Введение к работе
Актуальность проблемы. Мурманская область представляет собой северную' границу индустриального возделывания сельскохозяйственных растений в европейской части России. Почвенно-климатические условия на этой территории имеют выраженный экстремальный характер и предъявляют достаточно жесткие требовашія к биологическим особенностям выращиваемых здесь культур. Для нормального роста и развития в данном регионе интродуцируемые растения должны обладать широким диапазоном онтогенетической адаптивности, обеспечивающим устойчивое формирование урожаев в условиях значительных флуктуации ведущих абиотических факторов окружающей среды - света, температуры и атмосферных осадков (Дадыкин, 1953, 1962; Шахов, 1962, 1965; Власова, Будки, 1973; Жученко, 1988).
Увеличение производства, расширение ассортимента и повышение качества картофеля в Заполярье тесно сопряжено с созданием и внедрением в производственный процесс новых высокопродуктивных сортов, прогрессивной технологии возделывания и рациональной системы питания картофеля (Эйхфельд, 1932; Веселовский, 1935; Вавилова', 1961, 1963; Коровин, 1972; Аникина и др., 1986; Елсаков, 1981, 1990; Мельничук, 1990). Особое значение для успешного решения многогранной проблемы повышения урожайности и питательной ценности.картофеля имеет разработка вопросов экологии, физиологии и биохимии данной культуры (Каспарова и др., 1947; Журбицкий, Вартапетян, 1956, 1959; Ананьина, 1958, I960; Вартапетян, 1962; Кислякова, 1962, 1965; Гомоляко, 1968; Куликова, 1976, 1990). На наш взгляд, центральным моментом этой задачи является комплексное изучение фотосинтеза картофеля, как основы создания биологического и хозяйственного урожаев.
В технологической политике заполярного земледелия вопросам экологической физиологии картофеля до сих пор не уделялось должного внимания. Именно поэтому особую теоретическую и пракпиескую значимость представляет системное агроэколога-ческое изучение фотосшпетической деятельности картофеля в маргинальных условиях его возделывания (Костзок, 1994). Данный подход позволяет глубже понять существо и взаимосвязь ключевых элементов продукционного процесса и приближает к практической реализации физиологических основ продуктивности картофеля на Севере. Этим объясняется актуальность проблемы исследования.
Цель и задачи исследования. Целью работы было комплексное изучение экологических аспектов фотосинтеза и продуктивности картофеля на северном пределе его культнгенного ареала. Основная идея проведенных исследований заключалась в разработзсе пакета
эффективных приемов управления продукционным процессом картофеля на уровне агроценоза, учитывающего состояние фотосинтетического аппарата, особенности его взаимодействия с габитуалышми параметрами растений и с императивными факторами окружающей среды, качественные и количественные характеристики функциональной структуры агроценоза. В задачи работы входило:
изучение региональных закономерностей влияния ведущих факторов внешней среды (света, температуры) на структурно-функциональное состояние ассимиляционного аппарата различных генотипов картофеля, а также на их биопродуктивность;
определение основных элементов радиационного режима в посадках картофеля в связи с особенностями пространственно-временной структуры агроценоза и фотосинтетическим статусом растений;
эколого-физиологическое изучение влияния органических и минеральных удобрений на фотосинтез и продуктивность картофеля в специфических почвенно-климатических условиях Кольской Субарктики;
- разработка и масштабная апробация агроэкологаческих способов
оптимизации архитектоники посадок картофеля с целью повышения
урожайности культуры;
количественная оценка и формализованное отображение комплексного воздействия метеорологических условий на хозяйственную продуктивность картофеля.
Научная нозызиа результатом
1. Впервые в условиях Кольского Севера на репрезентативном
наборе генотипов картофеля проведено системное изучение экологс-
физиочогаческих и биоэнергетических аспектов фотосинтеза, роста
и продуктивности данной культуры, охватывающее уровни листа,
растения и агроценоза.
-
Осуществлено комплексное исследование радиационного режима в посадках картофеля и установлена степень утилизации энергии фотосинтелгчески активной радиации в процессах новообразования биологического и хозяйственного урожаев.
-
С использованием математических методов планирования многофакгорных экспериментов подобраны и апробированы физиологически сбалансированные варианты питания картофеля.
4. Получена теоретическая и экспериментальная оценка
потенциальной и климатически обеспеченной урожайности
картофеля в данном регионе.
5. На основе системного подхода построена двухфакторная
статистическая модель для оценки гидротермических условий
формирования хозяйственных урожаев картофеля.
Освошвде полойсекня, выкогнмые иа защиту
1. Зколого-физиологическая адаптация растений картофеля к
светотемпературным условиям Кольского Севера имеет
иерархический характер и проявляется на разных уровнях
структурно-функциональной организации ассимиляционного
аппарата.
