Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние исследований влияния физических методов на устойчивость к болезням, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур 13
1.1Система экологического управления фитосанитарным состоянием зерновых культур 13
1.2 Традиционные приемы защиты зерновых культур от грибных болезней 24
1.2.1 Агротехнический метод 25
1.2.2 Химический метод 27
1.2.3 Биологический метод 30
1.2.4 Физические методы 33
1.3 Механизм электрофизического воздействия на биологические объекты 50
1.3.1 Физические аспекты действия электромагнитного излучения на семена 51
1.3.2 Магнитное поле и его воздействие на биологические объекты 66
1.4 Видовой состав, распространение и вредоносность фитопатогенов зерновых колосовых культур 71
1.4.1 Видовой состав возбудителей и источники инфекции почвенных и наземно-воздушных фитопатогенов 74
1.4.2 Биоэкологические особенности распространения почвенных и наземно-воздушных патогенов в агроэкосистемах 82
1.4.3 Влияние абиотических и биотических факторов на водный режим и патологический процесс 100
2 Природные условия, объекты и методика проведения исследований . 111
2.1 Климат, почвы и растительность Самарской области 112
2.2 Характеристика агрометеорологических условий и места проведения опытов 114
2.3 Место, материал и методика проведения исследований 120
3 Влияние приемов предпосевных обработок семян яровых зерновых на пораженность основными болезнями 143
3.1 Видовой состав, распространенность и вредоносность опасных болезней зерновых культур в Самарской области и прогноз их развития 143
3.2 Особенности биологического воздействия и эффективность применения физических методов предпосевной обработки семян в защите яровых зерновых злаковых культур от болезней
3.2.1 Определение оптимальных режимов обработки семян яровой пшеницы и ячменя физическими методами воздействия 161
3.2.2 Сравнительная оценка влияния разных способов предпосевной обработки на семенную инфекцию и зараженность проростков яровых зерновых культур 171
3.3 Влияние предпосевных обработок на устойчивость яровой пшеницы к наземно-воздушным и почвенным фитопатогенам 175
3.4 Влияние предпосевных обработок на устойчивость ячменя к наземно-воздушным и почвенным патогенам 186
3.5 Эффективность физических методов защиты растений в стабилизации фитосанитарной ситуации с корневыми гнилями в посевах яровой пшеницы и ячменя 196
4 Оптимизация методов предпосевной обработки и их влияние на качество семенного материала, густоту и полноту всходов, рост и развитие растений яровой пшеницы и ячменя 202
5 Влияние болезней и предпосевной обработки семян на водный режим зерновых культур 225
6 Влияние предпосевной обработки семян на структуру урожайности яровой пшеницы и ячменя 239
6.1 Густота стояния, сохранность и продуктивная кустистость растений 239
6.2 Влияние приемов предпосевной обработки семян на элементы структуры урожайности.. 251
6.3 Влияние приемов предпосевной обработки семян на урожайностьяровой пшеницы и ячменя 263
7 Экономическая эффективность методов предпосевной обработки семян зерновых колосовых культур 267
Заключение 270
Предложения производству 274
Библиографический список
- Агротехнический метод
- Место, материал и методика проведения исследований
- Определение оптимальных режимов обработки семян яровой пшеницы и ячменя физическими методами воздействия
- Густота стояния, сохранность и продуктивная кустистость растений
Введение к работе
Актуальность темы диссертации определяется низким уровнем использования инновационных технологий в сельскохозяйственном производстве, в частности неудовлетворительным эпизодическим применением электрофизических факторов в растениеводстве при подготовке семян основных зерновых культур к посеву.
Эволюция растительных организмов на Земле протекала под влиянием природного радиационного фона, т.е. электромагнитных излучений различной длины волны и геомагнитного поля, что привело к формированию у растений приспособлений к воздействию этих физических факторов (Белов, 1983; Бережанская, 1992; Кудряшов, 1980).
В условиях стремительно нарастающего энергетического дефицита, истощения возобновляющихся источников энергии, обострения экологической обстановки возрастает актуальность поиска путей возобновления растительных ресурсов, освоения и рационального использования в агрофитоценозах экологически чистых и экономически выгодных источников энергии. Поэтому в последние десятилетия все более активно ведется поиск биофизических приемов и технологий, направленных на реализацию генетического потенциала, повышение неспецифической устойчивости к различного рода абиотическим и биотическим стрессам, усиление адаптивного потенциала растений с целью роста и стабилизации урожая.
