Содержание к диссертации
Введение
1. Условия и методика исследования 7
1.1. Место проведения исследований и характеристика почвы 7
1.2. Климат и погодные условия 7
1.3. Основные агротехнические приемы возделывания гороха 10
1.4. Методика исследований 12
2. Изменение условий произрастания гороха в зависимости от удобрений 15
2.1. Содержание в почве основных элементов питания 15
2.2. Развитие микроорганизмов в почве 17
2.3. Активность ферментов в почве и содержание СОг в травостое гороха 23
2.4. Микроклимат в посевах гороха 28
3. Отзывчивость листочкового и «усатых» сортов гороха на условия произрастания 33
3.1. Полевая всхожесть семян, особенность развития и выживаемость растений гороха к уборке 33
3.2. Содержание азота, фосфора и калия в клеточном соке растений гороха 39
3.3. Содержание доступной влаги в почве и потребление её агрофитоценозами гороха с листочковым и «усатым» типами листа 45
3.4. Фотосинтетическая деятельность растений гороха с разными по морфотипу листьями 56
3.4.1. Морфо-анатомическое строение листа «усатых» сортов гороха 58
3.4.2. Разработка методики определения площади усов 60
3.4.3. Формирование фотосинтетической поверхности растениями гороха с обычным и видоизмененным типами листа 68
3.4.4. Чистая продуктивность фотосинтеза растений гороха 78
3.4.5. Роль листьев (прилистников) и усов в формировании урожая гороха 84
3.5. Накопление надземной биомассы гороха и характеристика сортов с листочковым и «усатым» типами листа по признаку полегания 88
3.6. Формирование генеративных органов гороха ... 100
3.7. Урожайность и качество зерна различных сортов гороха 110
4. Биоэнергетическая оценка сортов гороха . 115
Выводы 119
Предложения производству 122
Список литературы 123
Приложения 145
- Основные агротехнические приемы возделывания гороха
- Активность ферментов в почве и содержание СОг в травостое гороха
- Полевая всхожесть семян, особенность развития и выживаемость растений гороха к уборке
- Формирование фотосинтетической поверхности растениями гороха с обычным и видоизмененным типами листа
Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшей задачей современного общества была и остается задача устранения дефицита белка в продуктах питания и кормах для животных. По данным ФАО в мире за год производится около 75 млн. тонн пищевого белка, что составляет около 80 г на.человека при-среднем норме 100 г. Это означает, что 70% людей недоедает, а 30% из них голодает (Старчен-ков Е.П., 1987). В России дефицит белка в рационе питания населения достигает 25%, животных - почти 30% (Алтухов А., Седова Н., 1998). Неполноценное питание людей в конечном итоге ведет к сокращению продолжительности их жизни. В создавшихся условиях для сохранения здоровья нации целесообразно принять меры к увеличению производства растительного белка, который в несколько раз дешевле животного (Подобедов А., 1998).
Проблему кормового белка решают несколькими путями: микробиологическим, производством рыбо-костной муки, химическим синтезом и др. 11о самым дешевым и надежным среди них является возделывание богатых белком бобовых (мотыльковых) растений, которые к тому-же служат хорошим предшественником для других культур.
Несмотря на большую значимость зернобобовых, посевы их в Ростовской области снизились с 115 тыс. га в 1986-1990 гг. до 31 тыс. га в 1996-2000 гг., валовые сборы - до 25,6 тыс. т, а урожайность - до 8,1-10,1 ц/га. (Статбюлле-тень, 2000; Статистический ежегодник по Ростовской области, 2000). Одна из причин низких урожаев гороха - полегание, и соответственно высокие потери при уборке. В «Системе, ведения агропромышленного производства Ростовской области на период 2001-2005 гг.» зернобобовым культурам, в том числе гороху, отводится значительно большее место - до 120 тыс. га. Предпосылкой расширения площадей посевов гороха является и введение в производство сортов с «усатым» типом листа, у которых за счет мощного развития усов образуется сцепленный стеблестой, в значительной степени предотвращающий полегание растений и облегчающий уборку (Ермоленко В.П. и др., 2002; Мониторинг состояния агроценозові Горох, 2002).
