Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы. Реакция биологических систем на физические факторы
1.1 Обработка семян магнитным полем 9
1.2 Обработка семян воздушно-тепловым обогревом 25
1.3 Обработка семян ультрафиолетовыми лучами 30
1.4 Обработка семян электрическим полем 35
1.5 Выявление оптимальных параметров физических воздействий на посевной материал 42
2. Методы и условия проведения исследований
2.1 Климатические и почвенные условия проведения опытов 45
2.2 Методика и агротехнические условия проведения опытов 52
3. Экспериментальная часть
3.1 Влияние постоянного магнитного поля и теплового обогрева на качество посевного материала яровой пшеницы 61
3.2 Полевая всхожесть и формирование стеблестоя из семян, обработанных физическими воздействиями 94
3.3 Влияние физических факторов на урожайность яровой пшеницы 97
3.4 Структура урожая яровой пшеницы 104
3.5 Корреляционная связь между оценочными показателями качества семян и урожайностью яровой пшеницы 110
3.6 Изучение последействия от предпосевной обработки семян на их качество 116
4. Биоэнергетическая и экономическая эффективность предпосевной обработки семян воздействием физическими факторами
4.1 Биоэнергетическая оценка 123
4.2 Экономическая эффективность 125
5. Выводы 129
6. Предложения производству 132
Список литературы 133
Приложения 146
- Обработка семян ультрафиолетовыми лучами
- Климатические и почвенные условия проведения опытов
- Влияние постоянного магнитного поля и теплового обогрева на качество посевного материала яровой пшеницы
- Экономическая эффективность
Введение к работе
Развитию сельскохозяйственного производства в нашей стране необходимо уделять постоянное внимание. В области дальнейшего развития сельскохозяйственного производства поставлены огромные задачи. Основными задачами агропромышленного комплекса являются достижение устойчивого роста сельскохозяйственного производства, надежное снабжение населения продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем. Чтобы выполнить эти задачи, необходимо использовать все достижения науки.
При возделывании сельскохозяйственных культур большое внимание уделяется качеству посевного материала, а оно по многим причинам часто хуже, чем бы этого хотелось. В условиях Зауралья в отдельные годы трудно получить хорошее качество посевного материала. Всхожесть, сила роста существенно снижаются при наливе и формировании зерна из-за неблагоприятных погодных условий: нередко осенние дожди не дают возможности вовремя убрать хлеб и зерно теряет свои посевные качества из-за излишней влажности, пораженности микроорганизмами и других неблагоприятных воздействий.
Повышение качества семян возможно как за счет совершенствования технологии их выращивания, так и путем улучшения посевного материала в системе его предпосевной подготовки. Однако из большого числа предлагаемых способов обработки семян перед посевом в производстве используются лишь отдельные из них. Причиной этого является недостаточная изученность приемов, опасность загрязнения окружающей среды, нестабильность положительного эффекта, сложность технологического процесса обработки семян.
Наибольший интерес в связи с этим представляют физические способы воздействия на семена, обладающие широким спектром действия и имеющие ряд преимуществ перед традиционными способами предпосевной подготовки.
Физические методы воздействия на семена вызывают большой интерес, поскольку имеют целый ряд преимуществ (небольшие энергетические затраты, широкий спектр воздействия), однако с целью выявления и уточнения оптимальных параметров требуется дальнейшее продолжение исследований.
Несмотря на многочисленные исследования, показывающие положительное влияние физических воздействий на посевные качества семян, в сельскохозяйственном производстве эти способы не находят широкого применения. Причины эти многочисленны. Самый главный недостаток физических воздействий - нестабильность получаемой прибавки урожайности, по годам она может колебаться от 0 до 0,5 т с га.
Обработка семян ультрафиолетовыми лучами
Ультрафиолетовые лучи представляют собой мощный фактор воздействия на растительные организмы. Своеобразное действие ультрафиолетовой радиации давно привлекало внимание исследователей. Причиной столь пристального внимания к ультрафиолетовым лучам являлась их необычайно высокая реактивность, намного превосходящая эффективность лучей видимого спектра. Углубленные исследования позволили сделать вывод, что основой многообразных ответов организма на воздействие ультрафиолетовой радиации является наличие большого числа органических соединений, активно поглощающих ультрафиолетовые лучи [30].
Под влиянием ультрафиолетовой радиации происходит изменение митотической активности в меристеме корешков, сказывается ультрафиолетовое облучении на синтезе белка и нуклеиновых кислот. Степень изменения во многом определяется экспозицией [46].
