Содержание к диссертации
Введение
CLASS Глава 1. Литературный обзор CLASS 7
1.1. Агроэкологические аспекты современного семеноводства 7
1.2. Анализ методов оценки семян 10
1.3. История методики оценки проростков 12
1.4. Изменчивость, разнокачественность семян 15
1.5. Лабораторная оценка посевных свойств семян 22
1.6. Методы оценки урожайных свойств 28
CLASS Глава 2. Материал, методы исследования и условия проведения опытов CLASS 37
2.1. Почвенно-климатические условия проведения опыта 37
2.2. Материал и методика проведения опытов 41
2.3. Агротехника в опыте 46
2.4. Фенологические наблюдения и учет 48
2.5. Метеорологические условия в годы проведения опытов 49
CLASS Глава 3. Результаты исследований CLASS 52
3.1. Анализ семенных фондов Челябинской и Курганской областей 52
3.2. Влияние посевных свойств партий семян и органов их проро-стков на урожайность яровой пшеницы 57
3.3. Влияние взаимодействия «генотип - среда» на параметры органов проростков 66
3.4. Отбор высокоурожайных партий семян по органам проростков 74
CLASS Глава 4. Экономическая эффективность CLASS 83
Выводы 87
Предложения производству 89
Список использованной литературы 90
Приложения 102
- История методики оценки проростков
- Почвенно-климатические условия проведения опыта
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Влияние посевных свойств партий семян и органов их проро-стков на урожайность яровой пшеницы
История методики оценки проростков
Физиология и морфогенез формирования семян злаковых хлебов в общих чертах были изучены еще в прошлом веке и в начале текущего столетия. По работам того периода (Ноббе, 1876) очевидно, что целью определения всхожести на данном этапе, было установление практической ценности семян в обычных условиях, а не их способности к прорастанию лишь при наиболее благоприятных условиях, считалось, что достаточным критерием всхожести при посеве семян на искусственных субстратах было появление корня, а при посеве семян в песок - появление ростка на поверхности. Однако на ранних стадиях сравнительных испытаний часто наблюдалась огромная разница между результатами контрольно-семенных станций, которые проводили только лабораторные определения всхожести, и результатами других, которые проращивали семена также и в почве при благоприятных условиях. Эти расхождения не были значительными у образцов, которые давали одинаково сильные проростки. Они наблюдались в основном у образцов, которые были ниже среднего либо по доли появившихся проростков, либо по времени?кото-рое требовалось для прорастания, либо по относительному развитию проростков. В частности, отмечались трудности в объяснении результатов испытаний, проводившихся со старыми семенами пониженной жиз 61-1360013 (2281x3407x2 tiff) неспособности, которые давали водянистые или едва прорывающие семенную оболочку проростки. В этих случаях не проводилось четкого разграничения между семенами, которые считались проросшими, и такими, которые не считались проросшими, поскольку некоторые ткани оставались физиологически живыми спустя долгое время после того, как снижалась энергия прорастания, необходимая для развития нормального растения в обычных условиях. (Wellington, 1968).
При испытании на искусственных субстратах аналитики должны были в большей мере пользоваться личным мнением в оценке таких проростков, поскольку все стадии развития могли быть на лицо, в то время как при посеве семян в почву большинство проростков с пониженной жизнеспособностью погибало, и этим обеспечивалось лучшее разграничение и более точная оценка посевных качеств семян (Brown, Toole, 1938, Brown, 1946,).
Первая попытка добиться единообразия в оценке проростка была сделана при испытании образцов красного клевера. В результате которой, были предложены критерии нормальных и анормальных проростков (Sebelin, 1929; Franck, 1929).
Далее, в ряде долгосрочных опытов проводилось сравнение между результатами лабораторных определений всхожести различных типов семян сельскохозяйственных культур и укоренением проростков в полевых условиях (Stahl, 1931). Были вычислены коэффициенты корреляции между процентом всхожести, основанным либо на числе семян, имеющих только выступающий корешок, независимо от последующего развития проростка, либо на числе проростков, которые классифицировались как нормальные, и полевой всхожестью, основанной на подсчете растений после фазы всходов.