В растениеводстве исследований по изучению эффективности приемов физического воздействия на семена проведено явно недостаточно; полученные экспериментальные данные иногда противоречивы (Тютерев, 2001; Гольдман, 2003; Авдеева, 2008). В настоящее время одним из приоритетных направлений в науке и технике является изучение и практическое освоение новых, вс более коротковолновых диапазонов электромагнитного излучения. Эта тенденция, прежде всего, относится к волнам КВЧ-диапазона (длина волны находится в интервале Л = 1 + 10мм, что
соответствует частоте колебаний у = 300 + 30Ггц) (Девятков, 1991;
Бережанская, 1992; Неганов, 1994). Известны положительные опыты по использованию магнитного поля. В отличие от традиционных методов предпосевной обработки семян химическими средствами, электрофизические методы весьма технологичны, не оказывают отрицательного побочного действия на растения и на обслуживающий персонал и, являясь экологически чистым видом обработки, легко стыкуются с применяемыми в настоящее время агроприемами, причем растения, выросшие из обработанных семян, не имеют в дальнейшем патологических изменений и индуцированных мутаций (Трухачев, 2007; Авдеева, 2008).
Учитывая вышеизложенное и тот факт, что эти приемы (КВЧ-облучение и ИМП-воздействие на семена перед посевом) практически не изучались на зерновых культурах, в 1998-2011 годах было проведено
исследование по определению их эффективности при возделывании яровой пшеницы и ячменя в условиях лесостепи Самарской области.
Цель исследования заключалась в теоретическом обосновании использования экологически безопасных примов предпосевной обработки семян электрофизическими методами в защите яровой пшеницы и ячменя от патогенного комплекса болезней в лесостепи Среднего Поволжья.
Задачи исследования:
-
Провести мониторинг состава, соотношения, структуры, вредоносности и динамики развития патогенного комплекса возбудителей болезней растений и семян яровых зерновых культур в зависимости от климатических факторов среды лесостепной зоны Самарской области.
-
Определить оптимальные режимы электрофизических способов предпосевной обработки семян яровой пшеницы и ячменя (электромагнитное излучение КВЧ-диапазона и импульсное магнитное поле) на основе изучения их влияния на:
– посевные качества семян изучаемых культур;
– основные показатели роста и развития растений;
– водный режим растений.
3. Исследовать влияние электрофизических способов на фитопатогенную
микробиоту семян зерновых колосовых культур.
1. Определить влияние изучаемых приемов предпосевной обработки семян
зерновых культур на устойчивость растений разных сортов яровой пшеницы
и ячменя к корневым гнилям, листостеблевым болезням растений и
поражению семян «черным зародышем».
2. Определить эффективность физических методов предпосевной
обработки семян в стабилизации фитосанитарной ситуации в посевах яровых
зерновых культур в условиях Самарской области.
-
Определить влияние электрофизических приемов предпосевной обработки семян на формирование элементов урожайности зерна яровой пшеницы и ячменя и их фактической урожайности.
-
Провести сравнительную оценку эффективности действия электрофизических методов на интенсивность развития и распространенность грибных болезней, рост, развитие и урожайность растений зерновых культур с традиционными способами предпосевной обработки химическими протравителями и биопрепаратами с ростостимулирующей активностью.
-
Дать экономическую оценку и обоснование рациональности использования электрофизических методов, как элемента системы защиты зерновых культур от болезней.
Научная новизна исследований. На основе многолетнего
мониторинга выявлена возрастающая роль гемибиотрофных грибов родов Cochliobolus и Pyrenophora (син. Helminthosporium) в развитии наиболее вредоносных болезней в условиях лесостепи Среднего Поволжья (корневых гнилей, гельминтоспориозных пятнистостей, поражении семян «черным зародышем»). Впервые изучена видовая и сортовая реакция растений
злаковых зерновых культур на воздействие электромагнитного излучения и
импульсного магнитного поля; определены оптимальные режимы
предпосевной обработки семян электрофизическими методами, которые оказывают стимулирующее действие на посевные качества семян, устойчивость растений к поражению болезнями грибной этиологии и засухе, а также на основные показатели роста, развития и продуктивности растений, непосредственно определяющих формирование урожая в условиях Среднего Поволжья. Дана сравнительная агротехническая оценка эффективности предпосевной обработки семян яровой пшеницы и ячменя физическими методами и традиционными приемами обработки семян химическими протравителями и биопрепаратами, и показаны преимущества экологически безопасного физического метода для защиты растений от комплекса болезней в агробиоценозах яровой пшеницы и ячменя на примере Самарской области.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты
исследований расширяют сведения о современном фитосанитарном
состоянии агроценозов яровой пшеницы и ячменя, динамике
распространения и частоты встречаемости наиболее опасных и вредоносных болезней, взаимосвязи интенсивности их развития с изменением климатических факторов внешней среды на разных фазах онтогенеза. На основании совокупности полученных данных предложены математические модели, позволяющие прогнозировать развитие наиболее вредоносных болезней в лесостепной зоне Среднего Поволжья в зависимости от значений гидротермического коэффициента (ГТК) на ранних стадиях онтогенеза растений.