Наибольшей проницаемостью в области ультрафиолета обладают оболочки семян ржи и пшеницы, за ними следуют оболочки семян овса, гороха и огородных культур. Можно считать, что оболочки семян кукурузы практически непроницаемы для ультрафиолета, так как их коротковолновая граница пропускания лучистого потока определяется участком 370-385 нм [94].
На основе аналитического рассмотрения биологических эффектов от воздействия ультрафиолетового и всех видов электромагнитного поля, сделан вывод, что, они вызывают сходные биологические ответные реакции. Эти реакции включают образование свободных радикалов активности ферментов, а также хромосомные нарушения, стимуляцию и ингибирование роста и развития, имеется специфический и общий механизм [31].
Обработка семян зерновых культур ультрафиолетовыми лучами позволяет повысить их посевные качества, о чем свидетельствуют научные данные, полученные многими исследователями [43]. При этом повышение лабораторной всхожести семян зерновых культур колеблется от 2 до 10%. Обнаружена возможность повысить не только лабораторную всхожесть семян, но и удлинить срок, в течение которого сохраняется их кондиционность [16].
А.Н. Юрченко отмечает, что под действием ультрафиолетовой радиации увеличивается энергия прорастания на 15-29%, на 15-20% повышается всхожесть. Всходы из облученных семян яровой пшеницы появились на 2-3 дня раньше и были более выровненными [95]. Наряду с экспериментами, отмечающими повышение лабораторной всхожести семян за счет предпосевного облучения [57] встречаются исследования, констатирующие слабую ответную реакцию обработанных семян [53, 92].
За счет облучения семян ускоряются метаболические процессы, благоприятно сказывающиеся впоследствии на растениях, выросших из обработанных семян. Обработка семян ультрафиолетовыми лучами способствует появлению более ранних и крепких всходов, помогает растениям в большей степени реализовать присущий им уровень продуктивности или, как принято говорить, создать прибавку урожайности на данном агротехническом фоне. Одновременно отмечается, что у опытных растений водный дефицит становится меньше, чем у выросших из необработанных семян, Уменьшение дефицита указывает на повышение засухоустойчивости растений
У растений, выросших из облученных семян рост и другие морфологические характеристики подвергаются заметным изменениям. Облучение семян в течение 5 мин. оказывало стимулирующее действие на увеличение общей массы листьев. Семена, облучавшиеся 10 мин., давали в впоследствии более высокие растения с большими листьями и значительно более развитой корневой системой. При этом в равной степени ускорялось развитие листовой поверхности и цветов, хотя цветение и созревание не в столь большой мере затрагивались при таком облучении. Растения, облучавшиеся 20 мин. настолько быстро переходили к репродуктивной фазе, что не успевали развить обычное число листьев и стеблей. При таких больших дозах облучения растения созревают на неделю раньше и дают плохой урожай зерна и листовой массы [29].
Для практического использования ультрафиолетовых лучей необходимо учитывать некоторые специфические особенности его действия на семена. Облучение семян высокого класса заметного положительного влияния обычно не оказывает, энергия прорастания и всхожесть семян останется на уровне контроля, но и в таких семенах обработка ультрафиолетовыми лучами не проходит бесследно, так как лучше развивается вегетативная масса, ускоряется рост растений [36].
Ультрафиолетовое облучение дает положительный эффект при обработке семян второго и третьего класса и может оказаться весьма действенным способом повышения всхожести и энергии прорастания. В частности, облучение может иметь большое значение для сельского хозяйства восточных областей России, где особенно необходимо решать проблему низкой всхожести семян [15, 87].
В практике сельскохозяйственного производства в качестве предпосевной обработки семян ультрафиолетовое облучение является весьма эффективным приемом. Наряду с повышением всхожести, энергии прорастания обеспечивается стерилизация поверхности семян, а при некоторых режимах обработки и гибель заразных начал внутри зерна [35].
Ультрафиолетовые лучи, обладающие довольно мощным воздействием на живой организм, можно использовать для защиты от патогенных грибов, насекомых, вредителей. В ряде работ отмечается благотворное влияние облучения на снижение заболеваемости растений [18].
Создание устройств для предпосевной обработки семян ультрафиолетовыми лучами не менее сложный процесс, чем для других способов воздействия. Среди многочисленных требований одно из главных -равномерность облучения посевного материала.