Международный конгресс по определению качества семян в 1931 году окончательно одобрил предложения для Международных правил, в которых говорилось, что цель определения всхожести - выявление способности семян образовывать нормальные проростки, способные к продолжительному росту в почве при благоприятных условиях.
Было решено, что большинство повседневных определений всхожести семян следует и дальше проводить на искусственных субстратах в лаборатории, учитывая легкость их проведения, быстроту и единообразие стандартизации внешних условий. Но каждый проросток, развивающийся в этих условиях, следует оценивать или как нормальный (семя проросло), либо как анормальный или мертвый (семя не имеет ценности). Важное значение придавалось наличию тесной корреляции между процентом проростков, классифицированных как нормальные в лабораторных испытаниях, и долей семян, которые были способны образовывать растения при высеве в благоприятных условиях в поле. Этот принцип был принят в Международных правилах как свидетельство увеличения знаний по морфологии проростков, по испытаниям в почве и корреляцией между результатами лабораторной и полевой всхожести. Это сделало возможным все большее уточнение и детализацию определенных требований к оценке проростка для того, чтобы уменьшить расхождение, вызванное субъективным мнением, которое может быть у разных аналитиков, и позволило сделать эти требования обязательными, как предписания, с целью уменьшения расхождений в методах, применяемых различными станциями, которые выдают международные сертификаты (Веллингтон, 1973).
Таким образом, исторический путь возникновения и развития основы оценки посевного материала - Международных правил определения качества семян свидетельствует о том, что основной целью методик анализов является выявление способности семян образовывать нормальные проростки, способные к продолжительному росту в почве, определяемой на основании показателя лабораторной всхожести. В свою очередь показатель лабораторной всхожести показывает процент семян, давших проростки, способные образовывать нормальное растение при проращивании в стандартизированных условиях субстрата, влажности и температуры, чтобы гарантировать воспроизводимось результата (Стро-на, 1966; Овчаров, 1976). Его надежность для определения, как посевной ценности, так и воспроизводимости для промышленных целей зависит от степени поддержании условий среды, окружающей семена, на уровне, оптимальном для быстрого и дружного появления всходов и развития проростков до стадии, на котором их состояние может быть правильно оценено (Фирсова, 1969).
Почвенно-климатические условия проведения опыта
Экспериментальная работа была выполнена в Институте агроэкологии - филиале Челябинского Государственного агроинженерного университета в 1999-2001 гг.
Землепользование Института агроэкологии расположено в Красноармейском районе, находящемся в северной лесостепи Челябинской области. Климат зоны характеризуется умеренно теплым вегетационным периодом. Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет в среднем 2200-2300С. Этот период продолжается 120-130 дней - с 9-10 мая до 15-20 сентября. Однако безморозный период заметно короче - 100-110 дней.
Осадков за период активной вегетации растений выпадает в пределах 240-250 мм. Влагозапасы в метровом слое почвы к моменту посева зерновых культур бывают, как правило, достаточными - 140-170 мм. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) в весенне-летний период составляет 1,2-1,4.
Все сорта основных зерновых культур в данной зоне обеспечены теплом.
Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября, достигает 30-40 см и сохраняется 150-160 дней. Он обеспечивает благоприятные условия перезимовки озимых культур.
Влагообеспеченность и теплообеспеченность участка определяют потенциальные биологические ресурсы. Климатические ресурсы позволяют получать потенциальный урожай зерновых 50-55 ц/га.
Рельеф землепользования представляет собой слабоволнистую равнину. Небольшие повышения чередуются плоскими депрессиями. Склоны пологие, иногда с развитым микрорельефом в виде мелких бугров и западин.
Залесенность составляет 22 %. Леса представляют собой крупные массивы на равнинных участках. Древесная растительность представлена такими породами, как береза, осина, сосна; кустарниковая - вишня, шиповник, боярышник, ракитник; травянистая представлена типчаково-ковыльными разнотравными группировками (подмаренник, лапчатка гусиная, тысячелистник, подорожник и др.). Средняя высота травостоя 30-35 см, в более влажные годы до 60 см, густота покрытия 60-70 %, урожайность сухой массы 6 ц/га.
В почвенном покрове опытного поля института господствует чернозем выщелоченный.
