - ценная продовольственная и масличная культура. Высокое содержание ( 50%) невысыхающего хороших вкусовых качеств масла и белка (до 45%) богатого незаменимыми аминокислотами в семенах, который по усвояемости стоит выше белка свинины и говядины, способствует его широкому распространению. Мировые площади под арахисом возросли до 18,9 млн. га, которые размещены преимущественно между 44 с. ш. и 35 ю. ш. Более половины мировых посевов (12,4 млн. га) сосредоточено в Южной и Юго-Восточной Азии, в том числе более 7 млн, га - в Индии, 3,5 млн. га - в Китае; 5,2 млн. га - в тропической Африке, особенно в Сенегале, Нигерии, Судане, Гамбии, Заире. На Американском континенте (США, Бразилия, Аргентина) арахис выращивают на площади более 1 млн. га (Устименко-Бакумовский, 1989).
На территории нашей страны первые попытки возделывания арахиса относятся к 1825 г., когда он впервые был высеян Одесским ботаническим садом. Как ботаническая диковинка он часто выращивался на небольших приусадебных участках (Лузина, 1954).
По имеющимся сведениям, попытки культуры земляного ореха дали удовлетворительные результаты. По-видимому, в пределах европейской части России культура арахиса возможна от Ростова и южнее. Правильное и своевременное применение приемов агротехники позволяет получать высокие урожаи арахиса даже в районах, расположенных за пределами северной границы его возделывания (Онучак, 1954).
Многие экологи отмечают, что лимитирующими факторами введения арахиса в агроценозы является соответствие биологических особенностей арахиса экологическим условиям (Кирюшин, 1996; Алабушев, 2001).
Отношение арахиса к продолжительности дневного освещения выяснено недостаточно. Опытные данные указывают на то, что не все сорта арахиса одинаково реагируют на сокращение дня. Существуют сорта, сильно реаги ( рующие на короткий день повышением урожайности и сорта не реагирую щие. Так, позднеспелые сорта и формы арахиса, по сравнению со среднеспелыми и особенно со скороспелыми, сильнее реагируют на короткий день в период от всходов до цветения сокращением этого периода и повышением урожайности бобов (Лузина,1954).
Установлено также, что вне зависимости от сорта, растения находящиеся на коротком дне после цветения или в продолжение всего вегетационного периода, повышают урожайность бобов, но при этом благодаря усиленному притоку питательных веществ к созревающим бобам снижается вегетативная масса (Лузина, 1938).
Специальными опытами установлена оптимальная долгота светового дня для арахиса- 10 часов (Лархер, 1978; Мошков, 1987).
Минкевич и Барковский (1952) приходят к выводу о том, что арахис является растением нейтральным к длине дня.
Сорта и формы, не изменяющие величины урожая от продолжительности освещения, представляют большой интерес при продвижении арахиса в более северные районы, в том числе и Воронежскую область, так как длинный день не будет препятствовать прохождению световой стадии и растения не будут в этих условиях увеличивать период вегетации (Житин, 2002).
Лузина (1954), утверждает, что в условиях короткого дня (8-10 часов) кустовые формы арахиса развивают более сильную ветвистость, а стелющиеся в этих условиях значительно удлиняют главный стебель и боковые ветви, но ветвятся слабо.
Климат и метеорологические условия
Воронежская область располагается на юго-западе Европейской части России между 49 34 и 52 0б; северной широты и 38 0/ и 42 55 восточной долготы, в юго-восточной части Центрально-Черноземной зоны и занимает площадь 52,4 тыс. км2.
С севера на юг территорию области рассекает долина Дона, к западу от которой, по правобережью, поднимается Среднерусская возвышенность, а восточнее, по левобережью, расстилается Окско-Донская низменная равнина, переходящая на юге в Калачскую возвышенность. Общий вид поверхности -слабоволнистая равнина, расчлененная древними балками и оврагами.
Располагаясь в глубине Русской равнины, Воронежская область характеризуется умеренно-континентальным климатом с довольно жарким летом и холодной зимой. При среднегодовой температуре воздуха от 5,0 С на северо-востоке до 6,5 С и несколько выше на юге средняя температура июля нарастает при движении на юг от 19,5 С до 21,8 С; средняя температура января колеблется от - 10,5 С на северо-востоке до - 8,5 С на юге.
Продолжительность вегетационного периода в среднем составляет 190 дней. Сумма среднесуточных температур выше +10 С колеблется от 2440 до 2930 С. Число теплых летних дней в году со среднесуточной температурой воздуха выше +15 С составляет 107-122 дня. Из 1800 часов солнечного сияния в год в Воронеже на теплый период приходится 1500.
Зима длится 130-150 дней. Морозы в зимний период не отличаются устойчивостью. Передки оттепели с повышением температуры в отдельные годы до +5...+10 С. Снежный покров, как правило, устанавливается к декабрю и сохраняется до конца марта.
Для области характерны поздневесенние заморозки, представляющие значительную опасность для теплолюбивых растений. В воздухе они прекращаются в конце апреля на юге, в начале мая на севере, на почве - на 10-12 дней позднее. В отдельные годы заморозки наблюдаются и в первой декаде июня. Практически ежегодно отмечаются засухи и суховеи. Засухи очень динамичны (майские, июньские, июльские). Каждый третий год они бывают интенсивными.
Осенний сезон длится около двух месяцев. Заморозки начинаются в конце сентября - начале октября.