Климатические и почвенные условия проведения опытов
Положение Курганской области в глубине огромного континента предопределяет ее климат как резко континентальный. Уральские горы препятствуют прохождению влажных и теплых воздушных масс с Атлантического океана, чем усиливают континентальность климата. Юїимат характеризуется продолжительной, малоснежной зимой со значительными понижениями температуры и частыми метелями, коротким, но жарким летом. В течение вегетационного периода наблюдается возврат холодов и частые засухи.
Средняя температура января (самого холодного месяца в году) равна минус 17-19С, абсолютный минимум достигает минус 45С. Низкие температуры бывают преимущественно в январе, феврале, реже в декабре. Переход среднесуточной температуры воздуха через 0С происходит по всей территории области в начале второй декады апреля. В конце месяца отмечается переход через 5С. Самый теплый месяц в году июль, средняя температура июля +19С. Абсолютный максимум равен +41 С.
Переход среднесуточной температуры воздуха через + 5С осенью наблюдается в середине первой декады октября. В конце октября и начале ноября по всей области происходит интенсивное понижение температуры воздуха. Продолжительность теплого периода со среднесуточной температурой воздуха выше 0С составляет 192 - 196 дней. Последние заморозки весной на юге области кончаются в середине мая, а на северо-востоке области - в конце мая. Первые заморозки начинаются в первой декаде сентября, за исключением северо-востока области. Продолжительность безморозного периода в среднем по области составляет 100 - 120 дней. Годовая сумма осадков на севере области составляет 400 мм, на юге количество осадков не достигает 300 мм, в центральных районах области - 350 мм. Минимальное количество осадков отмечается в феврале (10 - 15 мм), максимальное в июле (60 — 75 мм). Такое распределение осадков в отдельные годы нарушается и максимум осадков сдвигается либо на осенние месяцы, либо на весенние.
На рост и развитие растений существенное влияние оказывает относительная влажность воздуха в дневное время, когда она близка к минимуму и испарение наиболее интенсивное. Относительная влажность воздуха ВІЗ часов имеет пониженное значение с апреля по сентябрь. Особенно низкая относительная влажность наблюдается в мае (35 - 45 %) и в июне (40 -50 %). В этот период наблюдается и наибольшее количество суховейных дней, когда относительная влажность воздуха равна 30 % и менее.
Устойчивый снежный покров на севере области образуется в конце первой декады ноября, на юге в конце второй декады ноября. Средняя продолжительность периода со снежным покровом 150 — 160 дней. Сходит снег в конце второй декады апреля. В отдельные годы сход снежного покрова отмечается в конце марта. Территория области разделена на три агроклиматические района в связи с различными климатическими условиями роста, развития, перезимовки растений и особенностями сельскохозяйственного производства. Район 1. Умеренно теплый, незначительно засушливый. Занимает северную, северо-западную, северо-восточную часть области. Район 2. По влагообеспеченности разделен на два подрайона и занимает центральную, западную и юго-восточную часть области. Район 3. Юго-западный - наиболее теплый, засушливый. Сумма положительных температур за период с температурой выше 10 С колеблется от 2100С до 2200С. ГТК изменяется в пределах 0,8 - 1,0. Количество осадков за теплый период равно 175 - 200 мм. Продолжительность безморозного периода 110 — 125 дней. Лето жаркое, средняя месячная температура воздуха в июле 18,5 С - 19,5 С: зима холодная, средняя максимальная высота снежного покрова за зиму в поле равна 23 см [1]. Ведущая роль в формировании урожайности культурных растений отводится водному режиму и на это есть веские основания. На территории Западной Сибири нередки засухи, суховеи. Как правило, один год из 10 бывает сильно засушливым. Вопрос о влажности почвы представляет собой один из важнейших в земледелии. Все другие условия для урожая имеют случайный характер и только влажность почвы определяет причину значительных колебаний урожаев целых стран [58]. Годовые осадки определяют общий уровень увлажнения территории, но не дают полной характеристики возможности получения стабильной продуктивности. Для роста и развития мятликовых культур первостепенное значение имеет влагообеспеченность весенне-летних месяцев. Достаточное количество осадков в мае дает возможность получить дружные всходы и тем самым предопределить уровень последующей продуктивности. Тепловой фактор имеет немаловажное значение и часто ставит предел в районировании растений. Взаимодействие растений с климатическими параметрами осуществляется по определенным законам, нарушение которых приводит к гибели растений. Закон незаменимости факторов внешней среды предполагает снабжение растений водой, теплом, светом и т. д. в необходимом количестве и оптимальном сочетании.
