Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние изученности вопроса (обзор литературы) 10
1.1. Доля гороха и сои в структуре посевных площадей лесостепи Поволжья, их урожайность 10
1.2. Биологическая фиксация азота воздуха и необходимые условия для ее активизации 12
1.3. Антагонизм минерального и симбиотического азота 26
1.4. Предпосевная обработка семян микроэлементами и регуляторами роста как фактор повышения симбиотической активности и продуктивности гороха и сои 30
1.5. Физиолого-биохимическая роль молибдена и марганца в метаболизме растений 38
Заключение по главе 43
2. Почвенно-климатические условия лесостепи Поволжья и методика исследований 46
2.1. Почвенный покров и его агрохимическая характеристика 46
2.2. Метеорологические условия 49
2.3. Методика исследований 53
3. Влияние предпосевной обработки семян гороха и сои микроэлементами и пектином на показатели их прорастания и морфологию корневой системы 59
Заключение по главе 72
4. Эффективность спонтанных и заводских штаммов клубеньковых бактерий гороха и сои 73
4.1. Рост и развитие растений 75
4.2. Симбиотическая деятельность растений гороха и сои при инокуляции активным штаммом ризобий 78
4.3. Фотосинтетическая деятельность агроценоза гороха и сои в зависимости от инокуляции активным штаммом ризобий 91
4.4. Влияние активности ризобий на биохимический состав гороха и сои 101
4.4.1. Содержание элементов минерального питания в растениях 101
4.4.2. Потребление растениями элементов минерального питания и вынос единицей урожая 106
4.4.3. Источники азота в питании растений гороха и сои ПО
4.4.4. Качество урожая семян гороха и сои 116
Заключение по главе 118
5. Антагонизм минерального и симбиотического азота в питании гороха 120
5.1. Действие азотных удобрений и некорневых подкормок ЖКУ на активность симбиотического аппарата гороха 120
5.2. Показатели фотосинтетической деятельности агроценоза гороха в зависимости от типа азотного питания 125
5.3. Влияние минеральных азотных удобрений и некорневых подкормок ЖКУ на динамику питательных веществ в растениях гороха 130
Заключение по главе 135
6. Влияние уровня обеспеченности макро-и микроэлементами и инокуляции активным штаммом ризобий на продукционные процессы гороха и сои . 137
6.1. Формирование симбиотического аппарата гороха и сои в зависимости от особенностей питания растений 137
6.2. Урожай гороха и сои при инокуляции семян активным штаммом ризобий и оптимизации минерального питания 143
6.3. Влияние уровня обеспеченности элементами питания и инокуляции активным штаммом на биохимический состав гороха и сои 147
6.3.1. Динамика питательных веществ в растениях гороха 148
6.3.2. Качество семян гороха и сои в зависимости от применения активного 159
штамма ризобий и уровня обеспеченности элементами питания
Заключение по главе 173
7. Агроэкологическое изучение сортов сои '.. 175
7.1. Симбиотическая деятельность различных по скороспелости сортовсои 176
7.2. Динамика формирования фотосинтетического аппарата и продуктивности сои в зависимости от сортотипа 179
Заключение по главе 186
8. Энергетическая оценка рекомендуемых приемов и производственная проверка результатов исследований 187
8.1. Энергетическая оценка рекомендуемых приемов 187
8.2. Производственная проверка результатов исследований 192
Заключение по главе 195
Заключение по диссертации 197
Выводы 201
Рекомендации производству 204
Список литературы 205
- Предпосевная обработка семян микроэлементами и регуляторами роста как фактор повышения симбиотической активности и продуктивности гороха и сои
- Симбиотическая деятельность растений гороха и сои при инокуляции активным штаммом ризобий
- Показатели фотосинтетической деятельности агроценоза гороха в зависимости от типа азотного питания
- Урожай гороха и сои при инокуляции семян активным штаммом ризобий и оптимизации минерального питания
Введение к работе
Средне-Волжский регион занимает одно из первых мест в Российской Федерации по площади посева бобовых культур, однако резервы роста их продуктивности используются еще не в полной мере. Новые высокопродуктивные сорта гороха имеют интенсивный обмен веществ, который требует достаточной обеспеченности элементами питания, форм и различных способов применения макро-, микроэлементов и бактериальных удобрений. Одной из причин плохого роста и развития гороха часто является недостаточное содержание в почве необходимых растениям молибдена и марганца.
