Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса (обзор литературы) 9
1.1 Значение микроэлементов в формировании урожая полевых культур 9
1.2 Способы и формы применения микроудобрений 13
1.2.1 Предпосевная обработка семян минеральными и комплексными формами микроудобрений 17
1.2.2 Обработка посевов минеральными и комплексными формами микроудобрений 24 Экспериментальная часть 31
ГЛАВА 2 Объект, методика и условия проведения исследований 31
2.1 Объект исследований 31
2.2 Методика проведения исследований 31
2.3 Условия проведения опытов 35
2.3.1 Почвенно-климатические условия региона 35
2.3.2 Метеорологические условия 36
2.3.3 Почвенные условия 42
2.4 Технология возделывания овса в опытах 43
ГЛАВА 3 Предпосевная обработка семян минеральными и комплексными формами микроудобрений 44
3.1 Урожайность овса и обоснование ее структурой 44
3.2 Сопутствующие наблюдения и исследования 52
3.2.1 Фотосинтетическая деятельность растений 52
3.2.2 Формирование структуры урожайности 55
3.2.3 Пораженность растений болезнями 63
3.2.4 Химический состав зерна и соломы 66
ГЛАВА 4 Обработка посевов минеральными и комплексными формами микроудобрений 71
4.1 Урожайность овса и обоснование ее структурой 71
4.2 Сопутствующие наблюдения и исследования 78
4.2.1 Фотосинтетическая деятельность растений 78
4.2.2 Формирование структуры урожайности 80
4.2.3 Пораженность растений болезнями 87
4.2.4 Химический состав зерна и соломы 90
ГЛАВА 5 Формирование урожайности овса аргамак в зависимости от форм и способов применения микроудобрений 96
5.1 Урожайность и обоснование ее структурой 96
5.2 Сопутствующие наблюдения 103
5.2.1 Морфологические типы растений 103
5.2.2 Качество зерна 111
ГЛАВА 6 Энергетическая, экономическая оценки, производственная проверка 114
6.1 Энергетическая оценка 114
6.2 Производственная проверка 115
6.3 Экономическая оценка 117
Выводы
- Значение микроэлементов в формировании урожая полевых культур
- Урожайность овса и обоснование ее структурой
- Формирование структуры урожайности
- Морфологические типы растений
Введение к работе
Диссертационная работа выполнена на кафедре растениеводства ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» в период с 2003 по 2005 гг. Экспериментальная часть исследований проведена на опытном поле ФГУП учхоз «Июльское» ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. Производственная проверка - в ФГУП учхоз «Июльское».
В постановке опытов в разные годы принимали участие студенты агрономического факультета ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА Г. Айпалова, А. Мурашова, М. Маркова, Р. Шарипов, Э. Шарафиев, Е. Нагорных, Л. Агафонова, В. Минагулова, А. Иванова. В проведении химических анализов значительную помощь оказала Л.Ф. Одинцова - зав. аналитической лаборатории кафедры агрохимии и почвоведения ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. Всем им автор выражает глубокую благодарность и признательность.
Автор благодарен за помощь и полезные советы преподавателям и лаборантам кафедры растениеводства, профессору В.В. Сентемову - зав. кафедрой химии ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, коллективу опытного поля ФГУП учхоз «Июльское», а также родителям Ф.Г. Вафину и Х.Г. Вафиной за моральную и материальную поддержку.
За научное руководство, большую помощь и практические советы в проведении исследований автор выражает особую благодарность и сердечную признательность доктору сельскохозяйственных наук, профессору Иль-дусу Шамилевичу Фатыхову, кандидату сельскохозяйственных наук Вере Геннадьевне Колесниковой.
