Введение к работе
Актуальность исследования. Яровая пшеница в настоящее время принадлежит к группе высокодоходных полевых культур Нижнего Поволжья, играющих ключевую роль в укреплении экономики хозяйств. В России под посевами яровой пшеницы занято 1,3 млн га, в Нижнем Поволжье, например, в Саратовской области около 400 тыс. га, в Волгоградской области более 200 тыс. га. Однако, при возрастающем загрязнении окружающей среды получаемая в настоящее время средняя урожайность не всегда обеспечивает доходность сельскохозяйственного производства. Среди многочисленных источников загрязнения можно выделить стационарные (предприятии энергетики, металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и др. промышленности) и мобильные, главным из которых является автомобильный транспорт. С выхлопными газами в окружающую среду поступают токсичные оксиды углерода, азота, серы, углеводороды и их производные, тяжелые металлы (Pb, Cd, Ni, Cr и др.). Эмиссия свинца от автотранспорта в России резко сократилась в 2003 г., когда был установлен запрет на использование бензина содержащего тетраалкилсвинец. Однако на протяжении длительного времени Pb, обладающий низкой мигрирующей способностью и большим периодом полуудаления, аккумулировался в почве сельхозугодий вдоль автострад. В настоящее время он остается одним из главных загрязняющих компонентов придорожных экосистем.
Анализ литературы свидетельствует, что высокие урожаи яровой пшеницы могут быть достигнуты при разработке приемов агротехники культуры основанных на повышении адаптивности растений к конкретным условиям окружающей среды. В настоящее время в России и за рубежом накоплен обширный материал по применению в технологии возделывания различных культур биологически активных веществ. Однако по вопросу эффективности их использования при возделывании яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях мнения авторов (Пейве, 1963, Ягодин и др., 1987, Самуилов, Юнусов, 1999, 2000) разрозненны и порой противоречивы.
Перспективным направлением более полной реализации потенциала яровой пшеницы может стать предпосевная обработка семян синтетическими биологически активными веществами, способными не только повышать продуктивность этой культуры, но и оказывать протекторную роль по отношению к некоторым тяжелым металлам. Для почвенно-климатических условий Нижнего Поволжья исследования в этом направлении отсутствуют. Поэтому, совершенствование технологии предпосевной обработки семян яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях способствующей повышению урожайности и качества зерна весьма актуально.
В связи с этим, нами проведено систематическое исследование протекторной роли новых биологически активных веществ при влиянии тяжелых металлов, на примере свинца, на качество зерна и урожайность яровой пшеницы в Нижнем Поволжье.
Диссертация выполнена в соответствии с госбюджетными планами НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» по теме «Биомелиоративные ресурсосберегающие технологии повышения продуктивности сельскохозяйственных земель и обеспечение устойчивости агроландшафтов», по разделу «Изучение иммунизирующего действия биологически активных веществ на зерновых и овощных культурах и их влияние на активность ферментов».
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось исследование протекторной роли биологически активных веществ (БАВ) по отношению к ионам свинца (II) на качество зерна и урожайность яровой пшеницы в Нижнем Поволжье.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выявить стимулирующие концентрации БАВ для предпосевной обработки семян яровой пшеницы;
определить токсические концентрации ионов свинца (II), приводящие к замедлению роста и развития растения;
установить влияние предпосевной обработки семян растворами БАВ, Pb+2 и их сочетаний на параметры прорастания и прохождение этапов органогенеза яровой пшеницы;
исследовать фотосинтетическую деятельность посевов яровой пшеницы в зависимости от способов предпосевной обработки семян;
выявить влияние вариантов предпосевной обработки семян на показатели продуктивности и урожайность яровой пшеницы;
оценить влияние способов предпосевной обработки на качество зерна яровой пшеницы;
провести биоэнергетическую и экономическую оценку вариантов предпосевной обработки в технологии возделывания яровой пшеницы.
Научная новизна. Впервые установлен стимулирующий эффект предпосевной обработки семян яровой пшеницы биологически активными веществами – фурилзамещенными и гетероциклическими мочевинами различных рядов, функционально замещенными азолами, азинами и их насыщенными аналогами.
Впервые обнаружена ярко выраженная протекторная роль новых биологически активных веществ при влиянии свинца на посевные качества семян. Доказано влияние исследуемых БАВ на фотосинтетическую деятельность, урожайность и качество зерна яровой пшеницы.