У черноземов выщелоченных прослеживается различная степень развития иллювиального горизонта и глубины залегания карбонатов. Механический состав черноземов выщелоченных зависит от их генезиса и состава почвообразующих пород. Чернозем выщелоченный опытного поля имеет тяжелосуглинистый механический состав (таблица 1), благоприятный для большинства сельскохозяйственных культур.
Очень важное значение имеет соотношение песчаных, пылеватых и илистых частиц. Установлено, что 48 % фосфатов (Антипина и др., 1988) находятся в тонкодисперсной илистой фракции, 37-41 % - в пылеватых частицах.
Изучение распределения калия по фракциям механического состава почвы показало, что в илистых фракциях содержится 2,64-2,74 % калия, тогда как в частицах 0,01-1,10 мм значительно меньше - 1,34-1,39 % .
Черноземы выщелоченные опытного поля, как показывает таблица 1, с достаточно высоким содержанием илистой фракции, то есть частиц менее 0,001 мм, поэтому имеют благоприятное для сельскохозяйствен 61-1360039 (2275x3403x2 tiff) ных культур сложение и общую пористость биологически активного слоя 57-60 %, то есть такую, которая обеспечивает оптимальный воздушно-водный режим. Объемная масса пахотного слоя колеблется в пре-делах 1,06-1,25 г/см . Устойчивость сложения обусловлена высоким содержанием водопрочных агрегатов более 0,25 мм.
Физико-химические свойства почвы оцениваются по показателю кислотности почвы и составу обменных оснований. Как видно из таблицы 1, выщелоченный чернозем опытного поля в пахотном горизонте имеет слабокислую реакцию (рН сол. 5,38). Степень насыщенности основаниями превышает 90 %. В составе поглощенных катионов преобладает кальций.
Отличительной особенностью почвы опытного поля является сравнительно высокое содержание гумуса в пахотном слое - 7,6 % (таблица 1). Его запас в почвенном профиле составляет 475 т/га, что свидетельствует об устойчивом гумусовом состоянии пахотных черноземов выщелоченных.
Определение содержания и запаса в почве азота подтверждает известную связь между количеством в почвах этого элемента и гумуса. Черноземы выщелоченные на опытном участке обладают высоким содержанием азота, как и гумуса. Мощность гумусового горизонта 20-40 см и иногда достигает 70 см, содержание гумуса 5-8 %. Со снижением содержания гумуса вниз по профилю почв следует соответственно снижение содержания азота. В пахотном слое азота содержится 0,26 % или 7,8 т/га. Однако только 3,1-4,3 % этого количества приходится на легко-гидролизуемую фракцию, которая наиболее доступна для растений (Синявский, 1998).
Метеорологические условия в годы проведения опытов
Исследования проводились в течение 1999-2001 гг. путем постановки лабораторных и полевых опытов на кафедре семеноводстве и опытном поле Института агроэкологии.
Годы выращивания семян характеризовались определенными отклонениями от средних многолетних показателей.
Гидротермические условия 1999 года (таблица 4) в целом были благоприятными для роста и развития зерновых культур. Период вегетации отличался высокой теплообеспеченностью с достаточным увлажнением. Одной из наиболее отклоняющихся, от средних многолетних показателей, была I декада мая (время посева), характеризующаяся на фоне несколько пониженной температуры более высоким показателем выпавших осадков.
В остальном, вегетационный период в 1999 году имел незначительные отклонения от средних многолетних показателей как в температурном, так и водном режимах, что отразилось на достаточно высоком урожае зерновых культур во всех вариантах опыта.
Гидротермические условия 2000 года в целом были неблагоприятны для роста и развития зерновых культур. За весь вегетационный период выпало большое количество осадков на фоне низких температур. В мае наблюдалось наибольшее количество осадков при низкой температуре воздуха. В результате этого сроки подготовки почвы к посеву и сам по сев сместились на более поздние сроки, что отрицательно отразилось на урожайности пшеницы. Период формирования зерна на материнском растении также характеризовался выпадением большого количества осадков на фоне пониженных температур, что способствовало формированию щуплого зерна с низкими показателями посевных и урожайных свойств.
Метеорологические условия 2001 года характеризовались как засушливые. Период посев - всходы характеризовался отсутствием осадков, что отразилось на длительности и дружности появления всходов.
