Содержание к диссертации
Введение
1 CLASS Обзор литературы CLASS 8
1.1 Засухоустойчивость яровой пшеницы 8
1.2 Эффективность различных приемов основной обработки почвы под яровую пшеницу 19
1.3 Влияние регуляторов роста на рост, развитие и продуктивность растений 27
1.4 Диагностика и повышение засухоустойчивости яровых культур . 31
2 Условия, объект и методика проведения исследований 43
2.1 Почвенно-климатическая характеристика региона 43
2.2 Погодные условия в годы исследований 46
2.3 Методика полевых и лабораторных исследований 49
3 Экспериментальная часть 54
3.1 Влияние агроклиматических условий на засухоустойчивость яровой пшеницы в связи с потеплением климата 54
3.1.1 Основные черты климата и их изменчивость 54
3.1.2 Гидротермические условия вегетации яровой пшеницы и их изменчивость 71
3.1.3 Анализ причин повреждения и гибели яровой пшеницы под влиянием засухи 83
3.2 Диагностика засухоустойчивости яровой пшеницы по содержанию аминокислот 85
3.3 Влияние приемов основной обработки почвы на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы 90
3.4 Влияние регуляторов роста на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы 99
3.5 Влияние приемов основной обработки почвы и регуляторов роста на качество зерна 105
3.6 Разработка и совершенствование методов диагностики и повышения засухоустойчивости растений 107
3.6.1 Метод повышения засухоустойчивости яровой пшеницы 107
3.6.2 Модифицированный метод диагностики засухоустойчивости яровой пшеницы 109
3.6.3 Система оценки засухоустойчивости яровой пшеницы 111
4 Экономическая и энергетическая эффективность приемов возделывания яровой пшеницы 114
Выводы 118
Предложения производству 120
Список использованной литературы 121
Приложения 135
- Диагностика и повышение засухоустойчивости яровых культур
- Методика полевых и лабораторных исследований
- Влияние агроклиматических условий на засухоустойчивость яровой пшеницы в связи с потеплением климата
- Разработка и совершенствование методов диагностики и повышения засухоустойчивости растений
Введение к работе
Увеличение производства высококачественного зерна яровой пшеницы в настоящее время является одной из важнейших задач агропромышленного комплекса Российской Федерации и, в частности, Поволжья, где она высевается на площади более 3 млн.га.
Зерно этой культуры отличается оптимальным сочетанием белка и углеводов, и может использоваться как для выпечки хлеба, так и для производства макаронных изделий. Многочисленные исследования и практический опыт показывают, что почвенно-климатические условия лесостепной зоны Среднего Поволжья позволяют получать в регионе высокий урожай продовольственного зерна яровой пшеницы с высокими технологическими качествами.
Практика производства продовольственной пшеницы передовыми хозяйствами доказывает реальность этой задачи.
Несмотря на то, что биоклиматический потенциал региона является достаточно высоким, в отдельные неблагоприятные по влагообеспеченности и температурным условиям годы яровая пшеница страдает от засухи, а урожайность ее при этом сокращается на 0,4-0,6 т/га, что приводит к существенному недобору зерна.
Основными причинами слабой засухоустойчивости и жаростойкости посевов является использование слабоустойчивых сортов, а также несовершенство технологии, включающее неправильный выбор приемов обработки почвы, не обеспечивающих сохранение влаги, что существенно препятствует оптимизации роста, развития и процесса закаливания растений к дефициту влаги в сочетании с высокой летней температурой. Существенное изменение основных агрометеорологических показателей в связи с потеплением климата, значительно влияет на засухоустойчивость и жаростойкость яровой пшеницы. Комплекс названных причин приводит к большим потерям урожая зерна.
В настоящее время, как в России, так и за рубежом накоплен опыт применения регуляторов роста для повышения устойчивости культурных растений к неблагоприятным условиям среды (О.А. Заботина, 1993; Г.С. Муромцев и др., 1994; В.И. Костин, 1998, 2000). Однако, в лесостепной зоне Поволжья еще не накопилось достаточной научной информации о влиянии регуляторов роста на продуктивность и устойчивость яровой пшеницы.