Значение микроэлементов в формировании урожая полевых культур
Микроэлементы входят в число важнейших элементов минерального питания растений. Они активно участвуют в строительстве растительного организма, составляя определенный процент от массы его сухого вещества (Кузнецов М.Ф., 1994). Однако содержание элемента в растении не всегда свидетельствует о его необходимости. Основным показателем эффективности микроудобрения является влияние его на рост и продуктивность растения (Жмурко Н.Г., Кудрявцева Н.М., 1996), что обусловлено его ролью в физиологических и биохимических процессах растительного организма (Уд-рис Г.А., Нейланд Я.А., 1981). Изучение питательных веществ и их влияния на рост, развитие и продуктивность растений вплотную подводит к регулированию процессов жизнедеятельности растения, что имеет решающее значение для растениеводства (Протасова Н.А., Беляев А.В., 2001).
По мнению исследователей, при оценке физиологической роли на первом месте для большинства микроэлементов стоит их способность к активизации ферментативной деятельности. Помимо ферментативной деятельности практически все микроэлементы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, синтезе белков, витаминов, фотосинтетической деятельности, углеводном обмене, регуляции водного режима в растительных клетках, стимулировании растительных процессов и т.д. (Пей-ве Я.В., 1960; Школьник М.Я., 1963; Кузнецов М.Ф., 1994).
Бор имеет важное значение при опылении и оплодотворении цветковых растений, его недостаток неблагоприятно влияет на углеводный и белковый обмен, снижает накопление сахара и крахмала (Войнар А.И., 1960). Молибден способствует синтезу и обмену белковых веществ в растении, оказывает положительное влияние на фосфатный обмен (Буркин И.А., 1968; Чума ченко И.Н., 1989 б). Медь участвует в белковом обмене, в образовании хлорофилла, повышает синтез белков, жиров, углеводов. Цинк участвует в углеводном обмене, повышает концентрацию ауксинов (Стайлс В., 1949; Пари-бок Т.А., 1970; Школьник М.Я., 1974; Анспок П.И., 1978). Медь и цинк считаются токсичными, что является свидетельством их высокой биологической активности. Однако в малых дозах они ускоряют рост и развитие растений (закон Арндта - Шульца: малые дозы стимулируют, высокие - угнетают) (Степанок В.В., 2001). Кобальт связан с гормональным балансом (Лип-ская Г.А., 1988), а также со стадией в окислительном обмене, являющейся источником энергии для роста (Школьник М.Я., 1974).
По мнению Б. А. Ягодина, А.А. Ермолаева (1995), А.Б. Глуховского, А.Х. Шхапацева (1998) роль микроэлементов значительно повышается в следующих случаях: когда наблюдается их недостаточное содержание в почве; когда при увеличивающейся урожайности возрастает вынос микроэлементов и потребность в них; когда ставится задача в получении качественной продукции.
Находясь в жестких условиях микроэлементного питания растительный организм стремится поддерживать необходимый ему уровень содержания микроэлементов в тканях, отвечая за этот режим снижением общей биомассы и продуктивной части. В некоторых случаях растение, не снижая урожайность, может дать семена с низким содержанием микроэлементов (Исай-чев В.А., Мударисов Ф.А., 2004). Основным источником поступления микроэлементов в растения являются почвы. В оптимальном варианте они должны содержать достаточное количество валовых запасов и усвояемых или подвижных форм микроэлементов (Кузнецов М.Ф., 1994).
Установлено, что основным источником поступления микроэлементов в почву являются почвообразующие породы (Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканов А.Н., 1959; Виноградов А.П., 1962; Елькина Г.Я., 1980; Попов Г.Н., 1991; Веригина К.В., 1998 а, б; Griindlagen der Pflanzenpro-duktion, 1971). Но потребности сельскохозяйственных культур не могут быть ю обеспечены только за счет их почвенных запасов (Безносов А.И., Дерюгин И.П., 1973; Дубиковский Г.П., 1984). Исследователями указывается, что доступность биогенных элементов из почвы невелика и составляет 0,8-1,9 % (Безносов А.И., Башмаков Л.Б., 1998). Отмечается также, что статьей поступления микроэлементов в почву является применение органических и минеральных удобрений (Лессер М.А., 1956; Дубиковский Г.П., Халем-ская С.Д., 1983; Дмитраков Л.М., Пинский Д.Л., 2002; Попов В.В. и др., 2002; Протасова Н.А., Щербаков А.П., 2003).