Однако роль теплового фактора заключается не только в сохранении общего теплового режима, но и конкретного воздействия в процессе вегетации, что практически не учитывается и объясняется сложностью проведения данного анализа и отсутствием обоснованного научного подхода к проблеме. Наличие информации о теплообеспеченности позволяет скорректировать сортовой состав яровой пшеницы и одновременно подготовиться к предстоящим более жестким условиям ее возделывания [52].
Погодные условия имеют значительную и часто решающую роль в определении урожайности мятликовых культур. Следовательно, очень важно установить влияние сложившихся метеорологических условий в вегетационный период на рост и развитие растений.
Весна 2002 года была холодная и затяжная. Среднемесячная температура воздуха за апрель и май ниже нормы на 1-3. Май был холодным и дождливым. Среднесуточная температура составила 11,2С, осадков выпало 79,5 мм, что затормозило появление всходов.
В июне среднемесячная температура составила 15,4С, количество осадков было больше нормы. Июль характеризовался неустойчивой температурой: в первой декаде она составила 21,0С, во второй - 15,6С, в третей - 19,8С. Сумма осадков составила 26,7 мм. В августе количество осадков увеличилосьо 88,2 мм.
Влияние постоянного магнитного поля и теплового обогрева на качество посевного материала яровой пшеницы
Сложность изучения влияния физических воздействий на посевной материал сельскохозяйственных культур заключается как в многообразии функциональных изменений в процессах жизнеспособности прорастающих семян, так и неоднозначной ответной реакции растительных организмов.
. Подготовленный и доведенный до посевных кондиций посевной материал в любом случае представляет сложную популяцию, состоящую из относительно сильных и слабых семян, травмированных и нетравмированных. При этом у каждой зерновки по-своему работает ферментативный аппарат и все системы, обеспечивающие рост и развитие. И на этом многообразии сложнейших и часто взаимоисключающих физиологических процессов мы пытаемся имеющимися средствами улучшить качество семян и оценить сложившуюся ситуацию от взаимодействия многих переменных несколькими существующими методами анализа. Задача эта очень сложная и по многим пунктам в настоящее время практически не разрешима.
Отмечены многочисленные случаи, когда свежеубранные семена некоторых растений в стандартных условиях проращивания не дают дружного прорастания и требуют для его проявления иных условий или особой предварительной обработки. Таким образом, жизнеспособными считаются семена, способные прорастать при неблагоприятных условиях, если будет снято любое состояние покоя.
П.П. Кулешов [22] выделяет следующие методы определения жизнеспособности семян: 1. Проращивание при пониженной или резко переменной температуре. 2. Проращивание при обычных условиях, установленных для определения всхожести, но с предварительной обработкой семян путем подсушивания, удаления оболочек с зародыша, скарификации, обработки серной кислотой. 3. Биохимические методы. 4. Физиологические методы. Тетразольный метод определения жизнеспособности семян, является наиболее распространенным, и был взят в качестве стандарта. Физические воздействия чаще всего вызывают изменения в работе ферментативного аппарата, в частности амилазы. Амилазы при нормальном прорастании семян гидролизуют крахмальные зерна, расщепление сопровождается образованием мальтазы и постепенным изменением крахмальных зерен: они как бы разъедаются ферментами и теряют свои первоначальные очертания.
Скорость расщепления амилазами крахмала изменяется в зависимости от интенсивности прорастания семян, и это может быть определено с помощью йода в йодистом калии. Чем интенсивнее работает фермент амилаза, тем сильнее разлагается крахмал и слабее на поверхности зерна темная окраска йода (табл. 3).
Жизнеспособность семян, определенная с помощью йода в йодистом калии свидетельствует об изменении работы фермента амилазы под влиянием применяемых физических обработок. В большей степени усилению разложения амилазой крахмала способствовала обработка магнитным полем. Здесь практически во всех семенах разлагается крахмал, что свидетельствует о включении данной группы ферментов в работу под воздействием магнитного поля.
В сельскохозяйственной литературе чаще всего называется четыре фактора, определяющих уровень энергии прорастания и всхожести обработанных магнитным полем семян: величина магнитной индукции, частота пульсации магнитного поля, время воздействия и выдержки семян с момента обработки. Взаимосвязь этих факторов, наложенная на неопределенное качество посевного материала, дает огромный разброс в оценке положительной или отрицательной роли магнитной обработки семян. Однако в сельскохозяйственной литературе практически нет сведений о влиянии неоднородного и однородного магнитных полей. Теоретически данный факт не четко обоснован, но с практической точки зрения это дает положительный или отрицательный эффект.