В результате проведенных ранее исследований накопился богатый научный и практический материал по проблемам возделывания яровой пшеницы в условиях Среднего Поволжья (А.И. Чирков, Л.В. Карпова, Н.Н. Мишин, Т.А. Антонова, Ф.Ш. Шайхутдинов, Е.Л. Хованская и др.). Но на сегодняшний день остается недостаточно изученным влияние агрометеорологических условий, различных приемов основной обработки почвы, регуляторов роста на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы. Отсутствуют высокоэффективные методы оценки засухоустойчивости и способы защиты растений от засухи.
В связи с вышесказанным, проведение названных исследований является актуальным и практически значимым.
Диссертационная работа является составной частью НИР, предусмотренных планом кафедры растениеводства ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (Раздел I «Агроэкологические условия получения высоких урожаев сельскохозяйственных растений в лесостепи Поволжья»).
Цель исследований. Изучить роль агроэкологических факторов на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы.
Задачи исследований:
- на основе комплексного анализа агрометеорологических данных
уточнить причины повреждения и гибели яровой пшеницы с учетом потеп
ления климата;
- изучить влияние различных приемов основной обработки почвы на
засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы;
выявить влияние регуляторов роста (Эль-1 и Мелафен) на накопление в листьях свободных аминокислот, повреждаемость и выживаемость растений в условиях дефицита влаги в сочетании с высокотемпературным стрессом;
разработать эффективный способ защиты яровой пшеницы от засухи;
дать энергетическую оценку эффективности изученных приемов.
Научная новизна. На основе экспериментальных исследований и комплексного анализа обширного статистического материала выявлено влияние потепления климата на причины повреждаемости и гибели яровой пшеницы.
Впервые с использованием биохимических показателей (содержания свободных аминокислот в листьях растений) установлено влияние различных приемов основной обработки почвы на засухоустойчивость, жаростойкость и урожайность яровой пшеницы. Обосновано влияние регуляторов роста (Эль-1 и Мелафен) на засухоустойчивость, жаростойкость, урожайность и качество зерна яровой пшеницы Л-503.
Разработан и запатентован (Патент РФ № 2239299) эффективный способ защиты растений от засухи, основанный на комплексной обработке семян и растений водными растворами защитных соединений.
Выявлена корреляционная связь основных метеорологических факторов, динамики накопления защитных аминокислот в листьях яровой пшеницы с летней повреждаемостью и гибелью растений от засухи и критической температуры.
Практическая значимость. Предложена для использования в производстве в качестве приема основной обработки почвы вспашка на глубину 20-22 см, а также комплексная обработка семян и растений в фазе кущения водными растворами регуляторов роста Мелафен и Эль-1, обеспечивающих повышение выживаемости на 23% и урожайности пшеницы в условиях засухи с 2,32 до 2,72 т/га или на 15%, и улучшение качества зерна.
Новый высокоэффективный способ защиты растений от засухи (Патент РФ № 2239299) может успешно использоваться в производственных условиях для повышения засухоустойчивости яровой пшеницы.
Новая система оценки, в основе которой лежит использование комплекса показателей (крахмальная проба, накопление свободных аминокислот в листьях в засушливый период) позволит существенно повысить объективность оценки засухоустойчивости яровой пшеницы.
Основные положения, выносимые на защиту:
засухоустойчивость яровой пшеницы и потепление климата;
роль приемов основной обработки почвы в регулировании засухоустойчивости яровой пшеницы;
засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы в зависимости от регуляторов роста;
способ защиты растений от засухи;
система оценки засухоустойчивости растений;
- энергетическая эффективность результатов исследований.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения
диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002); Международной конференции, посвященной 60-летию победы под Сталинградом «Проблемы АПК» (Волгоград, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2003); I и II Международной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2003, 2004); Научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора Г.Б. Гальдина (Пенза, 2003); Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедры общего земледелия «Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства» (Пенза, 2004); Международной научно-практической конференции. «Роль почв в сохране-
ний устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие (Пенза, 2005).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, из них одна авторская статья. Получен Патент Российской Федерации № 2239299 на изобретение и медаль «Лауреат Всероссийского выставочного центра».
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 134 страницах компьютерного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству, включает 24 таблицы, 8 рисунков, 4 приложения.
Список использованных литературных источников включает 160 наименований, в том числе 7 иностранных авторов.