Цель и задачи исследований. Изучить и дать оценку сортам гороха с лис-точковым и видоизмененным (усатым) типом листа при различных системах применения удобрений в севообороте на черноземе обыкновенном Ростовской области. Выявить продуктивность новых сортов гороха с усатым типом листа селекции ученых ДЗНИИСХ.
Для выполнения поставленной цели в задачи исследований входило:
1. Определить численность бактерий в почве и деятельность целлюло-зоразлагающих микроорганизмов, ферментативную активность и выделение СОг в зависимости от удобрений.
2. Изучить микроклимат в посевах гороха с обычным и видоизмененным типами листа.
3. Установить водный режим почвы, потребление влаги и элементов питания растениями.
4. Разработать методику определения площади усов гороха.
5. Оценить фотосинтетическую деятельность растений гороха с различными по морфотипу листьями.
6. Установить зависимость формирования надземной биомассы и генеративных органов растений гороха от особенностей листового аппарата.
7. Определить продуктивность различных сортов гороха.
8. Сравнить биоэнергетическую эффективность сортов гороха с различными по морфотипу листьями.
Научная новизна. В условиях Ростовской области на черноземе обыкновенном изучена и дана оценка основным физиологическим процессам роста, развития и формирования урожая сортов гороха с видоизмененным (усатым) и листочковым типами листа при различных системах удобрения в севообороте. Впервые разработана методика определения площади усов гороха. Практическая значимость исследований. Изучены и предложены лучшие сорта гороха с «усатым» типом листа при оптимальной системе удобрения в севообороте, позволяющие получать высокую урожайность (до 3 т/га и более)!
Апробация работы. Результаты исследований доложены на ежегодных сессиях аспирантов ГНУ ДЗНИИСХ, на научных конференциях молодых ученых: «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» в ДонГАУ в 2000 и 2002 гг.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов проведена на полях ОПХ «Рассвет», в 2001-2002 гг, .
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 50 таблиц, 7 рисунков. Состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству, списка литературы и 17 приложений. Библиографический список включает 194 источника.
Основные агротехнические приемы возделывания гороха
По физико-географическому положению территория проведения исследований относится к атлантико-континентальной области зоны умеренных широт. Среднемноголетняя годовая температура воздуха составляет 9,5С, сумма положительных температур за период активной вегетации — 3100-3300С (Агроклиматические ресурсы Ростовской области, 1972).
Среднемноголетнее количество осадков - 485 мм. Максимум их приходится на июнь, минимум - на октябрь и март. Дожди в вегетационный пери- од чаще ливневые, вода полностью не успевает впитываться почвой и стекает в понижения. Это снижает их эффективность. С апреля по октябрь выпадает 258 мм осадков.
Cреднегодовая относительная влажность воздуха - 74%, с апреля по октябрь колеблется в пределах 59-67%. Господствующие ветры - восточных румбов, которые наиболее вредны и вызывают в зимне-весеннее время пыльные бури, а летом в сочетании с высокими температурами - засуху.
Осень наступает в конце сентября. Начало ее характеризуется устойчивой, теплой и сухой погодой, во второй половине, как правило, влажной. Сумма осадков за осенний сезон, по многолетним данным, составляет 110 мм, средняя суточная температура воздуха в сентябре 16,2С, в октябре -9,2С, в ноябре-3,0С.
Зима сравнительно холодная. Средняя температура самого холодного месяца (января) -5,1, абсолютный минимум доходит до -35С. Продолжительность зимнего периода в среднем 113. дней,.сумма осадков - 132 мм. Снежный покров появляется в конце декабря - начале января. Высота снежного покрова - 0-20 см. Накоплению снега препятствуют оттепели, которых за зиму насчитывается 35-40 дней, поэтому снег неоднократно тает и появляется вновь.
