Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем в растениеводстве является обеспечение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур на основе использования высококачественного семенного материала. Это определяется агроэкологическими условиями в период формирования и созревания семян, а так же их способностью сохранять посевные качества при длительном хранении. В значительной степени данная проблема касается рапса, который является самой высокоурожайной культурой среди капустных масличных растений. Решением этой проблемы при возделывании ярового рапса занимались И.В. Артемов (1992), А.Г. Буянов, П.К. Величко (1992), В.А. Гулидова (2000), Н.Л. Белик (2003), В.П. Савенков (2007) и другие. Их исследования, направленные на интенсификацию производства ярового рапса при различных системах обработки почвы и использовании техногенных и биологических средств, дали возможность разработать некоторые базовые элементы технологии возделывания и повышения урожайности рапса.
Для переработки рапса с целью получения ценного пищевого и технического масла, высокобелкового корма и биодизельного топлива, необходимо использовать семена с определенным биохимическим составом, который зависит от сортовых особенностей, агроэкологических условий выращивания растений, послеуборочной обработки семян и условий их дальнейшего хранения. Изучением вопросов изменения качества семян масличных культур под действием различных факторов занимались С.Л. Иванов (1961), А.А. Бородулина, А.В. Супрунова (1984), Н.С. Осик (1986), М.К. Муртазалиева (1987), Л.Н. Тяжерова, Н.С. Осик (1991), Н.В. Королькова, Н.Н. Горбунов (1995) и др.
Однако в Центрально-Черноземном регионе РФ недостаточно развернута работа по выявлению аутэкологических аспектов культуры и научному обоснованию характера изменения биохимического состава семян и вегетативной массы под влиянием изменяющихся условий среды обитания, что сдерживает использование рапса в биологическом земледелии. Так же не решена проблема сохранности товарных и посевных качеств семян ярового рапса, имеющая важное народнохозяйственное значение при создании государственных стратегических запасов и сохранности коллекции семян рапса и других капустных, что определяет актуальность и необходимость проведения данной работы.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы – разработка основ формирования высокой семенной продуктивности растений ярового рапса различного происхождения и выявление закономерностей изменения биохимического состава семян разных сортов в зависимости от экологических факторов среды и условий хранения семенного материала.
Для достижения поставленной цели было предусмотрено решение следующих задач:
1. Установить морфо-биологические особенности различных сортов ярового рапса в условиях лесостепи Центрального Черноземья.
2. Определить характер изменчивости и взаимосвязь морфо-биологических признаков с основными показателями, определяющими продуктивность.
3. Провести анализ видовой и пространственной структуры агрофитоценоза ярового рапса, определить вынос элементов питания из почвы сорным компонентом и выявить зависимость продуктивности от плотности сегетальных видов.
4. Выявить влияние длительности хранения семян ярового рапса на характер изменения его посевных качеств и последующую продуктивность растений.
5. Установить характер изменчивости и определить динамику биохимических показателей качества семян ярового рапса в зависимости от климатических факторов, условий и длительности хранения.
6. Оценить возможность использования ярового рапса в качестве фитомелиоранта почвы.
7. Дать биоэнергетическую оценку возделывания ярового рапса на семена в условиях лесостепи Центрального Черноземья.
Научная новизна результатов исследований. Разработаны основы формирования семенной продуктивности растений ярового рапса с учетом использования генетического потенциала растений и климатических условий района его возделывания, имеющие теоретическое и практическое значение в биологическом земледелии.
Впервые определены критерии адаптивной приспособленности ярового рапса (Ко = 4,3-88,9 г/м2), которые обусловлены компенсаторными эффектами за счет массы 1000 шт. семян (Кm = 3,9-163,8%) и числа стручков на растении (Кv = 9,2-202,3%), что позволяет количественно оценить взаимосвязи между компонентами структуры урожая.
Установлена высокая степень изменчивости сортов ярового рапса по основным морфологическим и биологическим признакам. Выявлена высокая положительная корреляционная зависимость между величиной урожайности ярового рапса и числом стручков на нём (r = 0,951±0,021). Установлена тесная корреляционная связь между продолжительностью общей вегетации и длительностью межфазных периодов онтогенеза рапса: "первый настоящий лист – бутонизация" (r = 0,714±0,019), "всходы – цветение" (r = 0,760±0,026), "цветение – зеленый стручок" (r = 0,787±0,030), "цветение – желто-зеленый стручок" (r = 0,699±0,025).