Диагностика и повышение засухоустойчивости яровых культур
Косвенные методы оценки засухоустойчивости издавна разрабатывались для целей растениеводства и селекции. Однако, они себя не оправдали, хотя и сыграли большую роль для развития учения о засухоустойчивости. К таким методам можно отнести метод, который судил о засухоустойчивости по ксероморфизму структуры сортов; метод, предусматривающий фиксацию количества воды в растении (П.А. Генкель, 1971). В связи с ненадежностью косвенных методов оценки засухоустойчивости целесообразно применение прямых методов. Одним из прямых методов является испытание в полевой обстановке. Однако, в поле далеко не каждый год бывает засуха, и поэтому ее попытались создать искусственно. Исходя из представлений Н.А. Максимова (1952) о том, что засухоустойчивость есть способность переносить длительное обезвоживание, И.И. Туманов (1929) разработал метод определения засухоустойчивости путем непосредственного испытания растения засухой. Выращиваемые в вегетационных сосудах растения перестают на некоторое время поливать, а затем опять поливают. Собранный урожай служит критерием засухоустойчивости. Чем выше урожай, тем более засухоустойчиво растение. Метод этот не может считаться прямым, так как здесь исключено различие в мощности и глубине залегания корневой системы, которое может внести существенные поправки в результаты определения. Для исправления этого недостатка был разработан метод засушника. Сущность его сводится к тому, что растения выращивают непосредственно в поле на небольших делянках, а над ними строят каркас, который закрывают во время дождя непромокаемым материалом. В засушнике растения уже испытывают почвенную засуху в естественной обстановке (П.А. Генкель, 1969).
Для испытания влияния атмосферной засухи строят суховейные камеры, в которых испытывают действие сухого и горячего ветра на растение в сосудах.
В настоящее время все же можно предложить прямые лабораторные методы, показывающие степень засухоустойчивости, т. е. способность тканей растения выносить обезвоживание и перегрев. Следует, однако, подчеркнуть, что они дают представление о способности переносить обезвоживание и перегрев в момент анализа для определенной фазы развития растений. Для того чтобы составить более полное представление о засухоустойчивости растения в течение всего индивидуального развития, эти определения необходимо проводить несколько раз в течение вегетационного периода в самые ответственные фазы развития.
Из методов определения способности растений выносить перегрев можно отметить метод Ф.Ф. Мацкова (1936), а также метод коагуляции белков цитоплазмы.
Для определения способности растения выносить обезвоживание производят: 1) непосредственное определение способности растения переносить обезвоживание (эксикаторный метод); 2) определение синтетической способности растений (метод крахмальной пробы). В качестве дополнительных методов могут быть рекомендованы определение осмотического давления и определение дневного и остаточного водного дефицита.
Метод крахмальной пробы сводится к следующему. В поле не раньше 11-12 ч дня, когда в листьях накопилось уже достаточное количество крахмала, срывают листья определенного яруса и подвергают их завяданию не на солнце, а в тени, в условиях лаборатории, в течение 2-3 ч. Затем, обесцвечивая листья спиртом, производят пробу на крахмал, действуя раствором йода в йодистом калии.
Результаты выражают по пятибалльной шкале: 1 - крахмала нет; 2 - очень мало; 3 - мало; 4 - много; 5 - очень много.
Проведенные по этому методу определения показали, что получаются очень четкие результаты с просом, подсолнечником, картофелем и менее хорошие результаты с пшеницей, в листьях которой, как известно, образуется мало крахмала.
Таким образом, метод крахмальной пробы дает нам биохимическую характеристику засухоустойчивости, причем не в статике, а в динамике, так как вполне можно сделать данное определение неоднократно, на разных фазах развития растений.
Все приведенные выше методы дают представление только о способности растения выносить перегрев и обезвоживание на различных этапах своего онтогенеза. Однако, проблема засухоустойчивости значительно слож нее, так как, помимо этих физиологических признаков, большое значение имеют еще биологические свойства растений. К этим свойствам относятся продуктивность, ритм развития.
За последние годы много внимания уделяется прямым лабораторным методам диагностики на засухоустойчивость, разработаны методы для культурных растений (П.А. Генкель, 1946, 1955, 1970, 1975) и плодовых (М.Д. Кушниренко, Т.А. Усанова, 1970). Для селекционных целей метод диагностики лучше проводить с семенами. Таким методом, хотя и не вполне прямым, является метод по способности проростков развивать большую сосущую силу на сахарных растворах. Метод этот, был модифицирован Т.В. Олейниковой, К.Н. Кожушко, 1970: была показана его применимость для сортовой диагностики растения на засухоустойчивость.