Результаты исследований имеют теоретическое значение для изучения
механизма воздействия электрофизических факторов на агроэкосистемы,
вносят существенный вклад в разработку региональной, экологически
обоснованной интегрированной защиты яровой пшеницы и ячменя от
грибных болезней. Полученные результаты дают основание считать, что
физические методы предпосевной обработки семян яровой пшеницы и
ячменя по эффективности положительного влияния на растения не уступают
химическим и биологическим приемам. Уровень энергетического
воздействия электромагнитного излучения КВЧ-диапазона и импульсного
магнитного поля позволяет полностью исключить возможность квантового
действия электромагнитного поля на биоструктуры и влияние на генные
структуры, что определяет перспективность физического приема
предпосевной подготовки семян для широкого внедрения в производство с целью повышения продуктивности и стрессоустойчивости яровой пшеницы и ячменя.
Даны практические рекомендации по применению предпосевной обработки семян яровой пшеницы и ячменя против фитопатогенной инфекции, а также для улучшения водного режима растений, повышения их устойчивости к стрессовым факторам.
Методология и методы исследования. Методология исследований основана на анализе научной литературы отечественных и зарубежных авторов, а также передового производственного опыта. При выполнении работы были использованы общепринятые экспериментальные полевые и лабораторные методы исследований, теоретические подходы системного анализа и методы математической статистики.
Положения, выносимые на защиту:
-
Современное состояние фитопатогенного комплекса, поражающего зерновые культуры в Среднем Поволжье, видовой состав, структура и биоэкологические особенности их развития и вредоносности, определяющие стабильность уровня урожайности зерновых культур.
-
Оценка эффективности влияния электрофизических методов предпосевной обработки семян яровой пшеницы и ячменя на их посевные качества, пораженность семян и растений наиболее опасными болезнями, на элементы продуктивности растений в сравнении с традиционными способами обработки регуляторами роста и современными протравителями.
-
Новые технологии предпосевной обработки семян, основанные на использовании различных видов электрофизического воздействия, повышающего иммунный статус растений и улучшающего состояние агроценозов яровой пшеницы и ячменя.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность
полученных результатов подтверждена многолетним периодом
исследований, обусловлена применением общепринятых методик закладки опытов и проведения наблюдений, статистической обработкой собранного материала.
Материалы исследований были доложены на Международных научно-практических конференциях в г. Самара (2001); г. Пенза (2002); г. Самара (2003); г. Пенза (2008); г. Москва (2010); г. Кинель (2002); г. Смоленск (2007); г. Самара (2010); г. Москва (2012); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Самарской Государственной сельско-хозяйственной академии в 1999, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2016 гг.; опубликованы в 36 работах, в том числе в 16 работах в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и в одной монографии «Современные методы защиты семян сельскохозяйственных культур от болезней» в соавторстве с А. Б. Кошелевой.
Личный вклад автора. Автор Т. С. Нижарадзе непосредственно
участвовала в разработке программы и методологии исследований, проводила
опыты и наблюдения в полевых и лабораторных условиях, осуществляла сбор
экспериментального материала, анализировала и обобщала данные,
формулировала научные положения и выводы. Диссертация содержит фактический материал, полученный автором в 1998-2011 годы. Помощь в закладке опытов, проведении учетов болезней оказали доцент кафедры химии и защиты растений Самарской ГСХА, кандидат с/х наук А. Б. Кошелева, соискатель Е. А. Меньшова и аспирант А. И. Логутина. Обработка и анализ собранного материала выполнены автором самостоятельно.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и рекомендаций производству. Работа изложена на 338 страницах компьютерного текста, содержит 69 таблиц, 17 рисунков, 49 приложений. Библиографический список включает 493 наименования, в том числе 32 иностранных авторов.
Агротехнический метод
Одной из важнейших причин высокой распространенности и вредоносности болезней зерновых культур является несоблюдение всех необходимых технологических приемов их возделывания.
Последние годы в производственных условиях ослаблено внимание к посевным качествам семян и защите их от патогенов, хотя именно семя, передающее эстафету жизни от поколения к поколению, хранящее генетический код развития будущих растений, несет в себе и зародыш инфекции. И это привело к тому, что посевам зерновых, по данным ученых Всероссийского НИИ фитопатологии (Назарова, Соколова, 2000; Санин, Филиппов, 2003), стали угрожать заболевания, передающиеся семенами. Так септориоз, корневые гнили, снежная плесень, головня поражают от 20 до 60% посевных площадей.