Период формирования зерна на материнском растении характеризовался умеренным выпадением осадков, что позволило сформировать растениям, особенно среднего срока сева, зерно с удовлетворительными показателями посевных, урожайных свойств и хороших технологических качеств.
Влияние посевных свойств партий семян и органов их проро-стков на урожайность яровой пшеницы
Для решения возникшей проблемы низкокачественных семенных фондов и низкой урожайности зерновых культур в области (где доля яровой пшеницы более 60 %) необходимо установление зависимости показателей посевных качеств семян ГОСТ 12038-84 и способности формирования ими высокой урожайности посевов. Для осуществления этого необходимо установить, могут ли показатели лабораторной оценки семян являться критериями их урожайных свойств.
Для выяснения этого на основе существующих методов была проведена оценка посевных свойств семян реестрового сорта яровой пшеницы в Уральском регионе - Эритроспермум 59 I, II и III класса посевного стандарта. Определение посевных свойств семян проводилось согласно ГОСТ 12038-84.
Анализ полученных данных (таблица 8, приложение 2) свидетельствуют о том, что показатели, используемые для оценки посевных свойств семян, как всхожесть, так и энергия прорастания не в состоянии дать объективную оценку партии семян с позиции ее урожайных свойств (определить урожайный потенциал партии), что ставит под сомнение возможность проведения отбора партий для посева, используя только данные показатели. Так, партии семян, имеющие наивысшие показатели всхожести и энергии прорастания, соответственно относящиеся к I классу посевного стандарта, не смогли показать достоверных различий по урожайности относительно партий семян II и III класса посевного стандарта (рисунок 1). Об этом также свидетельствуют результаты дисперсионного анализа.
Следовательно, для оценки урожайных свойств семян необходимы другие показатели, дающие оценку уровню будущей урожайности возделываемых сортов через семена.
По исследованиям Ю. С. Ларионова (1992, 1998, 2000 и др.) в качестве таких показателей, в первую очередь, целесообразно использовать органы проростков, степень развития которых характеризует биологическую полноценность семян.
Проведенные исследования степени развития и уровня варьирования (1999...2001) органов проростков партий семян яровой пшеницы Эрит роспермум 59 на урожайность посевов (рисунок 2) показали, что наиболее высокоурожайные партии характеризуются большей величиной органов проростков независимо от класса семян, в сравнении с семенами партий обладающих низким урожайным потенциалом (таблица 9, приложение 2), о чем свидетельствует наименьшая существенная разность достоверности различий средних по длине ростка, длине колеоптиля, длине корешка, числу корешков.
Результаты изменчивости параметров органов проростков (таблица 10, приложение 2), также свидетельствуют о меньшем уровне варьирования более урожайных партий семян по всем органам относительно менее урожайных. При этом различии по варьированию отдельных органов (длина ростка, длина корней) достигает 12-13 %.
При этом необходимо отметить, что по уровню варьирования органов проростка распределяются по убывающей в следующем порядке: наиболее сильно варьирующими являются показатели длины ростка и длины корней, далее следует показатель длины колеоптиля и наименьшим варьирующим показателем является число корешков проростка.
Таким образом, данные морфофизиологического анализа семян (величина органов проростков за 8 суток их проращивания) позволяют вскрыть закономерности изменчивости органов проростков различных по урожайности партий семян сорта яровой пшеницы Эритроспермум 59.
Анализ структуры полученного урожая в процессе репродукции анализируемых партий семян (таблица 11) свидетельствует о значительной роли в формировании урожайности продуктивной кустистости и продуктивного стеблестоя растений яровой пшеницы. Так, партии семян, обладающие более высоким урожайным потенциалом, смогли сформировать большее количество продуктивных растений с более высокой кустистостью. Это является, как следствием более высокой полевой всхожести за счет прорастания большего количества семян данных партий с глубины посева в конкретных агроэкологических условиях в течение трех лет исследований, так и большей выживаемости всходов во время всего периода вегетации до уборки (таблица 12). Данный факт свидетельствует о более высокой приспособляемости (экологической пластичности) партий семян обладающих более высоким урожайным потенциалом.