Растения в процессе питания способны усваивать и накапливать все химические элементы, образующиеся при разложении пород и минералов, а также попавшие в почву в результате антропогенной деятельности (Рэуце К., Кырстя С, 1986). В связи с этим органами здравоохранения были определены предельно допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов, пестицидов и других токсикантов в пищевых продуктах и продовольственном сырье (Комарова Н.А., Люботина В.А., Тужилина А.Р., 1997). Вопрос о ПДК является также одной из важных проблем современной биологической науки, поскольку с этим связано существование не только растительности и животного мира, но и жизни на Земле в целом. Все химические элементы при их оптимальном содержании в живых организмах играют положительную роль. Однако при избыточных концентрациях большинство из них, в том числе практически все микроэлементы переходят в разряд тяжелых металлов (ТМ) — это условное название всех химических элементов независимо от их атомной массы, избыточное содержание которых в живых организмах сопровождается негативными явлениями и болезнями вплоть до их гибели (Кузнецов М. Ф.., 1994).
Урожайность овса и обоснование ее структурой
Вегетационный период 2003 г. характеризовался достаточным количеством осадков и умеренными температурами, что способствовало получению высокой урожайности овса Аргамак. В среднем по вариантам опыта она составила 5,05 т/га. В 2004 г. засуха в период формирование - налив зерна ускорила созревание овса и снизила урожайность по сравнению с предыдущим годом на 3,65 т/га. В условиях 2005 г. средняя урожайность овса Аргамак составила 1,89 т/га.
Исследования, проведенные в 2003-2005 гг. показали, что предпосевная обработка семян минеральными и комплексными формами микроудобрений оказывает влияние на формирование урожайности овса Аргамак (таблица 5, приложение Г.1-Г.2).
Предпосевная обработка семян минеральными соединениями бора, молибдена, кобальта, марганца, меди, цинка, смесью микроэлементов, ЖУСС, КС кобальта, меди, цинка и их смеси обеспечивали существенное увеличение урожайности зерна в 2003 г. на 0,51 - 0,85 т/га по сравнению с урожайностью в контроле - без обработки семян (4,47 т/га) и на 0,54 -0,88 т/га с урожайностью в варианте (4,44 т/га), где семена обрабатывали водой при НСРо5 - 0,45 т/га. Существенных различий по урожайности в вариантах с применением минеральных солей и вариантах с применением комплексных форм микроудобрений не выявлено.
Применение минеральных солей изучаемых микроэлементов, их смеси, борной кислоты, ЖУСС, комплексных соединений цинка, меди, кобальта и их смеси позволило увеличить урожайность овса в 2004 г. на 0,08-0,14 т/га (6-12 %) по сравнению с урожайностью в контрольных вариантах -1,30 т/га при НСРо5 - 0,07 т/га. Обработка семян минеральными солями мик роэлементов обеспечила увеличение урожайности на 0,08 - 0,14 т/га, обработка семян комплексными соединениями - на 0,10 - 0,14 т/га, то есть, различные формы микроудобрений были равнозначны по своему влиянию на урожайность овса Аргамак.
В 2005 г. также по всем вариантам обработки семян микроудобрениями обеспечена существенная прибавка урожайности овса Аргамак. В контрольных вариантах урожайность составила 1,65 т/га. Обработка семян различными формами микроудобрений способствовала получению 1,85 -2,03 т/га зерна, или на 0,20-0,38 т/га (12-23 %) больше, чем в контрольных вариантах без обработки семян и обработки семян водой при HCPos — 0,19 т/га. В данный год исследований также не было выявлено существен ных различий по урожайности в зависимости от обработки семян изучаемыми формами микроудобрений.
В среднем за три года (2003 - 2005 гг.) установлено, что обработка семян овса Аргамак минеральными соединениями бора, молибдена, кобальта, марганца, цинка, меди, ЖУСС, КС кобальта, цинка, меди, смесью КС и смесью микроэлементов обеспечили существенное увеличение урожайности на 0,27 - 0,41 т/га, или на 11 - 17 %, по сравнению с урожайностью варианта без обработки семян. По сравнению с продуктивностью овса, полученной при увлажнении семян водой (2,46 т/га), урожайность в вариантах обработки семян микроудобрениями увеличилась на 0,28 -0,42 т/га при НСР05 - 0,19 т/га.