В последнее десятилетие в Поволжье, как и во всей стране, произошло резкое сокращение посевных площадей, традиционных для зоны зерновых бобовых культур (гороха и вики): в Ульяновской области со 120... 140 тыс. га до 20...30 тыс. га, в Самарской области с 60 тыс. га в 1991-1995 гг. до 15...20 тыс. га.
В результате возникли проблемы обеспечения животноводства качественными и сбалансированными по элементам питания кормами. Одним из реальных путей решения белковой проблемы является расширение посевов сои, как важнейшей белковой и масличной культуры. Это связано с химическим составом ее семян, которые содержат 35...55% полноценного белка, сбалансированного по аминокислотам, 17...27% жира и около 20% углеводов. Результаты испытаний на сортоучастках лесостепной зоны Поволжья, производственные опыты показывают, что существующие сорта сои в условиях лесостепи Поволжья вызревают и могут давать устойчивые и достаточно высокие урожаи. Однако площади, занятые соей в лесостепной зоне Поволжья, в том числе и в Ульяновской области, в настоящее время незначительны.
В связи с этим исследования, связанные с интродукцией сои в лесостепи Поволжья и реализацией ее генетического потенциала, имеют большое практическое значение.
Актуальность темы. Роль гороха и сои в решении проблемы растительного белка неоспорима. Увеличивающийся спрос на соевые продукты открывает широкие возможности расширения производства этой ценной пищевой и кормовой культуры. Основные посевные площади сои в России сосредоточены на Дальнем Востоке - традиционном регионе её производства. В то же время современные скороспелые сорта сои отличаются высокой экологической пластичностью и могут возделываться в новых районах нашей страны, в том числе в лесостепной зоне Поволжья. Вместе с тем, здесь традиционной бобовой культурой является горох, которому также должно отводиться важное место в структуре посевных площадей. Восстановление и расширение объемов производства гороха, интродукция сои в лесостепи Поволжья и повышение ее адаптационных возможностей возможны за счет комплекса агротехнических приемов: улучшения минерального питания растений макро- и микроэлементами; подбора вирулентных, активных штаммов ризобий; обоснования приемов предпосевной обработки семян; создания оптимальных условий для активного бобоворизобиального симбиоза. Разработка и обоснование приемов, повышающих урожайность и белковую продуктивность гороха и сои, являются актуальными задачами растениеводства для условий лесостепи Поволжья. Без решения этих вопросов невозможно повысить и стабилизировать урожайность гороха и сои и решить проблему растительного белка.
Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований являлось изучение комплекса приемов направленных на оптимизацию продукционного процесса гороха и сои в условиях лесостепи Поволжья.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
обосновать возможность интродукции сои в районы лесостепной зоны Поволжья;
исследовать коллекцию сортов сои и выявить адаптированный сорт для условий лесостепи Поволжья;
изучить влияние молибдена и марганца на показатели прорастания и посевные качества семян гороха и сои;
дать оценку эффективности оптимизации фосфорно-калийного питания растений гороха и сои;
определить эффективность применения под горох и сою молибдена и марганца при низкой обеспеченности почвы подвижными формами этих элементов;
исследовать конкурентоспособность спонтанных и заводских штаммов ризобий и выявить комплиментарный штамм, обеспечивающий наибольшую биологическую фиксацию молекулярного азота симбиотическими системами гороха и сои;
установить эффективность инокуляции гороха и сои активным штаммом ризобий;
определить динамику формирования и активности симбиотического аппарата гороха и сои;
выявить влияние азотных удобрений и некорневых подкормок ЖКУ на формирование симбиотического аппарата, показатели фотосинтетической активности и продуктивность гороха;
определить динамику содержания элементов питания в растениях гороха и сои в течение онтогенеза;
рассчитать долю участия биологического азота в питании растений и в формировании семян гороха и сои;
выявить динамику потребления элементов минерального питания растениями гороха и сои в течение вегетации и вынос их в расчете на 1 т семян в зависимости от обеспеченности макро- и микроэлементами и активности симбиоза;
определить влияние уровня обеспеченности элементами питания и инокуляции активным штаммом ризобий на урожай и качество семян гороха и сои;
изучить влияние предпосевной обработки семян природным фиторе-гулятором пектином на полевую всхожесть семян различных по скороспелости сортов сои;
выявить связь некоторых физиологических процессов с урожаем и качеством продукции и рассчитать коэффициенты синергизма между факторами воздействия;
дать энергетическую оценку создания оптимальных условий для активного бобоворизобиального симбиоза посевов гороха и сои;
провести производственную проверку рекомендуемых приемов оптимизации продукционного процесса гороха и сои.