Выявлены корреляционные связи показателей фотосинтетической деятельности посевов яровой пшеницы с урожайностью и качеством продукции.
Разработана методология применения новых БАВ для повышения урожайности яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях.
Практическая значимость. На основании результатов исследований:
разработан новый методологический подход к повышению урожайности яровой пшеницы на антропогенно-депрессионных территориях, основанный на применении фурилзамещенных и гетероциклических мочевин различных рядов, функционально замещенных азолов, азинов и их насыщенных аналогов в качестве БАВ.
выявлена возможность протекторного действия новых БАВ на фоне свинцового загрязнения на физиологические процессы, качество зерна и урожайность яровой пшеницы.
апробированы в производственных условиях (на базе ЧП «Борщев» Саратовской области и КХ «Кувшинов» Волгоградской области) приемы предпосевной обработки семян яровой пшеницы растворами БАВ.
установлено, что внедрение предпосевной обработки семян технологически мало затратно и приводит к повышению урожайности на 16 – 32 % и рентабельности на 38 – 60 %.
материалы исследований внедрены в учебный процесс: используются при чтении лекционного курса и проведения практикума по дисциплине «Экологическая химия» для студентов специальностей «Лесного хозяйства», «Садово-парковое и ландшафтное строительство», «Защита растений», «Агроэкология» в ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», а также при чтении лекций и проведении лабораторных работ и курсового проектирования по дисциплинам «Экология растений», «Экологическая токсикология» для студентов Архитектурно-строительного и Энергетического факультетов Саратовского государственного технического университетов.
Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации доложены на Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, АГУ, 2005 и 2006), Международной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СГТУ, 2005), V Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, СГУ, 2005), 1-ом Международном форуме «Естественные науки» (Самара, СГТУ, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, СГАУ, 2003, 2005 и 2006), Всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по направлению «Живые системы» (Киров, ВятГУ, 2005), Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006» (секция «Химия» и секция «Почвоведение», Москва, МГУ, 2006), 10-й Пушкинской школе-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века» (Пущино, ПНЦ РАН, 2006), VI Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2006» (Самара, СГТУ, 2006), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы в АПК» (Саратов, СГАУ, 2006), Межрегиональном учебно-методическом семинаре «Инновации химического образования в учебных заведениях аграрной направленности» (Саратов, СГАУ, 2006), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения» (Ульяновск, УГУ, 2006), Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых Приволжского федерального округа «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК» (Саратов, СГАУ, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, СГТУ, 2005, 2007), научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ (Саратов, СГАУ, 2005 – 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 1 статья в центральном журнале по списку ВАК РФ, 2 статьи в сборнике статей «Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения», выпускаемом СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 12 статей и 4 тезиса докладов в материалах Международных и Всероссийских конференций общим объемом 5,43 п.л., авторский вклад 1,93 п. л.
Личный вклад соискателя. Соискатель принимал личное участие в разработке плана работ, сборе и критической оценке литературных источников, проведении лабораторных и полевых исследований, апробации и внедрении полученных результатов на полях некоторых сельскохозяйственных угодий Нижнего Поволжья. Анализ полученных экспериментальных данных осуществлен непосредственно автором. Самостоятельно подготовленные автором рукописи диссертации, статей и тезисов докладов были отредактированы научным руководителем. Материалы диссертации изложены в работах опубликованных в соавторстве. Доля личного участия автора в подготовке и написании данных публикаций составляет 70 – 80 %.
Основные положения, выносимые на защиту.
роль предпосевной обработки семян яровой пшеницы новыми БАВ в повышении посевных качеств и фотосинтетической деятельности яровой пшеницы;
протекторная роль новых БАВ при влиянии ионов свинца на всхожесть семян и фотосинтетическую активность яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях;
количественная оценка изменения основных показателей продуктивности, урожайности и качества яровой пшеницы под влиянием БАВ, ионов свинца и их сочетаний;
биоэнергетическая и экономическая оценка применения предпосевной обработки новыми БАВ семян яровой пшеницы, выращиваемой на антропогенно-депрессионных территориях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, выводов и предложений производству, списка литературы из 146 источников, в том числе 12 % на иностранных языках. Работа изложена на 161 странице компьютерного текста, содержит 40 таблиц, 41 рисунок и 32 приложения.