Методом, определяющим одновременно жаро- и засухоустойчивость, является предложенный нами метод по учету гидролиза статолитного крахмала, имеющегося в корневом чехлике. Крахмал этот играет роль в геотропизме растений и сравнительно трудно растворяется. Работа проводится с прорастающими в течение двух суток зерновками злаков. При повышенных температурах (37-40С) зерновки выдерживают в течение одного часа и затем у них, после окрашивания крахмала йодом в йодистом калии, под микроскопом выявляют содержание крахмала. У более жароустойчивых сортов крахмала остается больше, а у неустойчивых - меньше. Определение содержания крахмала учитывают по пятибалльной шкале.
Для определения засухоустойчивости проросшие зерновки выдерживают (18-24 ч) в эксикаторе над раствором хлористого натрия, а затем определяют содержание крахмала тем же способом, что и в первом случае. Способ применим для зерновок проса, овса, кукурузы, ячменя, пшеницы и семянок подсолнечника.
Методика полевых и лабораторных исследований
Исследования проводились в условиях полевого стационарного опыта кафедры общего земледелия по изучению систем основной обработки почвы в восьмипольном зернопаропропашном севообороте (чистый пар - озимая пшеница - картофель — яровая пшеница — вико-овес - озимая пшеница - кукуруза - ячмень) в учебно-опытном хозяйстве ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» в 2003-2005 г.г.
Регуляторы роста Мелафен, Эль-1 использовали для обработки семян и растений пшеницы в фазе кущения.
Мелафен - меламиновая соль бис (оксиметил) фосфориновой кислоты, применяется в качестве регулятора роста и развития растений. Действие препарата подобно действию цитокининов на энергетический и метаболический обмен растений, вызывая эффекты в концентрациях на несколько порядков ниже, чем при применении регулятора роста. Мелафен увеличивает интенсивность дыхания и фотосинтеза, повышает скорость фотофосфорилирова-ния. Водный раствор Мелафена 1-Ю"6 - 1-Ю"8 % приводит к значительному повышению энергии прорастания (на 5-25 %) и всхожести семян, при этом у растений резко повышается биосинтез хлорофилла (на 15-25 %) и каратинои-дов (на 15-20 %). Полевые испытания Мелафена на озимой ржи и пшенице, проведенные в 13 хозяйствах Ульяновской области в 2001-2002 годах показали увеличение урожайности на 3,28 ц/га (20,0 %) при средней урожайности на контроле 16,01 ц/га.
Применение Мелафена в чрезвычайно низких концентрациях (1-го грамма препарата достаточно для обработки 1000000 тонн семян, которых хватит для засева 5000000 га пашни) приводит как к значительному увеличению урожайности, так и к улучшению качества сельскохозяйственной продукции. Следствием очень низких применяемых концентраций является получение экологически чистой продукции. На сегодняшний день Мелафен как по действующим дозам, так и по эффективности и широте действия не имеет аналогов в мире и является препаратом нового поколения. Он малотоксичен для теплокровных и не обладает ДНК-повреждающей и мутагенной активностью в широком диапазоне концентраций.
Эль-1 - отечественный, экологически чистый биологический препарат, относящийся к классу регуляторов роста растений. При норме расхода, исчисляемой миллилитрами на гектар посевов, Эль-1 улучшает качественные показатели зерна, овощей, масличных, кормовых и технических культур, одновременно повышая их урожайность до двадцати и более процентов. Биопрепарат Эль-1 является интродуктором устойчивости растений к возбудителям заболеваний и стрессам. Действующим веществом Эль-1 является арахи-доновая кислота, получаемая из морских водорослей, растущих в экстремальных условиях северных морей. В тканях большинства сельскохозяйственных растений эта полиненасыщенная органическая кислота не присутствует и при контакте вызывает в клетках растений гиперчувствительную реакцию - мобилизацию иммунных механизмов, ускорение обмена веществ, оптимизацию, фотосинтеза, рост надземной массы и корней, формирование плодов и цветков. На яровой пшенице в ходе регистрационных испытаний повышение урожайности было зафиксировано в среднем на уровне 14,8 %: в Рязанском НИИСХ на сорте Воронежская 10 - 0,3-3,3 ц/га; в Московской ТСХА на сорте Лада - 2,8-5,1 ц/га, в Курганском НИИ зерновых на сорте Омская 18 - 4,4-4,9 ц/га.