Научная новизна. Доказана возможность интродукции сои в условиях лесостепи Поволжья. Даны рекомендации по подбору адаптированных сортов. Впервые для условий лесостепи Поволжья на основе многолетних полевых и производственных опытов подобраны вирулентные, активные штаммы ризобий для сои. Обоснована целесообразность инокуляции гороха активным штаммом ризобий. Разработаны приемы предпосевной обработки семян гороха и сои, обеспечивающие улучшение посевных качеств семян. Впервые для лесостепной зоны Поволжья установлены корреляционные связи между некоторыми физиологическими процессами и урожаем гороха и сои. Изучено влияние молибдена, марганца и инокуляции семян активным штаммом ризобий на формирование, величину и активность симбиотического аппарата, фотосинтетическую деятельность посевов, биохимический состав, урожай и качество семян гороха и сои. Обоснована энергетическая эффективность приемов оптимизации продукционных процессов гороха и сои в лесостепи Поволжья. Определена роль сои и гороха в биологизации земледелия, рассчитана доля участия биологического азота в питании растений и в формировании семян.
Положения, выносимые на защиту:
интродукция сои в лесостепи Поволжья;
оптимальные условия для бобоворизобиального симбиоза гороха и сои на выщелоченных черноземах лесостепи Поволжья;
роль макро- и микроэлементов и природного фиторегулятора пектина в повышении посевных качеств семян и оптимизации продукционного процесса гороха и сои;
энергетическая оценка приемов оптимизации продукционного процесса гороха и сои в лесостепи Поволжья.
Практическая значимость. Результаты исследований дают представление о взаимосвязи работы фотосинтетического аппарата с активностью бобоворизобиального симбиоза гороха и сои. Активизация фотосинтетической деятельности и усиление продукционных процессов при инокуляции активным штаммом ризобий и предпосевной обработке семян подтверждаются
тесной корреляцией между показателями развития симбиотического и фотосинтетического аппаратов гороха и сои. Установленные закономерности дают теоретическое обоснование для разработки приемов, повышающих сим-биотическую активность гороха и сои в лесостепи Поволжья.
При создании благоприятных условий для бобоворизобиального симбиоза на черноземных почвах лесостепи Поволжья урожай семян гороха и сои может достигать до 3 т/га, количество фиксированного азота на посевах сои - 100... 120 кг/га, гороха - 60.. .80 кг/га.
Определены адаптированные сорта сои, устойчиво вызревающие в Ульяновской области и дающие стабильные урожаи. Внедрение в сельскохозяйственное производство сои позволит решить проблему растительного белка. Результаты исследований прошли производственную проверку и внедряются в хозяйствах Ульяновской, Самарской областях и республике Татарстан. На основании полученных результатов разработаны рекомендации по технологии возделывания сои в условиях лесостепи Поволжья. Полученные в процессе исследований данные используются в учебном процессе по курсам растениеводства, физиологии и биохимии растений для студентов сельскохозяйственных вузов.
Исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами Госкомитета СССР по науке и технике, Госагропрома СССР, ВАСХНИЛ (номера Государственной регистрации № 06.9.200111.65, № 01860096.82 Министерства сельского хозяйства Российской Федерации) и являются составной частью плана научно-исследовательской работы Ульяновской ГСХА.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных научных конференциях Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии (1989-2001), Всесоюзной научной конференции «Биологический азот» (Калуга, 1991), Международных научных конференциях «Биологический азот в растениеводстве» (Калуга, 1993, Москва, 1996, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо- энергосбере-
гающие приемы и технологии возделывания сельскохозяйственных культур» (Рязань, 1998), межрегиональной научно-практической конференции «Экологические проблемы Среднего Поволжья» (Ульяновск, 1999), Всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно- нарушенных территорий (Ульяновск, 2000), Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство полевых культур» (Пенза, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Новый аграрный курс России и его реализация» (Пенза, 2001), научно-практической конференции «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002), Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002).
Под руководством автора защищены 2 кандидатские диссертации.