При сложном экономическом положении хозяйств, по мнению В. В. Немченко, С. Д. Гилева и др. (2003), трудно добиться протравливания семян в полном объеме. Возможный выход из создавшегося положения – дифференцированный подход к обработке семян, интегрированное применение, как традиционных химических протравителей, так и современных биологических, физических и других методов борьбы с болезнями с учетом экспертизы семян и почвы.
Сущность агротехнического метода – с помощью агротехнических приемов создать экологические условия, которые оказались бы оптимальными для роста и развития сельскохозяйственных культур и менее благоприятными или неблагоприятными для размножения фитофагов. Действие одного и того же агротехнического приема в разных агроклиматических зонах может проявляться неодинаково, поэтому выбор технологических приемов следует проводить с учетом особенностей конкретной природной зоны, района и даже отдельного хозяйства.
Агротехнический метод защиты растений основан на использовании общих и специальных примов агротехники, с помощью которых создают экологические условия, неблагоприятные для развития и размножения вредных организмов и повышающие самозащитные свойства растений. Впервые этот метод применил в начале 20 века русский энтомолог Н. В. Курдюмов. Развитию его способствовали работы русских учных А. А. Ячевского, А. И. Борггардта, Т. Д. Страхова, В. Н. Щголева, немецких — П. Зорауэра, Г. Гаснера, американских — Г. Кейта, Р. Спрейга, швейцарского — Э. Гоймана и др. (Павлов, 1967).
Агротехнические методы получили широкое признание с точки зрения экологической обоснованности и экономической целесообразности, и нашли применение в практической деятельности по улучшению фитосанитарного состояния посевов (Голубинцева, 1952; Краева, 1960; Михайлина, 1970; Коршунова, Чумаков и др., 1976; Чулкина, 1985; Чулкина, Медведчиков и др., 2001; Чулкина, Торопова и др., 2000; Койшибаев, Куланбай, 2010; Санин, 2010). Вполне вероятно, что в отдаленной перспективе эти методы регулирования состояния агроценозов сохранят свое преимущество.
Важнейшая роль отводится правильному севообороту – универсальному агротехническому приему защиты от большинства грибных и бактериальных заболеваний. Чередование культур предотвращает накопление патогенов, особенно которые сохраняются с растительными остатками или свободно в почве.
Снижение их численности во многих случаях осуществляется также и системой обработки почвы. Например, пожнивное лущение стерни и последующая зяблевая вспашка способствуют уничтожению возбудителей многих заболеваний и зимующих вредных насекомых; вспашка и культивация благоприятствуют деятельности хищных насекомых (жужелиц и др.), уничтожающих живущих в почве вредителей.
Велико значение сортировки и очистки семян, выращивания здорового посадочного материала, своевременного удаления выбракованных или заболевших растений, удаления пожнивных остатков, борьбы с сорняками. Посев сельскохозяйственных культур в оптимальные сроки позволяет избежать совпадения уязвимых фаз развития растений с периодами максимальной активности патогенов. Внесение удобрений благоприятствует лучшему развитию растений и повышает их устойчивость к повреждениям. При высоком содержании в почве азота восприимчивость растений ко многим патогенам повышается. Использование органических удобрений способствует снижению поражения растений определенными болезнями, особенно вызываемыми почвообитающими возбудителями.
Сроки и способы посева могут иметь значение как фактор, снижающий или повышающий интенсивность развития многих болезней. В большинстве случаев ранний посев обеспечивает более высокую урожайность и меньшую пораженность растений болезнями, т.к. при этом наблюдается более устойчивый водный режим в почве, растения лучше используют свет. При посеве в ранние сроки яровая пшеница слабее поражается фузариозом, корневыми гнилями, ржавчиной, мучнистой росой. Яровые зерновые, посеянные в оптимально ранние агротехнические сроки, а озимые – в оптимально поздние, в меньшей степени повреждаются шведской мухой. Оптимальный агротехнический уход за растениями значительно повышает эффективность всех лечебно-истребительных мер (Павлов, 1967).
В целом, эффективные агротехнические методы способствуют созданию условий для проявления генетического потенциала устойчивости растений, в том числе за счет ускорения процессов дифференциации восприимчивых к заболеванию органов и тканей, снижают агрессивный потенциал фитопатогенов, непосредственно воздействуя на структуры возбудителя болезни и активизируя антагонистический потенциал как почвенной, так и наземно-воздушной биоты.