Препарат выпускается в ампулах. Одна ампула объемом 2 мл рассчитана на приготовление 20 л водного раствора, достаточного для инкрустации 2 т семян зерновых. В тех хозяйствах, где есть возможность для опрыскива ния вегетирующих растений, рекомендуется применять Эль-1 в фазу кущения - выхода в трубку (С.К. Абилев, СП. Ножнин, 2001).
В качестве объекта исследований использовался рекомендованный для возделывания в Пензенской области сорт яровой мягкой пшеницы Л-503.
Выведен в НИИ сельского хозяйства Юго-Востока гибридизацией, включающей беккросирование Саратовская 52 (Пысар 29 / Ресквью 13) Саратовская 46.
Разновидность лютесценс.
Колос цилиндрический, белый, средней длины и плотности. Зерно удлиненно-яйцевидное, красное, с узкой средней бороздкой.
Масса 1000 зерен 27-41 г. Содержание белка 12,5 %, клейковины 28,5 -39,8 %. Высота растений 76-84 см.
Сорт среднеспелый. Вегетационный период 68-96 дней. Устойчивость к полеганию выше средней. Засухоустойчивость средняя. Устойчивость к бурой ржавчине и мучнистой росе высокая. Выше среднего восприимчив к пыльной головне, склонен к поражению стеблевой ржавчиной. Хлебопекарные качества хорошие. Ценная пшеница.
Опыты по изучению основной обработки почвы и применению регуляторов роста закладывали в четырех повторениях. Предшественником яровой пшеницы во все годы исследований был картофель.
Опыт I. Влияние основной обработки почвы на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы.
Варианты опыта:
1. Вспашка на 20-22 см (контрольный);
2. Рыхление плугом со стойками СибИМЭ на 20-22 см;
3. Лущение на 12-14 см.
Опыт П. Влияние регуляторов роста на засухоустойчивость и урожайность яровой пшеницы. Варианты опыта:
1. Обработка семян водой (контрольный); 2. Обработка растений пшеницы Мелафеном (0,01 %) в фазу кущения;
3. Предпосевная обработка семян Мелафеном (0,01 %);
4. Обработка семян + обработка пшеницы Мелафеном (0,01 %) в фазу кущения;
5. Обработка пшеницы препаратом Эль-1 (0,01 %) в фазу кущения;
6. Предпосевная обработка семян препаратом Эль-1 (0,01 %);
7. Обработка семян + обработка растений пшеницы препаратом Эль-1 в фазу кущения.
Общая площадь делянок 300 м , учетная - 145 м .
В опыте использовались машины и орудия, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным, тяжелосуглинистым по гранулометрическому составу с мощностью гумусового горизонта 75-80 см. Перед закладкой опыта она характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса в пахотном слое 7,96-8,09 %, рНсол.5,03-5,04, легкогидролизуемого азота 169-191 мг/кг, подвижного фосфора 73-93 мг/кг, обменного калия 117-146 мг/кг.
Агротехника возделывания яровой пшеницы общепринятая для черноземных почв Пензенской области.
Влияние агроклиматических условий на засухоустойчивость яровой пшеницы в связи с потеплением климата
Пензенская область располагается в поясе континентального климата умеренных широт, характеризующемся холодной зимой, жарким летом и короткими переходными сезонами, что во многом определяет специфичность засухоустойчивости яровой пшеницы в регионе.
Климат Пензенской области, как и любой другой территории, формируется при совокупном воздействии радиационных процессов и процессов циркуляции атмосферы. К первым из них относятся поступление радиации от солнца, которое происходит в виде прямых и рассеянных лучей, составляющих вместе суммарную радиацию; поглощение части ее поверхностью земли и отражение остальной части в космическое пространство. К ним же относятся потоки тепловых лучей, направленных от поверхности земли в атмосферу и от атмосферы к земле, разность которых носит название эффективного излучения. Процессы циркуляции атмосферы включают различные формы горизонтальных и вертикальных движений воздуха, переносы теплых и холодных воздушных масс, их взаимодействие, образование вихрей в атмосфере и т. д.
Эти процессы тесно связаны и развиваются под большим влиянием географических факторов (географическая широта, положение на континенте и характер поверхности, в особенности рельеф), благодаря которым и существуют различные типы климата. От первых двух факторов зависит общий режим развития климатообразующих процессов, от последнего - их местные особенности. Географическая широта и положение на континенте определяют главные черты климата и основные закономерности его изменения на территории, то есть ее климатический фон. На нем под воздействием строения поверхности возникают мелкие и крупные отклонения, складывается фактическая картина климатических условий.