Публикации результатов исследований. Автором опубликовано более 60 научных работ, из них 59 по теме диссертации, в том числе 2 монографии, 2 руководства по возделыванию сои, 29 статей в центральных журналах, 13 в материалах Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференций.
Предпосевная обработка семян микроэлементами и регуляторами роста как фактор повышения симбиотической активности и продуктивности гороха и сои
Высокое качество посевного материала - один из главных факторов получения высоких и устойчивых урожаев. В практике растениеводства для выращивания качественных семян, повышения урожайности сельскохозяйственных культур рекомендовались различные приемы, которые оказывали положительное влияние на рост и развитие растений. В этом плане большое значение имеет предпосевная обработка семян солями микроэлементов, особенно при выращивании культур в условиях недостатка микроэлементов в почве.
Предпосевная обработка семян бобовых культур растворами микроэлементов бывает чаще всего эффективной при содержании их в почве ниже среднего уровня. Из микроэлементов чаще лимитируют рост и развитие растений недостаток подвижных форм бора, молибдена, кобальта, меди, марганца, цинка. Среднее содержание микроэлементов в почве характеризуется следующими показателями (мг/кг почвы): бор (водная вытяжка) - 0,5; молибден (аксалатная вытяжка) - 0,3; кобальт (в 1н HN03) - 3; медь (в 1 н НС1) - 3; цинк (в 1 н НС1) - 3; марганец (в 1 н H2S04) - 50.
Необходимый уровень обеспеченности микроэлементами в большой степени зависит от их физиологической роли для растения и биологических особенностей вида (А.Т. Фарниев, Г.С. Посыпанов, 1996).
Большинство почв лесостепи Поволжья характеризуется достаточно низким (ниже среднего) уровнем обеспеченности такими микроэлементами, как Мо, В, Мп. Данные микроэлементы участвуют во многих метаболических процессах, поэтому внесение их способствует активизации бобоворизоби-ального симбиоза и повышению урожайности и белковой продуктивности бобовых культур.
Бор способствует лучшему развитию сосудисто-проводящей системы; молибден активизирует окислительно-восстановительные процессы, входит в состав ферментного комплекса - нитрогеназы; марганец оказывает влияние на различные процессы симбиотической системы, играет важную роль в реакциях фотосинтеза (Я.В. Пейве, 1965; Е.Н. Мишустин, В.К. Шильникова, 1968, 1973; Т.К. Ильина, 1968; М.В. Panken, Н.В. Harris, 1977; Анспок, 1978, 1990; Г.С. Посыпанов, 1978, 1983).
Опыты, проведенные на Амурской сельскохозяйственной опытной станции (В.Г. Куркаев, 1965), в дальнейшем подтвержденные работами сотрудников ВНИИ сои (Ю.Н. Казачков, 1983; Ю.Н. Казачков, Г.К. Щелевой, 1987; Ю.Н. Казачков, 1997), показали, что лучшим способом применения молибдена является обработка семян раствором удобрения.
Целесообразность обработки семян раствором молибденового удобрения и ее положительное влияние на продуктивность и качество гороха и сои доказаны многими исследователями при возделывании культур на различных типах почв (В.И. Голов, Ю.Н. Казачков, 1980; М.И. Корсунова, 1994; Т.А. Бухориев, 1997; Г.К. Щелевой, 1999).
Проведя многочисленные исследования по изучению эффективности внесения бора и молибдена при разном содержании в почве, А.Т.Фарниев, Г.С.Посыпанов (1996) отмечают, что их эффективность в большой степени зависит от содержания элементов в почве. На каштановых почвах, с низким содержанием бора, внесение борных удобрений на горохе увеличило массу активных клубеньков, повысило концентрацию леггемоглобина, количество фиксированного азота воздуха и семенную продуктивность растений.
Предпосевная обработка семян молибденовокислым аммонием в норме 50 г на гектарную норму семян повышает массу активных клубеньков гороха в 2,4 раза, содержание белка в семенах - на 4,4%, увеличивает все показатели фотосинтетической деятельности растений.
Применение микроэлементов рекомендуется совмещать с предпосевной обработкой семян ризоторфином. Особенно эффективным этот прием бывает при возделывании бобовых культур на полях, где эта культура длительное время не возделывалась, или при интродукции бобовых культур в новые районы выращивания. Определены оптимальные параметры смешивания микроэлементов и бактериальных удобрений (В.А. Тильба, С.А. Бегун, 1987).