Проведен комплексный анализ сортов ярового рапса и выделены высокопродуктивные образцы, сочетающие скороспелость, высокую масличность, повышенное содержание незаменимых аминокислот и др. Дана характеристика безэруковых образцов ярового рапса различной скороспелости по содержанию жирных кислот. Установлена закономерность снижения олеиновой (в среднем с 63,3% до 60,5%) и повышения линоленовой (в среднем с 18,3% до 20,0%) кислот у средне- и позднеспелых образцов ярового рапса по сравнению с раннеспелыми.
Проанализирована видовая и пространственная структуры агрофитоценоза ярового рапса и проведена оценка зависимости выноса питательных элементов из почвы от видового состава сорных растений в посевах ярового рапса. Эти исследования расширяют и углубляют теоретические представления о конкуренции в агроэкосистемах и имеют практическое значение при программировании высоких урожаев и сортовой агротехники.
Установлено, что при выращивании ярового рапса на почвах, загрязненных свинцом и кадмием, в зеленой массе накапливается значительное количество данных элементов (3,2-3,9 мг/кг свинца и 0,42-0,50 мг/кг кадмия), а в семенах на порядок меньше (0,04-0,07 мг/кг кадмия и 0,36-0,40 мг/кг свинца), что позволяет использовать его в качестве фитомелиоранта.
Впервые в условиях лесостепи ЦЧР получены оригинальные данные по динамики биохимического состава семян ярового рапса различного происхождения в процессе длительного хранения. Установлена закономерность снижения основных технологических (уменьшение количества жира, белка; снижение йодного числа; увеличение кислотного числа и числа омыления) и посевных (снижение массы 1000 шт. семян, энергии прорастания и всхожести) качеств семян. Впервые показано изменение не только аминокислотного состава белка семян ярового рапса, но и количества свободных аминокислот, в процессе хранения, а также изменение содержания и соотношения жирных кислот масла. Полученные данные позволяют судить о хозяйственной и биологической долговечности семян ярового рапса.
Разработан самоочищающийся измельчитель для переработки растительного сырья, который может быть использован для предварительной подготовки масличного материала к извлечению масла (Пат. РФ № 69772, 2008).
Практическая значимость работы заключается в решении одной из важных проблем растениеводства – получения и сохранения высококачественных семян ярового рапса, используемых в различных отраслях народного хозяйства.
В результате исследований выделены высокопродуктивные сорта ярового рапса, сочетающие различные комплексы полезных признаков:
высокую урожайность с высоким содержанием жира и белка типа "00" (Kosa, Sedo, Sv 7515/6, Omega, Global, Line);
высокую урожайность с высоким содержанием жира и белка типа "+0" (Sv 71/6, Nilla, Шен-ли-цай);
высокое содержание жира и белка с высоким содержанием незаменимых аминокислот (Эввин, Шпат, Prota, Rucabo);
высокую урожайность с высоким содержанием жира, белка и суммы эссенциальных жирных кислот типа "00" (Kosa, Pura, Sedo, Regent, Duplo).
Установленные корреляционные зависимости между основными показателями архитектоники позволяют посредством усиления положительных корреляций и снижения степени отрицательных воздействий повысить семенную продуктивность растений ярового рапса.
Показано, что семена различных сортов, хранимые в благоприятных условиях в течение нескольких лет, могут быть использованы в качестве посевного материала. Семена сортов Золотонивский, Галант, Ратник, Мадригал и Аргумент имеют больший сортовой потенциал хранения, чем другие исследуемые образцы.
Возделывание ярового рапса высокоэруковых сортов на почвах с повышенным содержанием свинца и кадмия способствует не только удалению тяжелых металлов из корнеобитаемого слоя, но и получению технического масла для различных отраслей промышленности, что дает возможность эффективного использования загрязненных территорий.
Определена предельно допустимая степень засоренности посевов ярового рапса сорта Ратник (15 шт./м2 всходов сорняков), при которой не отмечается снижение продуктивности растений.