В начале третьей декады марта происходит устойчивый переход среднесуточной температуры через 0С к положительным значениям, во второй декаде апреля - через 5С, в третьей декаде - через 10С. В мае идет быстрое нарастание температур, и во второй декаде среднесуточная температура воздуха устойчиво превышает 15С. Лето жаркое, среднесуточная температура самого теплого месяца (июля) 23,5С, максимальная - 40С и выше. Температура на поверхности почвы может достигать 60С и больше. Безморозный период продолжается до середины октября и в среднем составляет 175-180 дней (Климат и агроклиматические ресурсы Ростовской области, 2002).
Метеорологические условия в годы проведения исследований в течение вегетационного периода гороха складывались по-разному (табл. 1, 2).
В марте 2000 г. среднемесячная температура была выше среднемного-летней на 0,9С. Апрель оказался самым теплым за все годы исследований, в отдельные дни температура воздуха достигала 25С. Осадков в этот месяц выпало 41 мм. В начале мая наблюдалось резкое похолодание, вплоть до заморозков (до -5С), но растения гороха не пострадали. В конце мая началось активное нарастание температур до 30С. Это совпало с цветением гороха, что неблагоприятно влияло на формирование генеративных органов. Июнь был несколько прохладнее обычного. Обильные дожди (83 мм) и сильный ветер вызвали полегание гороха всех сортов, что значительно затруднило уборку.
Весна в 2001 г. наступила рано, отличаясь неустойчивым характером погоды. В конце марта отмечалось снижение температуры воздуха до 0С. Первый месяц вегетации гороха был теплее среднемноголетних данных на 1,бС. Осадков выпало в два раза больше, чем в среднем по годам. Температурный режим мая (на 2С ниже многолетней) и обильные осадки (254% от среднемесячной нормы) благоприятно действовали на рост растений. Пониженный температурный режим июня и высокое количество осадков - 129 мм - положительно повлияли на формирование урожая гороха.
В апреле 2002 г. среднемесячная температура была на уровне нормы, осадков выпало 61 мм (на 21 мм больше). Майские заморозки и небольшое количество выпавших- осадков - 5 мм - замедлили рост и развитие растений гороха. Июнь оказался несколько прохладнее обычного, количество осадков -близкое к многолетним.
В целом по температуре, количеству осадков и их распределению наиболее благоприятные условия для гороха складывались в 2001 г., удовлетворительными они были в 1999 и 2002 гг. и хуже всего - в 2000 г.
Активность ферментов в почве и содержание СОг в травостое гороха
Жизнь растений начинается с прорастания семян. Величина их полевой всхожести определяет густоту стояния растений, что служит основой для формирования урожая. В.Л. Яковлев (1982) отмечал прямую зависимость между полевой всхожестью семян и урожайностью зернобобовых культур. В Ростовской области полевая всхожесть по зонам возделывания гороха колебалась от 88 до ч 96% (Вербицкий Н.М.Г 1983). Она зависит от классности семян, особенностей сорта, погодных условий, агротехники выращивания и т.д.
Использование на посев семян с низкой лабораторной всхожестью приводит не только к низкой полевой всхожести, но и к снижению урожая зерна (Хухлаев И.И. и др., 1982). Изменяется полевая всхожесть семян и от применения удобрений (Стукалов М.Ю., 1999), хотя некоторые авторы с этим не согласны (Игнатьев Д.С., 2002).
По данным наших исследований в зависимости от сорта и использования удобрений отмечены некоторые различия в полевой всхожести семян гороха. Но какой-то строго определенной закономерности по вариантам опыта не установлено (табл. 11).
В 2000 и 2001 гг. полевая всхожесть семян растений гороха на контроле выше при посеве сорта Сармат, в 2002 г., наоборот, - сортов с «усатым» типом листа.