Чаще всего в качестве инокулянта используют ризоторфин - клубеньковые бактерии, нанесенные на стерильный молотый торф. Инокулируют семена в крытых помещениях или под навесом, чтобы избежать попадания прямых солнечных лучей, от которых клубеньковые бактерии погибают. Семена обрабатывают только в день посева, так как после 4...6 ч., прошедших после инокуляции, более половины клубеньков погибают.
Инокуляция может повышать урожай семян гороха на 2...2,3 ц/га (Г.В. Лопатина, 1960; А.А. Chamber, 1983), семян сои на 2...4 ц/га (Г.В. Корнилов, 1977; Я.Ф. Дырда, 1990). Наиболее эффективной она бывает в новых районах, где соя не выращивалась в течение 4...5 лет. В лесостепи Поволжья, в том числе в Ульяновской области, соя является интродуцируемой культурой, прием инокуляции должен быть обязательным.
Перспективным направлением современного сельского хозяйства все в большей степени становится применение регуляторов роста растений. Эти препараты являются важным звеном ресурсосберегающих, экологически чистых технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Биологически активные вещества составляют обширную группу природных и синтетических органических соединений. Из 5000 соединений химического, микробиологического и растительного происхождения, обладающих регуляторным действием практическое применение нашли около 50 видов (Г.С. Муромцев, 1984; B.C. Шевелуха, И.С. Блиновский, 1990). Эти соединения влияют на жизненные процессы растений, не оказывая в рекомендуемых концентрациях токсического действия и не служат источником питания для растения.
Развивается направление по созданию антистрессовых препаратов, снижающих отрицательное влияние неблагоприятных факторов внешней среды (В.М. Ковалев, 1992). Особый интерес к регуляторам роста природного происхождения связан с необходимостью использовать экологически чистые препараты, эффективные в малых нормах. Фитогормоны участвуют в регуляции веществ на всех этапах жизни растения - от развития зародыша до полного завершения жизненного цикла и отмирания. Они определяют характер роста и развития растений, формирования новых органов, габитуса, цветения, старения вегетативных частей, перехода к покою и выхода из него и так далее. У каждой группы этих веществ имеются свои специфические особенности. Гибберили-ны формируются в основном в листьях и оказывают специфическое влияние на удлинение стеблей, черешков и жилок, стимулируют деление клеток, их растяжение или то и другое вместе (В.М. Ковалев, 1992).
Симбиотическая деятельность растений гороха и сои при инокуляции активным штаммом ризобий
Для активной фиксации азота воздуха симбиотическими системами одним из главных условий является наличие специфического, вирулентного, активного штамма ризобий (Л.М. Доросинский, 1962, 1965, 1967, 1971; В.Т. Куркаев , 1965; Г. Симеонов, 1972; Л.А. Толстенко, 1972; Ю.Г. Карягин, Л.А. Толстенко, 1973; В.А. Тильба, 1974; R.A. Date, 1974; Г.Я. Жизневская, 1976; Э.Б. Лопинская, 1978; Г.Н. Троицкая, Ю.Н. Кудрявцева, В.В. Ильясова, 1979; Р.В. Родионова, 1980; Н.З. Толкачев, 1984; Б.Х. Жеруков, 1989).
Каждый вид ризобий инфицирует одну или несколько бобовых культур. Эта особенность называется видовой специфичностью. Некоторые штаммы более приспособлены к конкретному сорту, что определяет их сортовую специфичность (Е.Н. Мишустин, В.К. Шильникова, 1968).
В случае, если культура в данной зоне на конкретном поле возделыва-ется давно, и она традиционна для зоны, то в поле есть спонтанные, специфические штаммы, приспособленные к ней. Инокуляция заводскими штаммами в этом случае, как правило, бывает неэффективной и не увеличивает симбиотический аппарат и его активность.
Если культура ранее не выращивалась, то в почве отсутствуют специфичные, спонтанные штаммы ризобий. Клубеньки на корнях растений не образовываются, а, следовательно, и не фиксируется азот. В этих случаях необходима инокуляция семян специфичным, вирулентным штаммом ризобий.