Важнейшее значение имеют положение области на широтах 52-54 и на средних меридианах Русской равнины. Характерными общими закономерностями климата здесь являются: повышение температур в теплую часть года с севера на юг, усиление морозности зимы с запада на восток при незначительном изменении ее в южном направлении, уменьшение количества осадков и возрастание засушливости с северо-запада к юго-востоку. Эти закономерности свойственны и территории нашей области. Благодаря им существуют определенные различия в климатических условиях между ее северными и южными, западными и восточными районами. Они находят отражение в характере почвенного и растительного покрова, проявляются в зональности всей природы. В какой-то мере влияют они и на условия роста и развития сельскохозяйственных растений, в том числе яровых культур. Однако, различия климата в пределах области, связанные с общими закономерностями, сравнительно малы, так как невелика ее территория. Эти различия сильно осложняются влиянием строения поверхности на кли-матообразующие процессы. Как известно, для рельефа области характерно наличие довольно крупных возвышенностей и низменностей, различия в высоте которых достигают 150 м. Благодаря этому существуют хорошо выраженные местные особенности климата. Во многих случаях они превосходят различия в тепловом режиме и увлажнении, обусловленные проявлением общих закономерностей климатообразования.
Радиационные процессы в наших широтах испытывают большие периодические изменения в течение года, вызывая соответствующие изменения процессов в атмосфере и свойств воздушных масс. Следствием этих изменений являются сезоны.
Сезонная специфичность формирования климата определяется гидротермическим и световым режимами, основные показатели которых приведены в таблицах 3.1.1.1 -3.1.1.5.
Весна в области начинается в середине марта. К этому времени, как правило, устанавливаются дни с оттепелями, появляются безморозные дни. В конце месяца в дневные часы температура часто поднимается до 5 и выше, изредка до 10-12. Но в последние 40 лет, в связи с глобальным потеплением климата на планете, среднемесячная температура марта в регионе повысилась на 1,3С.
Однако типичным весенним месяцем является апрель. В большинстве районов области в первую пятидневку апреля начинается период с устойчивыми положительными средними суточными температурами.) В наиболее возвышенных районах Засурья, такой период начинается на 3-5 дней позже. В период с 15-20 апреля обычно устанавливается период со средними суточными температурами выше 5 и начинается вегетация природной растительности. В связи с потеплением климата в регионе в последние 40 лет, эти сроки сдвинулись на 2-3 дня назад, что создает благоприятные условия для всходов яровых культур.
Суммарная солнечная радиация в апреле достигает 10,5-11 ккал/см в месяц. Наличие снега на поверхности почвы в начале месяца сказывается на величине поглощенной радиации, но она все же составляет около 70% от суммарной радиации. Радиационный баланс превышает 4 ккал/см в месяц. В то же время средняя температура воздуха в апреле еще низка. В большинстве районов она составляет 4-4,5, а в возвышенном Засурье на 1С ниже. Изредка (один раз в 15-20 лет) средняя температура апреля бывает и ниже 0. Однако, в последние 40 лет, в связи с потеплением климата в регионе среднемесячная температура апреля повысилась на 1,1С.
Разработка и совершенствование методов диагностики и повышения засухоустойчивости растений
В современной науке известны сведения о том, что засухоустойчивость растений можно повысить путем внесения в почву фосфорно-калийных удобрений и микроэлементов (бора, цинка и меди), что способствует возрастанию степени гидратации коллоидов и увеличению в тканях связанной воды (П.А. Генкель, 1975; И.Н. Савицкая, 1976).
В последнее время синтезирован и успешно используется на практике для защиты растений от сочетания дефицита влаги с экстремально высокими температурами широкий спектр регуляторов роста, среди которых следует выделить Мелафен и Эль-1. Однако эти приемы не всегда высокоэффективны, в результате чего засухоустойчивость растений повышается незначительно - на 5-8 %.
Кроме того, разработан метод предпосевного закаливания растений, предусматривающий предпосевное замачивание и подсушивание семян полевых культур в воде (П.А. Генкель, 1975). Но этот метод не отличается универсальностью и его использование ограничивается несколькими видами культурных растений, среди которых ячмень, просо, овес, кукуруза и др. В то же время выделяются культуры (кормовые растения), которые в результате использования этого метода не поддаются закаливанию к засухе, а урожайность их при этом снижается.