Между вариантами опыта в среднем за 2000-2001 гг. полевая всхожесть гороха сорта Сармат практически не изменялась (разница 0-4%). Наименьшая всхожесть — 83% - гороха сорта Аксайский усатый 5 отмечена на варианте с органической системой удобрения, большая - 89% с максимальной дозой ор-гано-минеральных удобрений. При возделывании гороха сорта Аксайский усатый 10 внесение навоза и минеральных удобрений обеспечивали максимальный показатель - 89%, на варианте без внесения удобрений - минимальный — 82. Полевая всхожесть семян гороха сорта Приазовский от внесения удобрений практически не изменялась (возрастала всего на 2-7%).
В целом, на основании исследований, можно отметить только устойчивую тенденцию увеличения полевой всхожести семян сортов гороха с видоизмененным листом от применения удобрений.
На продолжительность вегетации и сроки наступления фенологических фаз вегетации гороха, по данным Э.М. Шалыгиной (1982), применение минеральных и органических удобрений не оказывало влияния. Это положение подтверждают и наши данные. Удобрения или не изменяли длину вегетационного периода, или увеличивали, но не более чем на 1-2 дня.
Сроки наступления фаз вегетации растений различных сортов гороха изменялись мало, больше - по годам исследований (табл. 12). При одновременном сроке посева различных сортов гороха всходы появлялись также одновременно через 15-16 дней при посеве в первых числах апреля 2000 и 2002 гг. и через 26 дней при посеве в середине марта 2001 г. Задержка в появлении всходов в 2001 г. связана со снижением температуры почвы и воздуха (после посева выпал снег). Темп развития растений гороха всех изучаемых сортов был одинаковым до фазы 4-6 листьев. В фазе бутонизации и последующие сроки отмечены некоторые различия в датах их наступления.
Во все годы исследований фазы бутонизация и цветение растений гороха сорта Аксайский усатый 5 наступали на 1-3 дня позже, чем сорта Сармат. В дальнейшем разница в продолжительности межфазных периодов между сортами уменьшалась, и полная спелость наступала одновременно. При.этом фазы бутонизации растений гороха сорта Сармат наступали раньше сорта Аксайский усатый 10: в 2000 г. - на один, в 2001 и 2002 гг. - на два дня. Даты фаз развития растений гороха.сорта Приазовский отмечали несколько раньше по сравнению с сортами Сармат и Аксайский усатый 5, но позже сорта Аксайский усатый 10. Особенность гороха сорта Приазовский по сравнению с изучаемыми сортами в более коротком (на 2-4 дня) периоде цветения.
Продолжительность межфазных периодов и продуктивность гороха, в основном, зависят от сочетания тепла и влаги (Левенко А.А., Матюшенко Е.Н., 1983). Оптимальная продуктивность гороха формируется при наиболее длительной вегетации, но период посев-всходы должен быть минимальным по продолжительности, всходы-цветение - составлять около 45 дней, цветение-созревание - как можно более растянутым.
Полевая всхожесть семян, особенность развития и выживаемость растений гороха к уборке
В почвенно-климатических условиях Ростовской области и прилегающих к ней территориях недостаток влаги во многих случаях лимитирует формирование урожая сельскохозяйственных культур (Бородин, 11.11., 1967, 1976; Листопадов И.Н., 1980; Ворлихов М.Д., 1998 и др.). Горох довольно требователен к влаге. Для прорастания семян необходимо ее 100-115% от общего веса, мозговых сортов - до 150%. Оптимальная влажность почвы для формирования высокого урожая составляет 70-80% полевой влагоемкости (Бондар Г.В., Лавриненко Г.Т., 1977).
Удобрения влияют на засухоустойчивость растений неоднозначно. Р.Х. Макашева (1973) считала, что фосфорные и калийные удобрения вызывают повышение, азотные - понижение устойчивости растений гороха против обезвоживания в период засухи. В листьях таких растений повышается содержание нитратного, аминного и амидного азота, но снижается способность растений синтезировать белок (Водяник А.С., Водяник Т.М., 1984).