Один и тот же вид ризобий, специфичный для данной культуры, может иметь штаммы разной активности, и разной способности усваивать азот воздуха. Во всех почвах лесостепи Поволжья имеются спонтанные штаммы вида Pvh. leguminozarum, которые могут вступать в симбиоз с горохом. Однако чем хуже условия для симбиоза (повышенная кислотность, низкая влажность почвы, недостаток фосфора или микроэлементов), тем менее активны спонтанные штаммы. Хотя они иногда бывают более вирулентными, быстрее проникают в корневые волоски, чем активные заводские, так как проникают в корневые волоски, чем активные заводские, так как лучше приспособлены к данным условиям.
В лесостепи Поволжья соя является интродуцируемой культурой, и спонтанных соевых штаммов в почве нет. Подбор специфичного, вирулентного и активного штамма ризобий для районированного сорта сои представляет практический интерес.
Как показали исследования, несмотря на то, что горох в зоне Среднего Поволжья является давно возделываемой культурой, и в почве присутствуют спонтанные бактерии ризобиум, инокуляция семян ризоторфином способствовала формированию большего симбиотического аппарата. В наших опытах клубеньки, как правило, образовывались на 12... 15-й день после всходов (табл. 10). При инокуляции семян ризоторфином, как на фоне Мо, так и без него, клубеньки появлялись на 3...4 дня раньше, по сравнению с неинокулирован-ными вариантами.
В зависимости от метеорологических условий года через 4...10 дней после образования клубеньков в них появлялся красный пигмент - леггемоглобин (Лб), обеспечивающий энергетические центры кислородом и способствующий высвобождению энергии для фиксации азота воздуха. В фазу образования бобов клубеньки начинали зеленеть, леггемоглобин переходит в холеглобин (Хб), и через 3...5 дней клубеньки отмирали.
В табл. 10 приведены данные о продолжительности общего и активного симбиоза гороха за 1989-1991 гг. Продолжительность общего симбиоза колебалась по годам в пределах 30.. .44 дней, активного - 20.. .32 дней, т.е. на 8... 10 дней меньше. Инокуляция семян ризоторфином и обработка их Мо увеличивали продолжительность симбиоза на 3...4 дня.
Исследования, проведенные в 1992-1994 гг. по изучению эффективности инокуляции семян сои активными штаммами, показали, что в почве опытного поля спонтанные штаммы отсутствуют. Исключением является 1994 г., когда полевые опыты размещались на участке, где в 1990 году были посевы сои, и проводился прием инокуляции. Даже при наличие в почве спонтанных клубеньковых бактерий инокуляция семян активными штаммами оказывала положительное влияние на сроки образования клубеньков, продолжительность симбиоза и размеры симбиотического аппарата.
Опытами установлено, что при проведении инокуляции клубеньки образовывались на 8...16 день после всходов (табл.11). В 1994 г. в вариантах, где инокуляция не проводилась, клубеньки появились на 24 день, а при инокуляции активным штаммом ризобий - на 16-й день после появления всходов. Через 5...7 дней после образования клубеньков в них появлялся леггемоглобин.
В фазу налива семян клубеньки начинали зеленеть и через 8... 10 дней, как правило, отмирали. Однако в 1993 г. и 1994 г. при влажной погоде клубеньки сохранялись до фазы полного налива семян, их активность постепенно снижалась, отмирали мелкие клубеньки, а крупные зеленели и оставались до фазы созревания.
Продолжительность общего и активного симбиоза в значительной мере зависит от метеорологических условий. Во влажные 1993 г. и 1994 г. продолжительность активного симбиоза была на 17...22 дня больше по сравнению с более засушливым 1992 г.
Величину симбиотического аппарата достаточно полно характеризует такой показатель, как масса клубеньков. Независимо от метеорологических условий, динамика изменения массы клубеньков по вариантам опыта имела одинаковую тенденцию. В табл. 12 показана динамика формирования массы клубеньков на растениях гороха.
Показатели фотосинтетической деятельности агроценоза гороха в зависимости от типа азотного питания
В своих исследованиях фотосинтетическая деятельность посевов рассматривалась нами с точки зрения влияния на фотосинтез внешних факторов среды и особенностей процессов, протекающих в бобовых растениях. Для оценки уровня развития фотосинтетического аппарата гороха и его активности мы использовали следующие показатели:
- размер фотосинтетического аппарата или площадь листьев (м /га), поскольку именно от ее размеров зависит количество поглощаемой посевом энергии;
- показатель фотосинтетического потенциала (ФСП, м -дней/га), который является производным хода роста размеров площади листьев и длины периода вегетации;
- показатель чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), - весовое количество общей сухой биомассы, создаваемое единицей пощади листьев в течение суток (г/м в сутки).