Изучаемые варианты предпосевной обработки семян овса Аргамак различными формами микроудобрений оказывали влияние на формирование структуры урожайности. Урожайность зерновых культур обеспечивается оптимальным количеством продуктивных растений на единице площади. На этот показатель оказывают влияние полевая всхожесть и выживаемость растений.
В годы исследований полевая всхожесть повышалась в пользу предпосевной обработки семян (таблица 6, приложение Г.З). В среднем за 2003 - 2005 гг. изменение полевой всхожести по вариантам опыта составило от 65% до 69%. Выживаемость растений за период полные всходы — уборка в среднем за три года под влиянием предпосевной обработки семян разными формами микроэлементов увеличилась с 74 - 75 % до 77 - 80 %.
Формирование структуры урожайности
Обработка посевов минеральными и комплексными формами микроудобрений влияла на формирование структуры растений овса Аргамак (таблица 28, приложение Д. 18 - Д.24). В фазе выхода в трубку выявили снижение доли одностебельных растений на 11 - 14 % в вариантах обработки посевов сернокислой медью, ЖУСС, КС-Си и смесью КС. В фазе выметывания метелки наблюдали «сброс» (редукцию) побегов кущения, что вызвало измене ния в структуре посевов. Эти изменения происходили неодинаково по изучаемым вариантам опыта.
Таблица 28 - Доля разностебельных растений в посевах овса Аргамак в зависимости от обработки посевов микроудобрениями, % (среднее 2004 2005 гг.)
Обработка посевов КС-Co, смесью солей, смесью КС, ЖУСС, C11SO4, КС-Си способствовала сохранению в посеве растений с двумя побегами, что привело к увеличению их доли на 9 - 16 % по сравнению с долей двустебель-ных растений, присутствующих в посеве контрольного варианта. В фазе молочного состояния зерна по всем вариантам опыта наблюдали дальнейшее увеличение доли одностебельных растений. Существенные различия с контрольным вариантом по процентному соотношению одностебельных растений выявили при обработке посевов КС-Си, смесью КС. В фазе восковой спелости зерна также происходит редукция побегов кущения. Но применение ЖУСС и КС-Си способствовало сохранению количества двустебельных растений, а применение смеси КС и смеси солей — сохранению количества трех, четырех-и более стебельных растений соответственно.
Анализируя данные исследований (2004 - 2005 гг.) прохождения этапов органогенеза боковыми стеблями можно сказать, что применение ЖУСС, КС-Си, КС-Co, смеси КС и смеси солей способствовало увеличению доли побегов кущения, синхронно развивающихся с главным побегом в фазе выхода растений овса в трубку (таблица 29, приложение Д.25 - Д.ЗО).
В фазе выметывания в вариантах обработки посевов микроудобрениями не было выявлено существенного увеличения доли боковых побегов, синхронно развивающихся с главным побегом. Но применение сернокислой меди, смеси КС способствовало увеличению доли побегов кущения, отстающих в развитии от главного лишь на 2 этапа органогенеза, а применение ЖУСС — увеличению доли боковых побегов, отстающих от главного только на один этап органогенеза. Это способствовало увеличению доли побегов кущения, синхронно развивающихся с главным побегом и отстающих от него в развитии лишь на один этап, в фазе молочного состояния зерна.
В фазе восковой спелости зерна доля боковых побегов, достигших XII этапа органогенеза, увеличилась в вариантах обработки посевов сернокислой медью, КС-Си, КС-Co, смесью КС, смесью солей на 5 - 12 % по сравнению с долей их присутствия в посеве контрольного варианта. Также применение CuS04, ЖУСС, КС-Co способствовало увеличению доли побегов кущения, находящихся на XI этапе органогенеза, по сравнению с долей их, сформировавшихся при обработке посевов водой.