Аминокислота пролин, накапливающаяся в вегетативных органах растений в период водного дефицита, способствует трансформации свободной воды в коллоидную форму, что повышает их засухоустойчивость. Причем, накопление пролина может усиливаться на фоне повышенного содержания в тканях углеводов - сахарозы и глюкозы (Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин, 1998).
Опираясь на эти сведения, мы разработали и запатентовали (Патент РФ № 2239299) универсальный, высокоэффективный, оперативный и достаточно простой в исполнении способ защиты яровой пшеницы от засухи, предусматривающий трехкратное замачивание семян водным раствором пролина, сахарозы и глюкозы с последующим их подсушиванием с помощью теплового вентилирования.
Для этого партию семян испытуемой культуры замачивают в течение двух часов в теплом (30-35С) водном растворе аминокислоты пролина и сахарозы, приготовленном в весовом соотношении компонентов 100:1:4 соответственно.
Замоченные в течение двадцати минут в названном растворе семена в течение часа подсушивают путем искусственного вентилирования теплой (38-40С) воздушной струей. Операцию подсушивания и замачивания повторяют трижды в течение трех суток с использованием для замачивания во второй раз водного раствора аминокислоты и глюкозы в весовом соотношении 50:1:5, а в третий раз - этих же компонентов в соотношении 20:1:4. Обработку семян целесообразно проводить за 7-10 суток до высева. Эффективность нового способа подтверждается высокой выживаемостью закаленных растений, выращиваемых в экстремальных условиях в за-сушнике (табл. 3.6.1.1). Таблица 3.6.1.1 — Сравнительная оценка эффективности традиционного и нового способов повышения засухоустойчивости яровой пшеницы Оценка засухоустойчивости различных сортов яровой пшеницы показывает, что новый способ закаливания повышает устойчивость растений к засухе на 10-15 %, тогда как традиционный способ увеличивает этот показатель всего на 2-3 %. 3.6.2 Модифицированный метод диагностики засухоустойчивости яровой пшеницы Умеренно-засушливый климат Среднего Поволжья, провоцирующий в весенне-летний период острую засуху, во многом лимитирует продуктивность яровых зерновых, в том числе яровой пшеницы. В отдельные наиболее неблагоприятные годы урожайность зерновых культур, пострадавших от засухи, снижается на 0,3-0,4 т/га, что приводит к существенному недобору урожая в регионе. В связи с этим, оперативная и объективная оценка засухоустойчивости зерновых культур позволит своевременно принять радикальные меры по защите растений от высокотемпературного стресса. В современной сельскохозяйственной практике для оценки засухоустойчивости культурных растений широко используются прямые методы, в частности, полевой метод, предусматривающий испытание засухоустойчивости непосредственно в природной среде; метод засушника, который предусматривает укрытие вегетирующих растений в период выпадения осадков пленкой; метод завядания, предусматривающий выращивание растений в вегетационных сосудах без доступа влаги и др. Главным недостатком этих методов является их высокая трудоемкость, низкая надежность, т.к. не каждый год бывает засушливым, недостаточная объективность полученных результатов, поэтому их использование не всегда целесообразно. В последние годы большое значение при оценке засухоустойчивости придается аналитическим лабораторным методам, которые предусматривают изучение динамики физиологических или биохимических процессов, которые в той или иной степени обусловливают устойчивость растений к обезвоживанию. Из этой группы наиболее перспективными, на наш взгляд, являются методы оценки синтетической способности растений, в частности, метод крахмальной пробы, основанный на оценке степени угнетения синтеза крахмала (в процессе фо 109 тосинтеза) в период высокотемпературного шока. Существенным недостатком названного метода является его низкая объективность, т. к. цветная реакция крахмала на раствор йода оценивается глазомерно, по пятибальной шкале. В связи с этим, метод крахмальной пробы приемлем только для растений с высоким уровнем фотосинтетической активности: картофель, подсолнечник, сахарная свекла, кукуруза. В то же время, низкая объективность оценки проявляется при работе с пшеницей, в листьях которой синтезируется незначительное количество крахмала. В связи с этим, нами предлагается новая модификация метода крахмальной пробы, существенно повышающая его объективность и позволяющая расширить спектр оцениваемых культур, включая яровую пшеницу.