Расчет вышеперечисленных показателей позволил определить влияние минерального азота и некорневых подкормок на параметры, определяющие уровень урожайности и белковой продуктивности гороха.
В наших опытах 1989-1991 гг. внесение минерального азота увеличивало площадь листовой поверхности в ранние фазы развития растений. В фазу начала налива семян площадь листьев на этом варианте различалась с фоном незначительно, исключение составляет 1989 г. (табл.34). По всей видимости, это объясняется тем, что 1989 г. характеризовался благоприятными условиями для симбиотической азотфиксации и растения, наряду с минеральным азотом, использовали симбиотически фиксированный азот.
Некорневые подкормки в фазу налива семян задерживали опадение листьев и повышали их площадь в фазу полного налива семян. Особенно заметно это наблюдалось в 1989 г.
Для характеристики продолжительности фотосинтетической деятельности посевов, нами был определен фотосинтетический потенциал (ФСП). Этот показатель изменялся в зависимости от площади листьев и продолжительности их работы по годам исследований и периодам онтогенеза (табл.35). Инокуляция семян в сочетании с оптимальной обеспеченностью фосфором, калием и молибденом позволила сформировать достаточный фотосинтетический потенциал, который значительно зависел от метеорологических условий вегетационного период.
При внесении минерального азота прослеживается устойчивая незначительная тенденция повышения ФСП по сравнению с фоновым вариантом (в среднем за три года на 6,9%). Некорневые подкормки жидким комплексным удобрением несколько увеличивали фотосинтетический потенциал гороха в отдельные периоды вегетации, но в целом за вегетацию он был практически одинаков с показателем ФСП растений на варианте РК + ин. + Мо. По всей видимости, это связано с уменьшением площади листьев сразу после опрыскивания в связи с их частичными ожогами.
Анализируя в целом влияние некорневых подкормок ЖКУ на фотосинтетическую деятельность в разные годы исследований, можно отметить, что их применение не дало положительного действия на развитие фотосинтетического аппарата гороха.
На чистую продуктивность фотосинтеза минеральный азот и некорневые подкормки оказывали незначительное и неоднозначное влияние (при-лож. 11). Чистая продуктивность фотосинтеза за вегетацию зависела не только от уровня обеспеченности растений минеральным питанием, но и от влажности почвы. Наибольшим этот показатель был в годы с недостаточной обеспеченностью влагой при условии инокуляции и внесения РКМо (в сред-нем на 15% или на 1 г/м -сутки).
Недостаток влаги усиливал отток питательных веществ в генеративные органы; избыток влаги замедлял интенсивность фотосинтеза и отток питательных веществ, и как следствие, их накопление шло медленнее.
При внесении минеральных азотных удобрений накопление сухого вещества в период стеблевания - начала налива семян было несколько больше, чем в фоновом варианте. Однако в фазу полного налива семян накопление сухого вещества в варианте фон + N$0 уменьшилось в 1989 г. на 2%, в 1991 г. - на 10% по сравнению с вариантом РК + ин. + Мо (табл.36).
Установлено, что некорневые подкормки жидкими комплексными удобрениями не оказывают существенного влияния на накопление сухой массы растениями гороха во все годы опытов.
Урожай гороха и сои при инокуляции семян активным штаммом ризобий и оптимизации минерального питания
Урожай сельскохозяйственных культур является сложным интегрирующим показателем степени благоприятности комплекса агрометеорологических и агротехнических условий для их произрастания. Через урожай реализуются биологические особенности сельскохозяйственных культур. Продуктивность бобовых культур, в том числе гороха и сои, во многом определяется активностью симбиотической деятельности посевов. Исследованиями установлено, что изменения некоторых сторон метаболизма и усиление ростовых процессов в конечном итоге влияют на урожайность. Использование корреляционно-регрессионного метода анализа позволяет выявить определенные закономерности проявления эффекта стимуляции.
Предпосевная обработка семян сульфатом марганца и молибденово-кислым аммонием улучшает энергию прорастания, силу роста, рост корневой системы, накопление биомассы, что дает возможность растениям при равном плодородии почвы более полно использовать имеющиеся в наличии питательные вещества. При этом происходит активизация симбиотической и фотосинтетической деятельности растений. На базе активизированных процессов более энергично, чем в контроле, протекают процессы синтеза, что в конечном результате приводит к повышению продуктивности гороха и сои.Таблица 42 Влияние условий минерального питания и инокуляции на урожай гороха (т/га), 1992-1995 гг.