Выявленные морфо-биологические особенности онтогенеза растений ярового рапса представляют практический интерес для совершенствования исследовательской работы с данной культурой в области растениеводства и могут найти применение в учебном процессе в сельскохозяйственных профессиональных высших учебных заведениях.
Применение измельчителя оригинальной конструкции позволило повысить эффективность предварительной подготовки масличного материала, обеспечивая рост выхода масла до 2%, что подтверждено результатами внедрения на маслоперерабатывающем предприятии ООО «Усманьмасло».
Научные положения, сформулированные в диссертационной работе, подтверждены производственной проверкой в агропромышленных объединениях Липецкой области: ОАО «АПО "Аврора"» и ЗАО «Зерос».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Морфологические и агробиологические особенности онтогенеза ярового рапса, позволяющие выделить наиболее продуктивные сорта, характеризующиеся повышенными хозяйственно ценными признаками.
-
Расчет основных критериев приспособленности растений рапса к факторам среды, определяющий взаимосвязи между элементами структуры урожая и их вклад в формирование продуктивности.
-
Влияние длины вегетационного периода, погодных условий выращивания и сортовых особенностей на биохимический состав семян ярового рапса.
-
Оценка сегетального видового состава и степени засорения посевов ярового рапса, определяющая объём выноса питательных элементов из почвы.
-
Изменение биохимического состава семян ярового рапса в процессе старения определяет их посевные качества.
Личный вклад соискателя заключается в формулировании проблемы, постановке целей и задач работы, выборе методов исследования, выполнении экспериментальной части, обработке, обобщении и интерпретации полученных результатов, подготовке научных публикаций.
Апробация работы и публикация результатов исследований. Основные положения исследовательской работы докладывались:
на Международных конференциях: "Повышение эффективности агропромышленного производства в условиях современных форм хозяйствования" (Воронеж, 1995), "Научное обеспечение отрасли рапсосеяния и пути реализации биологического потенциала рапса" (Липецк, 2000), "Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность" (Санкт-Петербург, 2006), "Современные проблемы популяционной экологии" (Белгород, 2006), "Проблемы технологического образования в школе и ВУЗе" (Москва, 2006), "Технолого-экономическое образование: проблемы, инновации, перспективы" (Тула, 2007), "Региональные проблемы устойчивого развития сельской местности" (Пенза, 2007), VII Международный симпозиум "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования" (Пущино, 2007), "Технологическое образование в школе и ВУЗе: проблемы и перспективы" (Липецк, 2007), "Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации" (Липецк, 2007), "Современное состояние, проблемы и перспективы региональных ботанических исследований" (Воронеж, 2008);
на Всероссийских конференциях: "Всероссийская школа молодых ученых и специалистов по актуальным вопросам теории и практики кормопроизводства" (Липецк, 1995), "История и развитие идей П.П. Семенова-Тян-Шанского в современной науке и практике школьного образования" (Липецк, 2002), "Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации" (Липецк, 2006), "Актуальные проблемы естествознания" (Липецк, 2006), "Экологическое образование в целях устойчивого развития" (Самара, 2007), "Научное наследие Петра Петровича Семенова-Тян-Шанского и его роль в развитии современной науки" (Липецк, 2007), "Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур", (Пенза, 2008);
на Межрегиональных конференциях: Воронеж 1991, 1993, 1997, 1999, Мичуринск 2007;
на Региональных и межвузовских конференциях: Воронеж 1993, 1996, Липецк 2001, 2007, Курск 2006, 2007.
Общее количество научных публикаций – более 80 работ. Основные положения диссертации опубликованы в 66 научных работах, в том числе 9 в центральной печати, монографии «Агроэкологические и биохимические особенности ярового рапса», получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 390 странице компьютерного текста, состоит из введения, семи глав, основных выводов, рекомендаций для производства и библиографического списка, включающего 528 наименований, в том числе 137 иностранных источников. Экспериментальные данные приведены в 96 таблицах, 77 рисунках и 30 приложениях.
Похожие диссертации на Основы формирования продуктивности и качества семян ярового рапса в лесостепи ЦЧР