Водный стресс растений обычно сопровождается снижением водного потенциала листьев и разностью между температурой растительного покрова и окружающего воздуха (Pandey R.K. и др., 1984), что проявляется в уменьшении количества плодов и семян в бобе (Pandey R.K. и др., 1984).
По данным И.Б. Годунова (1978), внесение удобрений по сравнению с контролем способствует увеличению запасов доступной влаги под культурами в начале их вегетации. Однако Л.К. Шевцова (1966),.К.А. Костров и А.В. Малова (1973) утверждали, что систематическое внесение органических и минеральных удобрений мало влияло на запасы доступной влаги.
По М.Ф. Галюк (1978), К.А. Загорча и др. (1980), при использовании растениями удобрений расход воды на формирование единицы урожая связан с уменьшением ее потерь на транспирацию и испарение почвой. В опытах Н.Н. Мартынович и Л.И. Мартынович (1992) удобрения увеличивали эвапотранспирацию посевов всего на! ,5-3,0%, расход воды на единицу сухого вещества при этом снижался от минеральной системы удобрения на 7%, органо-минеральной - на 13-17%. По данным И.Н. Листопадова, И.М. Шапошниковой (1984), коэффициент водопотребления неудобренной озимой пшеницы составил 530-565 и снизился под влиянием удобрений на 13-26%.
Причина более экономного использования влаги сельскохозяйственными культурами при внесении удобрений вызвана положительным их влиянием на ход метаболических процессов, лучшим общим состоянием растений и повышением концентрации питательных веществ в почвенном растворе, в связи с чем для поглощения одного и того же их количества растению требуется меньше воды (Годунов И.Б., 1978; Синягин И.И., 1980).
П.Н. Рыбалкин и П.П. Власюк (2000) на основании исследований и обобщенных данных литературы сообщали, что в почвенно-климатических условиях юга России на формирование одного центнера зерна с соответствующим количеством биомассы растения гороха расходуют порядка 500-700 ц воды.
Одним из способов улучшения влагообеспеченности культурных растений является увеличение глубины проникновения корневой системы. Роли удобрений в ее распространении посвящена обширная литература (Станков Н.З., 1964; Ахметов Ш.И., 1996; Каргин И.Ф. и др., 1997).
Согласно данным, полученным в условиях Мордовии, систематическое применение удобрений не только увеличивало количество и глубину проникновения корней, но и меняло распределение их по почвенному профилю (Каргин И.Ф. и др., 1998). Под влиянием NPK масса корней в слое 50-100 см возрастала в 2,3-12,7 раза по сравнению с контролем. Увеличение насыщенности подпахотных слоев корнями растений способствовало использованию влаги этих слоев на формирование урожая.
По результатам исследований М.А. Егорова (1909/10) и И.И. Колосова (1962), развитие корневой системы усиливается при внесении азота. По дан-ным И.В. Красовской (1955) азот способствует росту сосущих корней, фосфор в большинстве случаев увеличивает мощность корневой системы, калий - не всегда.
А.А. Жученко (1988) при использовании элементов питания и влаги особое внимание обращал на видовой и сортовой адаптивный потенциал культурных растений. А.В. Амелин (2001) установил, что рост урожайности зерна гороха не связан с повышением устойчивости к абиотическим факторам среды, а достигается преимущественно в результате улучшения его адаптивных свойств к условиям агрофитоценозов.
Адаптация сортов гороха к абиотическим и биотическим факторам в условиях длительного систематического применения удобрений черноземов обыкновенных изучена недостаточно, а применительно к сортам с «усатым» типом листа — слабо.
Исследованиями обеспеченности растений гороха влагой в зависимости от сортов и различных систем удобрения в севообороте, проведенными нами, установлено, что в среднем за 2000-2001 гг. доступная для растений влага в слоях почвы 0-50 и 0-100 см имелась во. все сроки ее определения, вплоть до уборки, но количество ее в зависимости от фаз развития гороха было различным (табл. 18).