Оценочным показателем качества посевного материала является всхожесть семян. При определении всхожести устанавливают энергию прорастания семян и массу ростков, которые характеризуют отдельные функции растительного организма, развиваются независимо друг от друга, но в сумме характеризуют потенциальную всхожесть семян (табл. 4).
Экономическая эффективность
Растениеводство — одна из главных отраслей сельского хозяйства, которая включает возделывание сельскохозяйственных культур. Основные задачи предприятий, занятых возделыванием зерновых культур и полеводством в целом, заключается в получении прибыли, выполнении договорных обязательств по реализации продукции и обеспечении кормами животноводства. Одновременно решается задача улучшения качества продукции, что оказывает определенное влияние на рентабельность производства [93].
Не каждый агротехнический прием, дающий прибавку в урожае, является экономически эффективным. Целесообразность его применения обеспечивается в том случае, если он наряду с высокой прибавкой урожая дает высокую окупаемость затраченных средств.
Производство любого вида продукции сопряжено с затратами на средства производства и оплату труда. Денежное выражение этих затрат представляет собой себестоимость продукции. Почвенно-климатические, организационно-хозяйственные условия производства и реализации продукции в различных хозяйствах неодинаковы, поэтому каждое предприятие, а внутри него и каждое подразделение, производят продукцию с индивидуальной себестоимостью. Она показывает, во что обходится данному предприятию производство и реализация той или иной продукции. Чем меньше средств затрачено на ее производство, тем ниже себестоимость, тем, при прочих равных условиях, выше размер прибыли, эффективнее производство. Вот почему перед каждым производственным коллективом стоит задача - увеличить производство продукции при одновременном снижении ее себестоимости.
Осуществление ряда агротехнологических мероприятий или не требует непосредственно дополнительных затрат, или даже способствует экономии материально-денежных затрат на единицу земельной площади. Однако в любом конкретном случае, даже если проведение того или иного приема не связано с дополнительными затратами, но дает прирост урожая, требуются дополнительно затраты на его уборку, транспортировку, первичную подработку и хранение.
Оценка эффективности различных агротехнологических приемов выращивания сельскохозяйственных культур проводится по общепринятым экономическим показателям. Полученные результаты сравнивают между собой, при этом один из вариантов опыта принимается за контроль [64].
Экономический эффект применения предпосевной обработки семян физическими факторами складывается за счет увеличения выхода продукции с 1 га, улучшения ее качества, а также изменения производственных затрат на единицу площади по сравнению с контролем. При этом учитываются дополнительные затраты на предпосевную подготовкупо стоимости семян, а также затраты на уборку, транспортировку, первичную подработку и хранение дополнительной продукции по анализируемым вариантам (табл. 32).
Основой для расчета материальных и трудовых затрат на производство продукции, а также дополнительных затрат, связанных с проведением агромероприятий, являются нормативные технологические карты установленного образца (прил. 16). К прямым затратам материально-денежных средств на основе технологических карт, прибавляются общепроизводственные и общехозяйственные расходы, умножением их норматива на сумму прямых затрат по яровой пшенице. Производственные затраты на 1 га. Производственные затраты на 1 ц равны производственные затраты на 1 га минус 8% (солома) и деленное на урожайность Стоимость продукции исчисляется произведением цены реализации на урожайность 1 ц. зерна. Условный чистый доход на 1 га рассчитывается как разница между стоимостью продукции и производственными затратами на 1 га. Условный чистый доход на 1 ц рассчитывается отношением условного дохода с 1 га на урожайность. 2942/19,3=152,4 руб. Окупаемость определяется отношением стоимости продукции к производственным затратам. 5790/2942=2,03 руб. В среднем за годы исследования самая высокая урожайность была получена на вариантах: обогрев с теплоносителем - 23,9 ц/га, С-Ю - 3 минуты - 22,8 ц/га, Ю-Ю - 5 минут - 22,2, на контроле - самая низкая - 19,8 ц/га, соответственно. Это объясняет более высокие производственные затраты на 1 ц зерна контрольного варианта. Условный чистый доход с единицы площади на контроле составил 2942 рубля, по вариантам с обработкой этот показатель выше: от 3137 до 4232 рубля. Окупаемость производственных затрат возрастает при обогреве с теплоносителем (2,44 рубля), при обработке семян магнитным полем С-Ю - 3 минуты (2,34 рубля), Ю-Ю - 5 минут (2,29 р.).