Большое внимание в регулировании развития болезней растений уделялось применению пестицидов, особенно в годы (1983-1990 гг.) широкого внедрения интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур (Ченкин, Черкасов и др., 1990; Мартынов, Шатилов и др., 1986; Пересыпкин, Тютерев и др., 1991). Однако, кризисные явления, произошедшие в нашей стране после 1990 г в экономике и социальном развитии общества, не позволили достигнуть желаемого в части увеличения урожайности и улучшения фитосанитарной обстановки. В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом, интенсивное растениеводство невозможно без широкого использования средств химического контроля вредных организмов. Однако при их использовании должны учитываться следующие положения: адаптивность, интегрированность, экологическая допустимость и экономичность (Санин, 2010), а также активность препаратов в отношении наиболее агрессивных и часто встречающихся видов патогенов (Чекмарев, Кобыльская и др., 2011). В ассортимент химических средств защиты зерновых от фитопатогенов в настоящее время включены десятки препаратов. Это мощнейший инструмент управления защиты как семян (Немченко, Гилев, 2003; Бабаянц, 2009; Егорычева, Бурлакова, 2009), так и вегетирующих растений (Пересыпкин, Тютерев, и др. 1991; Пыжикова, Санин и др., 1988; Санин, 2010) при правильном его использовании. Известно, однако, что эффективность химических средств подвержена значительным колебаниям. Она зависит от уровня развития болезни, особенностей защищаемого сорта, от складывающихся погодных условий, сроков проведения мероприятий и т. д. (Пыжикова, Санин и др., 1988; Кашемирова и др., 1995; Тютерев, 2000; Шкаликов и др., 2001; Койшибаев, Куланбай, 2010 и др.).
Место, материал и методика проведения исследований
В последние годы вопросы защиты сельскохозяйственных растений в системе возделывания культур выдвигаются на передний план и являются особенно актуальными, так как уровень развития патогенной микрофлоры в почве и на семенном материале достиг критического значения. В семенном фонде большинства хозяйств практически отсутствует здоровый материал, почти каждая партия семян в той или иной мере заражена патогенными микроорганизмами. Данная ситуация усугубляется из года в год, так как не соблюдаются основные элементы технологии возделывания культур (Санин и др., 2002).
Корневые гнили, широко распространенные во всех районах возделывания зерновых культур, вызываются несколькими видами фитопатогенных грибов, обитающих в почве.
Ежегодное возобновление корневых гнилей зависит от сохранения и накопления заразного начала возбудителей. Количество инфекции обусловливается наличием поражаемых растений, выживаемостью патогенов на растительных остатках и в почве, а также возможностью передачи ее с семенным материалом (Коршунова, Чумаков и др. 1976). В. А. Чулкина (1985) выделяет целую систему источников инфекции, в которой различает основные, дополнительные, главные и второстепенные.
Возбудителями корневых гнилей в разных климатических условиях могут быть различные микроорганизмы. В более влажной зоне ими являются главным образом грибы из рода Fusarium и Ophiobolus, реже Helminthosporium. В засушливых районах (Поволжье, целинные и залежные земли Казахстана и Алтая) основной возбудитель корневых гнилей – Helminthosporium sativum Rabh.(Горленко, 1968; Нестеров, 1975; Кривова, 1972).
Многочисленные литературные источники указывают на достаточно широкий спектр возбудителей корневой гнили пшеницы. Ранее в их числе называли представителей рода Helminthosporium, Fusarium, Ophiobolus, Cercosporella (Тупеневич, 1974). Для условий недостаточного увлажнения К. Г. Кривова (1972) и А. Н. Нестеров (1975) на пшенице выделили полупаразитарный гриб Helminthosporium sativum и некоторые виды рода Fusarium. Ряд авторов под руководством известного фитопатолога С. М. Тупеневича (1974) гриб Helminthosporium sativum называют основным возбудителем корневой гнили пшеницы. В руководстве для полевого определения болезней пшеницы, изданном по линии СИММИТ (2002) возбудителями болезни называют кроме H.sativum и Fusarium также гриб Phytium.
По данным Г. А. Краевой (1960), в засушливой зоне зерно почти не поражается Helminthosporium sativum и гриб сохраняется исключительно на остатках больных растений. В других районах (Дальний Восток, Северный Кавказ, черноземная зона) Н. sativum поражает колосья и зерно (Тупиневич, 1948; Абрамов, 1952).
Позднее было установлено, что на пшенице, ржи и ячмене развивается три вида возбудителей гельминтоспориозов – Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem., Drechslera graminea Jto., Drechslera teres Jto. Первый вид вызывает корневые гнили, щуплость и почернение зародыша (черный зародыш) всех перечисленных культур. Последующие два вида поражают ячмень, вызывая полосатую и сетчатую пятнистости. Все виды развиваются на семенах и резко снижают их посевные качества (Семенов, Потлайчук, 1982).