Проведенные исследования в полевых и производственных условиях показали эффективность предпосевной обработки семян микроэлементами и ризоторфином (табл. 42, 43). Во все годы исследований при использовании двух факторов получена прибавка урожая не только в сравнении с контролем без удобрений, но и с фоновым контролем (где применялись фосфорно-калийные удобрения). Наибольший урожай гороха получен при сочетанном использовании ризоторфина, марганца и молибдена, урожай выше контроля на 0,60 т/га, что составляет прибавку 36,5% к контролю и 24,4% к фону (РК).
В опытах с горохом максимальный урожай достигнут в более благоприятных 1992 г. и 1994 г., где он составил 2,84...2,92 т/га. Самый низкий урожай получен в экстремальном 1995 г., когда за май - июнь выпало всего 14,6 мм осадков (при средней многолетней - 79,8 мм). Однако даже в этих условиях под влиянием сочетанного действия используемых факторов урожай возрос на 26,4%) по сравнению с неудобренным контролем, и на 13,1% по сравнению с вариантом РК.
При использовании ризоторфина, молибдена и марганца проявляется синергетический эффект, то есть усиление их взаимодействия: ризоторфин увеличивает урожай на 0,15 т/га, марганец - 0,08 т/га, молибден - 0,14 т/га. Под действием молибдена и марганца - на 0,24 т/га, а при сочетанном действии ризоторфина, марганца и молибдена прибавка урожая составляет 4,4 т/га. При этом коэффициент взаимодействия больше нуля, что подтверждает физиологическое усиление одного фактора другим.
Аналогичные данные по урожаю были получены и в полевых опытах 1995-1997 гг. с соей (табл.43). Урожай сои в 1995-1997 гг. зависел от метеорологических условий, в первую очередь, от количества осадков в вегетационный период. В условиях 1995 г., когда растения развивались в условиях недостатка влаги, и симбиотическая деятельность была ослаблена, сформировался самый низкий урожай в 1,88 раза меньше, чем в 1996 г. и в 2,73 раза по сравнению с 1997 г.
Инокуляция семян активным штаммом ризобий достоверно увеличивает урожай во все годы исследований. Совместная обработка семян ризотор-фином и микроэлементами еще более повышает эффективность приема. В среднем за 1995-1997 гг. в варианте РК + ин. + Мп + Мо прибавка в урожае по сравнению с контролем составила 0,62 т/га (58,2%). Фосфорно-калийные удобрения, внесенные в отдельном варианте, существенно увеличивают урожай сои.
Математическая обработка урожайных данных в опытах с горохом методом двухфакторного дисперсионного анализа показывает: влияние первого фактора (год исследований) составляет 52,29%, второго фактора (варианты обработки семян) - 29,19%, а влияние их взаимодействий составляет 11,55%. Таким образом, независимо от года исследований используемые факторы оказывают влияние на урожай гороха.
По данным двухфакторного дисперсионного анализа можно констатировать, что реакция растений на изучаемые приемы в большей степени зависит от условий выращивания растений, так как именно они определяют характер обменных процессов, а микроэлементы и инокуляция только усиливают или ослабляют темпы этих процессов.
Следовательно, полученные данные указывают на эффективность и целесообразность использования предпосевной обработки семян гороха и сои. Предпосевная обработка семян микроэлементами и ризоторфином, как агро-прием, организационно легко вписывается в технологию возделывания гороха и сои. Важным фактором повышения урожаев гороха и сои являются улучшение минерального питания и активизация бобоворизобиального симбиоза, путем применения бактериальных удобрений и необходимых микроэлементов. Взаимодействие факторов и выявление их механизмов играет важную роль в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур и получении стабильных урожаев.
На основе вышеизложенного можно сделать заключение: обработка семян перед посевом растворами микроэлементов (марганца и молибдена) и инокуляция активным штаммом ризобий являются сильно действующими факторами, обеспечивающими активизацию ростовых процессов и повышающими урожай, о чем свидетельствуют результаты полевых опыты и производственных испытаний.
Похожие диссертации на Оптимизация продукционного процесса гороха и сои в лесостепи Поволжья