Годовая сумма атмосферных осадков в области составляет 450-550 мм, а местами и несколько больше. Количество их снижается на востоке области, где выпадает менее 450 мм. Примерно три четверти осадков приходится на теплый период года (таблица 1).
В целом область относится к зоне недостаточного увлажнения. Количество осадков существенно колеблется из года в год. Значительная часть выпадающих атмосферных осадков расходуется на испарение, поэтому годовой сток в области незначителен (100-120 мм на северо-западе и менее 40 мм на юго-востоке), а реки - маловодны (Система ведения..., 1980; Система ведения..., 1996).
Климат места проведения исследований СХП «Рыканское» Новоусман-ского района Воронежской области умеренно-континентальный. По данным Воронежской метеостанции среднегодовая температура воздуха 5,4С, минимальная (февраль)- 13,1 С, максимальная (июль)+33,0 С.
Продолжительность безморозного периода 159 дней. Общий вегетационный период - 187 дней, из них период активной вегетации составляет 152 дня. Господствуют юго-восточные метелевые и суховейные ветры.
Количество годовых осадков составляет 554 мм, в том числе за период с температурой 10 С и выше 289 мм. Гидротермический коэффициент (ГТК) равен 1,12. Сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха равна 1570 миллибар (Система земледелия СХП «Рыканское» Новоусманско-го района Воронежской области, 2002).
Продукционные процессы в агрофитоценозах
Для регулирования продукционных процессов, протекающих в агроце-нозах, важно найти показатели, достаточно полно отражающие условия развития растений. Необходимо оптимизировать в любой период те факторы, которые могут ограничить это развитие. Важной особенностью факторов урожая в стартовый период является то, что многие из них (плодородие почвы, фитосанитарное состояние посева, качество семенного материала, качество обработки почвы и др.) имеют долговременное действие, распространяющееся на весь период существования агробиоценоза, а также на количество и качество конечной продукции (Жученко, 1990).
В соответствии с законом незаменимости факторов жизнедеятельности воздействие любого из них нельзя заменить или компенсировать воздействием другого. При этом важным является не только то, что нельзя, например, недостаток минерального питания заменить оптимизацией радиационного режима или влагообеспеченности, а и то, что недостаток одного и того же фактора нельзя заменить во времени, например, нехватку солнечной радиации или минерального питания на этапе появления всходов нельзя заменить их оптимизацией в последующие этапы развития. Это одно из проявлений закона необратимости этапов развития агроценоза. Именно по этой причине всякое нарушение технологической дисциплины неизбежно приводит к его снижению и ухудшению качества (Ковтун, 1990; Реймерс, 1994), Наиболее полную картину о протекании продукционных процессов в агроценозах отражает фотосинтетическая деятельность посевов (Ничипоро-вич, 1988).
Фотосинтез является материальной и энергетической базой эволюционного процесса и представляет одну из важнейших проблем современного естествознания. Это единственный процесс, протекающий на всей планете, который идет против падения энергетического потенциала с консервацией колоссального количества солнечной энергии в продуктах растительного происхождения, благодаря которым возможно существование многообразных форм жизни на земле. Жизнедеятельность растений не только тесным образом связана с окружающей их средой, но и сами растения оказывают существенное влияние на окружающую среду путем воздействия на состав атмосферы, температуру, влажность воздуха и почвы. (Ревелль, 1994; Жу-ченко, 1990; Ковтун, 1990).
Формирование фотосинтетического аппарата растений представляет собой сложный процесс. В первой половине вегетационного периода идет быстрый рост суммарной площади листьев, затем она достигает максимальной величины и по прошествии некоторого времени начинается уменьшение общей площади в связи с отмиранием листьев. В большинстве случаев урожай убирается, когда листья растений полностью отмирают. В других случаях к периоду уборки урожая часть листьев растений остается еще в жизнедеятельном состоянии, но активность их сильно снижается (Ничипорович, 1977).
Связывая вопрос о формировании фотосинтетического аппарата растений с проблемой урожайности, мы должны рассматривать их в свете закономерностей существования ценозов, так как ценоз или совокупность растений на единице площади посева или насаждения есть реальная производительная система, обладающая своими специфическими законами формирования и развития (Ничипорович, 1956). Высокая продуктивность сложных производительных систем (растительных сообществ) возможна при условиях, когда в них: сформировался оптимальный по размерам и по деятельности работы фотосинтетический аппарат (площадь листьев); обеспечивается наилучшая по интенсивности и по качественной направленности его работа в разных фазах роста и развития растений; обеспечивается наилучшее, с наименьшими потерями использование продуктов фотосинтеза на процессы передвижения, общего метаболизма, роста и развития растений, то есть на конечные процессы формирования урожаев (Каюмов, 1989).
Проведенные наблюдения позволяют судить о том, что любые изменения условий внешней среды в той или иной степени отражаются на развитии и состоянии ассимилирующего аппарата и, прежде всего на размерах листовой поверхности, от которой зависит общая продуктивность и урожайность (таблица 3).
Наибольшая площадь ассимиляционной поверхности листьев у арахиса в начале цветения отмечена в поликультуре с томатом раннеспелым - 19,7 тыс. м2/га, что превышает одновидовой посев на 43,8 %, совместный посев с томатом позднеспелым на 16,6 %, с томатом среднеранним на 50,4 %, с картофелем на 34,9 %.