В качестве возбудителей корневой гнили рода Fusarium наиболее активны F. graminearum, F. culmorum, F. avenaceum. Источником заражения хлебных злаков фузариумом служат семена и почва. Грибы этого рода могут сохраняться долгое время, как на растительных остатках, так и непосредственно в почве (Горленко, 1968; Коршунова и др., 1976).
Анализ растительных остатков пораженных культурных и дикорастущих злаков центрального района Нечерноземной зоны позволил Сидорову А. А. (2001) выявить потенциальные источники корневых гнилей. Оказалось, что грибы рода Fusarium spp. чаще выделяются из пораженных культурных, чем из больных дикорастущих злаков. Среди зерновых культур лидером по накоплению этих грибов являлось тритикале (78-90%), затем яровая пшеница (69-87%) и ячмень (64-76%). Источником инфекции повышенной опасности являются растительные остатки ячменя, озимой и яровой пшеницы, тритикале, а также дикорастущих трав, особенно куриного проса и костреца безостого.
Возбудители корневых гнилей поражают семена и сохраняются как на их поверхности, так и в виде мицелия в ткани зерновок, определяя возможность поражения растений в следующем году, выполняя в этом случае роль переносчика фитопатогена. Опасность семенной инфекции состоит в том, что она в первую очередь обусловливает заболевание всходов (Фомин, Немлиенко, 1940; Кузмичев, 1969; Чулкина, 1970; Войтова, 1975; Коршунова и др.1976; Чумаков, Захарова, 1990).
По данным В. И. Долженко и др. (2001) сегодня практически нет незараженных семян и, в зависимости от погодных условий, в период вегетации семена могут быть заражены до 70%. Пораженность семян различных сортов яровой пшеницы находится в пределах 47,5-62,3%, из них род Fusarium – 23-37,5%, род Alternaria – 10-34,4%. На ячмене же преобладают Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem., виды родов Alternaria, Fusarium. Во влажные годы в общем комплексе грибов на семенах ячменя встречаемость Bipolaris sorokiniana может достигать 47,6%, видов Alternaria – 31,7%, рода Fusarium – 17,5%.
Определение оптимальных режимов обработки семян яровой пшеницы и ячменя физическими методами воздействия
Тип засухи определяется в зависимости от календарного наложения засухи на один или несколько периодов яровых зерновых колосовых культур. Весенняя засуха приходится на период «всходы-кущение», весеннее-летняя – на период «всходы-кущение-трубкование-начало колошения», летняя засуха – на период «колошение-восковая спелость». Устойчивая засуха (полная засуха) охватывает все фазы роста и развития растений пшеницы от всходов до восковой спелости.
А. П. Головоченко (2001), сделав анализ комбинаций сочетаний неблагоприятных факторов по периодам вегетации яровой пшеницы на примере сорта Кутулукская, попытался ответить на вопрос, за счет чего сложилась неблагоприятная обстановка и возник недород зерна. За период 1980-2000 гг. им было выявлено, что 5 из 7 неблагоприятных лет в лесостепной зоне Среднего Поволжья были обусловлены сильной устойчивой засухой в течение всего периода вегетации. При этом 80% засушливых лет характеризовались сильной весеннее-летней засухой. Весенне-летняя засуха играла решающую роль при формировании продуктивности посева, а именно, снижала ее во все неблагоприятные годы. Воздействие же летней засухи на продуктивность посева было неоднозначно по годам. Величина ущерба урожаю снижалась при нормальном увлажнении предшествующего периода. Однако наблюдалась следующая закономерность: где была сильнее летняя засуха, там была выше депрессия урожайности.
Не менее опасно такое природное явление, как «почвенная засуха», которая устанавливается на основании ежедекадных наблюдений за влагозапасами почвы. В 2008 г. почвенная засуха была отмечена в августе. Также она зафиксирована в 2009 и 2010 гг. И хотя за весь 2010 г. выпало 428,9 мм осадков, что довольно близко к среднему многолетнему значению, он был экстремально жарким и сухим. Причиной послужило крайне неравномерное распределение осадков по месяцам года, их ничтожно малое количество в месяцы, определяющие урожай сельскохозяйственных культур, и совпадение сухих бездождевых периодов с высокими температурами воздуха. Так, большое количество осадков в январе, феврале и марте создали неплохие запасы влаги в почве, которая хорошо поддавалась обработке, некоторый запас влаги оставался ко времени посева ранних яровых культур. Но повышенные температуры апреля и мая месяцев вызвали быстрое испарение влаги из почвы, а практически полное отсутствие осадков в июне и июле с аномально жаркой погодой (t = 25–290С) весьма негативно сказались на росте, развитии и, в конечном счете, на снижении урожаев зерновых культур.