Формирование фотосинтетической поверхности растениями гороха с обычным и видоизмененным типами листа
В 2000 и 2002 гг. интенсивность накопления сухих веществ гороха сорта Сармат резко возрастала от фазы 6-8 листьев гороха — 5,22 г/м в сутки и достигала 7,28-8,35 г/м в период образования бобов - углеводного состояния зерна. От углеводного состояния до белковой спелости зерна ЧПФ лис-точкового гороха существенно падала и составляла 35-69% от предыдущего срока определения.
В эти годы накопление сухих веществ на единицу площади ассимиляционной поверхности в сутки горохом с усатым типом листа увеличивалось главным образом до периода цветения - плодообразования (в 2002 г. такое повышение ЧПФ к углеводному состоянию зерна вызвано прошедшими дождями). Однако интенсивность накопления сухих веществ горохом с усатым типом листа по сравнению с листочковым падала меньшими темпами. От периода бутонизации-начала плодообразования до углеводного состояния и белковой спелости зерна ЧПФ снизилась до уровня 71,5-98,3%, в варианте с повышенными дозами несколько возросла (на 3%).
В 2001 г. с обильным выпадением осадков интенсивность накопления сухих веществ обоих сортов гороха шла быстрее, чем в 2000 и 2002 гг. уже с ранних фаз вегетации и достигала максимальных величин к периоду бутонизации-начала образования бобов. На контроле и варианте с использованием органической системы удобрения наибольшее количество сухих веществ го-роха сорта Сармат- 5,93 и 5,45 г на 1 м площади листьев в сутки - отмечено несколько позднее - от фазы плодообразования.
Таким образом, в 2001 г. лучше синтезировали органическое вещество растения гороха с видоизмененными листьями. От фазы цветения-плодообразования ЧПФ афильного сорта после достижения максимальных величин снижалась, но не столь резко, как в 2000 и 2001 гг. исследований.
В благоприятный 2001 г. падение этого показателя гороха «усатого» типа проходило постепенно, меньшими темпами, чем гороха с обычным листом. В среднем за годы исследований ЧПФ изменялась в ту или иную сторону в зависимости от преобладания благоприятных и неблагоприятных для растений гороха условий произрастания.
Увеличение фотосинтетической поверхности от применения удобрений изучаемых сортов гороха по-разному влияло на ход процесса фотосинтеза.
В среднем за 2000-2001 гг. в вариантах с внесением удобрений площадь листьев растений гороха сорта Сармат увеличивалась практически до углеводного состояния зерна, а величина ЧПФ - только до начала плодообразования. При внесении удобрений по сравнению с контролем в период буто-низация-плодообразование при площади листьев гороха 5 м /м посева ЧПФ больше на 2,02-2,41 г; в период плодообразование-углеводное состояние зерна при более высокой ассимиляционной поверхности (5,3-7,5) — меньше на 0,51-0,75 г. Есть основания полагать, что такое снижение ЧПФ связано с взаимозатенением листьев, в связи с большей их площадью и полеганием растений. Следовательно, по нашим данным, при достижении площади ли-стьев сортом гороха Сармат 5 м /м посева и более, снижалась активность накопления сухих веществ единицей площади листьев. Сорт гороха Аксайский усатый 5 на удобренных вариантах даже при достижении площади фотосин-тетического аппарата 7м /м и более не снижал показатели ЧПФ, но даже увеличивал их. В среднем за 2000-2001 гг. от начала плодообразования до углеводного состояния зерна в вариантах с различными удобрениями при развитии площади ассимиляции порядка 7 м /м накопление сухого вещества превосходило контрольные растения на 0,94-1,40 г, где площадь ассимиляции составляла около 5 м2.
Следовательно, в ценозах сортов гороха с видоизмененным типом листа возможно большее развитие ассимиляционного аппарата без снижения хода фотосинтетических процессов. Это дает основание полагать, что афиль-ные сорта гороха (на примере сорта Аксайский усатый 5) по сравнению с листочковым сортом Сармат в большей степени реагировали на благоприятные условия произрастания.