Все эти изменения, наблюдаемые в период вегетации овса, привели к изменениям в структуре его урожайности (приложение Д.30-Д.31). В среднем за два года иследований (2004 - 2005 гг.) выявлено, что урожайность овса формировали в основном растения с одним продуктивным стеблем. Их доля в посевах в среднем за два года составила 89,9 % (таблица 30, приложение Д-34).
Применение микроудобрений для обработки посевов овса влияло на соотношение типов растений по продуктивному стеблестою. В среднем за два года применение минеральных и комплексных форм микроудобрений, за исключением борной кислоты, способствовало снижению доли одностебель-ных растений на 1,6 - 4,3 %. Доля двустебельных растений в вариантах обработки посевов ЖУСС, КС-Си, смесью КС увеличилась на 2,0 - 2,8 % по сравнению с долей их в посеве, сформированным при обработке посевов водой. Доля трехстебельных продуктивных растений в вариантах с обработкой по севов солями молибдена, марганца, цинка, комплексонатами цинка, меди, кобальта и смесью изучаемых минеральных солей составила 0,5 - 1,1 % (в контрольных вариантах трехстебельные растения отсутствовали) (приложение Д.31 -Д.35).
Морфологические типы растений
За два года исследований (2004 - 2005 гг.) выявлено, что урожайность овса Аргамак формировали растения с одним, двумя и большим количеством продуктивных стеблей. Анализ структуры урожайности показал, что изучаемые минеральные и комплексные соединения меди способствовали увеличению количества продуктивных стеблей. Более подробный анализ структуры продуктивного стеблестоя позволил установить, что увеличению плотности продуктивного стеблестоя способствовало как общее увеличение количества продуктивных разностебельных растений, так и снижение доли одностебель-ных растений в посевах и возрастание доли двух- и более стебельных растений (таблица 41, приложение ЕЛ 5 - Е.20).
При обработке семян количество одностебельных растений изменялось с 382 шт./м в контроле до 390 - 398 шт./м при применении сернокислой меди, ЖУСС и КС-Си, при этом доля их в посеве существенно снижалась с 91,8 % до 87,3 - 88,9%. Аналогичные изменения количества растений с одним продуктивным стеблем выявлены при применении изучаемых соединений для обработки семян и последующей обработки посевов. Существенное снижение доли одностебельных растений при обработке посевов обусловлено применением ЖУСС и КС-Си.
При обработке семян микроудобрениями наблюдали увеличение количества двустебельных продуктивных растений. Разность между долей двустебельных растений, сформировавшихся в контрольном варианте, и долей их в вариантах обработки семян солью меди, ЖУСС и КС-Си, существенна. Существенную разность доли двустебельных растений по сравнению с долей их в контрольном варианте обеспечило при обработке посевов применение КС-Си, при совместной обработке семян и посевов - применение Q1SO4.
Изменения доли трехстебельных растений в посевах при обработке семян аналогичны изменениям доли двустебельных растений. При обработке посевов существенную разность доли трехстебельных растений по сравнению с контролем обеспечил ЖУСС, при обработке семян и последующей обработке посевов - ЖУСС и КС-Си. Разность доли четырехстебельных растений в посевах контрольного и изучаемых вариантов при обработке посевов несущественна. При обработке семян и совместной обработке семян и посе BOB минеральные и комплексные соединения обеспечили существенность разности доли четырехстебельных растений между контрольными и испытуемыми вариантами. В целом на формирование в посевах растений с разным количеством продуктивных стеблей минеральные и комплексные соединения при изучаемых способах их применения оказывали одинаковое влияние.
Существенных различий между долями одно-, дву- и трехстебельных растений, сформировавшихся при обработке семян, обработке посевов и совместной обработке семян и посевов независимо от применяемых микроудобрений, не выявлено. Способ применения микроудобрений оказывал существенное влияние на формирование в посевах четырехстебельных растений. Здесь выявлено существенное преимущество доли указанного типа растений, сформировавшихся при совместной обработке семян и посевов изучаемыми формами микроудобрений, над долей их в варианте обработки посевов (таблица 42, приложение Е.21).