За июнь и июль 2010 г. выпало всего 5,4 мм осадков, в то время как при температурах 25–270С за одни сутки с 1 га посевов расходуется 60–70 м3 воды. В зимние же месяцы (с температурой ниже 00С) выпало 78,7% годового количества осадков и только 21,3% – в теплые месяцы, в то время как по среднемноголетним данным 43% осадков выпадает в холодный период года и 57% – в теплый (Васин, Самохвалова, 2011). В целом, погодные условия вегетационного периода 2010 г. были крайне неблагоприятными по количеству осадков и температурному режиму (Самохвалова, 2010).
Погодные условия 2011 г. сложились весьма благоприятно для роста и развития сельскохозяйственных культур (приложения 1, 2). Полное стаивание снежного покрова и переход температуры воздуха через 50С весной этого года пришлось на вторую декаду апреля, что примерно соответствует обычным срокам. Температурный режим весеннего периода повышался постепенно, переход температуры воздуха через 100С также отмечался в обычные сроки – 28 апреля.
В результате таяния мощного снежного покрова (высота его на метеоплощадке в два и более раза превышала многолетние значения) весной, при правильной осенней обработке, в почву поступило значительное количество влаги. Влажная и умеренно теплая погода первой и второй декад апреля способствовала медленному постепенному подсыханию и прогреванию пахотного слоя почвы. До 100С почва на глубине 20 см прогрелась лишь к 3 мая. В результате посев ранних яровых культур был произведен на 7–10 дней позже обычных сроков.
Май, июнь и август 2011 г. характеризуются в целом умеренным температурным режимом и неравномерным выпадением осадков. Июль был жарким (средняя температура на 40С выше нормы) и засушливым. В итоге сумма активных температур с мая по август 2011 г. составляла 2396 градусов, что на 173 градуса больше нормы. Количество осадков за указанный период оказалось равным 225 мм, что примерно на 38% больше среднемноголетнего значения. Гидротермический коэффициент составил 0,94.
В целом условия тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода 2011 г. складывались достаточно благоприятно для роста и развития яровых культур.
Полевые опыты по теме исследования проводились на полях селекционного севооборота Поволжского НИИСС им. П. Н. Константинова в 2000–2011 гг., мелкоделяночные – на питомнике агрономического факультета СГСХА в 2000–2002 гг.
Почвенный покров опытного поля ПНИИСС представлен черноземом обыкновенным среднегумусным, среднемощным, тяжелосуглинистым с содержанием 7–8% гумуса. Суммы поглощенных оснований 42 мг/экв на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями – 44,8%, общего азота N – 0,380%, Р – 0,15%, обменного К – 12,6 мг на 100 г почвы (Буров, 1958; Разумова, 1964). Рельеф опытного участка выровнен с восточным направлением. Облесенность окружающей территории достигает 10–12%. Западная сторона опытного поля имеет старую лесную полосу.
Почва питомника агрономического факультета представлена черноземом обыкновенным карбонатным среднемощным среднегумусным тяжелосуглинистым. Содержание гумуса 5,6%. Содержание питательных элементов в пахотном горизонте за 1996-1999 гг. составило: легкогидролизуемого азота 6,7 – 13,2 мг, подвижного фосфора 6,5 – 19,1 мг и обменного калия – 7,7 – 18,1 мг на 100 г почвы. Территория, на которой расположены опытные участки, находится в лесостепи Самарской области, в окрестностях п. Усть-Кинельский.
Почвы, на которых проводились опыты, являются типичными и образуют основной фон почвенного покрова юга лесостепи Среднего Поволжья.
Исследования по изучению эффективности предпосевного облучения семян яровой пшеницы и ячменя электромагнитными волнами КВЧ-диапазона на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян проводились в лабораториях кафедры «Защиты растений» Самарской ГСХА и кафедры «Основ конструирования и технологий радиотехнических систем» Поволжской академии телекоммуникаций и информатики в 1998–2000 гг.
Густота стояния, сохранность и продуктивная кустистость растений
Эндосперм состоит из стабильных клеток, в которых находятся зерна крахмала, промежуточное пространство между которыми заполнено содержащей белки матрицей эндосперма, образующей стенки. Толстые стенки, характерные для кормовых сортов, дольше противостоят растворению, препятствуют обмену веществ и защищают содержимое клеток.
Химические способы предпосевной обработки семян оказывали угнетающее действие. Протравливание семян Витаваксом 200ФФ и Раксилом несколько снизило энергию прорастания семян на обоих сортах, причем более существенное негативное влияние химические препараты оказывали на семена кормового сорта ячменя Поволжский 65, уменьшая их энергию прорастания на 7,2–8,3%, а лабораторную всхожесть – на 1,2–3,4%.
Физические приемы воздействия на семена при их предпосевной обработке способствовали повышению, как энергии прорастания, так и всхожести. Следует отметить, что низкобелковый пивоваренный сорт ячменя Волгарь оказался более отзывчивым на предпосевное облучение электромагнитными волнами КВЧ-диапазона, где повышение энергии прорастания и лабораторной всхожести составило 10,9 и 8,2%, тогда как у кормового сорта ячменя Поволжский 65 данные показатели увеличились на 4,3 и 3,7% соответственно и находились на уровне варианта с биологическим методом предпосевной обработки. Это может объясняться внутренним строением зерна. Эндосперм (мучнистое тело) состоит из стабильных клеток, в которых находятся зерна крахмала. Промежуточное пространство между отдельными зернами крахмала заполнено содержащей белки матрицей эндосперма, образующей стабильные стенки, окружающие крахмальные клетки. Их толщина является признаком, сильно зависящим от сорта ячменя и условий его произрастания. У пивоваренных сортов ячменя стенки клеток обычно тоньше, чем у кормовых сортов. Толстые стенки дольше противостоят растворению, они препятствуют обмену веществ и защищают содержимое клеток.
Как и в опытах с яровой пшеницей эффективность физических приемов воздействия на семена ячменя и обработка их регуляторами роста зависела от качества семенного материала и, чем оно было ниже, тем увеличение энергии их прорастания и всхожести было выше (табл. 4.2).
Семя представляет собой диссипативную систему, или многослойное структурное образование, состоящее из частиц различных компонентов. Эти частицы являются носителями электрических зарядов и перемещаются в семени при различных физико-химических процессах, т. е. семя обладает электрическими свойствами (Бородин, 1998). Взаимодействие областей семени друг с другом, как и протекающие внутри них процессы, не могут привести к изменению заряда, а приводят лишь к его перераспределению между областями. Изменение заряда семени может произойти лишь в результате его взаимодействия с окружающей средой.
Наряду с изменением под воздействием электрофизических факторов электрического заряда в семени изменяется также и внутренняя энергия, что способствует улучшению посевных качеств облученных семян.
Таким образом, сравнительное изучение различных приемов предпосевной подготовки семян показало, что обработка их электромагнитными волнами КВЧ-диапазона является эффективным приемом улучшения основных показателей посевных качеств семян яровой пшеницы и ячменя, таких как энергия прорастания и всхожесть, не уступающим предпосевной обработке семян современными регуляторами роста Агат 25К и Экстрасол и их протравливанию Витаваксом 200ФФ и Раксилом. Системные фунгициды Витавакс 200ФФ и Раксил оказывали незначительное положительное влияние на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян, а чаще снижали эти показатели максимально у пшеницы на 5-6, ячменя – 3-8%, вызывая стрессовое состояние у прорастающих семян. Однако по современным оценкам эффективность химических средств для защиты от семенной инфекции подвержена значительным колебаниям и зависит от уровня заспоренности семян (Андреева, Рябых, 2002), от особенностей защищаемого сорта, сроков проведения мероприятий, качества семенного материала и т.д. (Тютерев, 2005; Койшибаев, Куланбай, 2010 и др.) Ограничение эффективности химических средств связано и с их высокой биоцидной активностью.
Обострение экологических проблем, вызванное интенсивными методами землепользования, привели к распространению беспестицидных технологий в защите растений. Применение биопрепаратов на зерновых культурах оказывается целесообразным и высокорентабельным при невысокой заспоренности семян.
Учитывая экологическую чистоту и довольно высокую эффективность физического приема, есть полное основание считать его наиболее перспективным способом повышения качества посевного материала основных зерновых культур. В 2008–2010 годах были продолжены эксперименты по изучению различных способов предпосевной обработки семян на сортах твердой яровой пшеницы – Безенчукская 200 и мягкой – Кинельская Нива, а в 2009– 2011 гг. – на ячмене сорта Поволжский 65. С этой целью варианты физических приемов (КВЧ – излучение с длинной волны = 7,1 мм в течение 30 мин и воздействие ИМП – импульсного магнитного поля с энергией импульса W= 4,7 кДж и числом импульсов n = 5), а также совместное применение ИМП с регулятором роста Агат 25К сравнивались с высокоэффективным протравителем Дивиденд Стар и биофунгицидом и регулятором роста Агат 25К в рекомендованных нормах.