-
Ведущими экологическими факторами, лимитирующими продуктивность картофеля в Заполярье, являются гидротермические условия вегетационного периода. Световой режим в посадках картофеля в основном корректирует диапазон фенотипической пластичности растений в пределах физиологически обусловленной нормы реакции культуры.
-
Растения картофеля на Кольском Севере максимально приспособлены к суточным и сезонным вариациям интенсивности потока солнечной радиации, что позволяет им полностью использовать генотипические возможности фотосинтетического аппарата в продукционном процессе.
-
Для создания экологически рациональной архитектоники посадок картофеля требуется комплексная оптимизация пространственно-временных характеристик агроценоза длительности светового проращивания семенных клубней, сроков и густоты посадки, азимутальной ориентации рядков.
5. Низкое естественное плодородие местных почв
обусловливает необходимость регулярного внесенная под картофель
органических и минеральных удобрений в оптимальных дозах и
сбалансированном соотношении. Наибольшая окупаемость туков (в
виде урожая клубней) наблюдается при дошошровании фосфорного
компонента з их составе.
6. Потенциальная и климатически обеспеченная урожайность
картофеля на Кольском п-ове соизмерима с потенциальной
урожайностью картофеля в средних широтах к составляет 8-Ю
кг/м2.
Достоверность научных положений и выводов обеспечена.
надежностью и представительностью исходных экспериментальных данных;
сравнением полученных результатов с материалами аналогичных исследоваїшй з России и за рубежом;
применением современных методов исследований и сопоставимостью результатов, полученных разными методами;
- оценкой выявленных связей с помощью математической
статистики;
- апробацией предложенных теоретико-методических подходов и
технологических приемов в научных учреждениях и
сельскохозяйственных предприятиях.
Практическое зшчекгг н реализация результатов исследований
Разработана система морфометрических и физиологических
характеристик архитектоники посадок картофеля, оптимизирующая
продукционный процесс на уровне атроценоза. Апробированы
эффективные агроэкологические способы управления
продуктивностью картофеля, позволяющие без дополнительных материально-энергетических затрат получать максимальный выход хозяйственного урожая с единицы площади поля. Предложена модифицированная система минерального питания растений картофеля, способствующая получению высокого урожая товарных клубней с хорошими пищезьши свойствами и повышающая лежкость картофеля в период зимнего хранения. Кардинально усовершенствована региональная технология возделывания картофеля сорта Хибинский ранний, которая внедрена в опытно-показательном хозяйстве Полярной опытной станшш ВИРа и в агрофирме "Индустрия".
Прикладные аспекты проведенной работы отражены в практических рекомендациях "Агротехника производства раннего картофеля в Мурманской области" (1991) и "Основные элементы технологии выращивания картофеля в Мурманской области" (1995). Сформулированные автором научные положения и выводы используются при чтении спецкурсов на ііафедрах физиологии растений Петрозаводского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного аграрного утшверситета.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были
доложены на научно-практической конференции аспирантов и
научных сотрудников ВИРа (Ленинград, 1977), на республиканском
научном семинаре "Направление и перспективы исследований по
фотосинтезу для целей селекции высокопродуктивных сортов
зерновых и кормовых культур в условиях Нечерноземья" (Ленинград,
1979), на VIII Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы
Севера" (Апатиты, 1979), на расширенном научно-производственном
совещании отделов фотосинтеза и клубнеплодов ВИРа (Ленинград,
І981), на научном семинаре лаборатории фотосинтеза
Биологического научно-исследозатеяьского института
Ленинградского государственного университета (1982), на областном научно-практическом семинаре по индустриально}! технологии производства картофеля (Мурманск, 1984), на Всесоюзном совещании "Пути реализации Продовольственной программы на Крайнем Севере" (Петропавловск-Камчатский, 1984), на Всесоюзной конференции "Почвенно-агрохимические и экологические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов" (Пущино, 1988), на научном семинаре лаборатории .математической теории планирования экспериментов Московского государственного университета (1989).
Публикация. По теме диссертации опубликованы монография и 39 статей (из них 6 в соавторстве) общим объемом 30 печатных листов.
Структура н ьем работы. Диссертация представлена в виде опубликованной монографии, состоящей из введения и пяти глав, посвященных вопросам обоснования методологии исследований, изучению влияния экзогенных и эндогенных факторов на фотосинтетический статус различных генотипов картофеля, характера радиационного режима и фотосинтетической деятельности Картофеля в условиях агроценоза, а также оценке агроэкологических способов регуляции фотосинтеза и продуктивности картофеля. Работа завершается резюмирующим заключением и списком цитированной литературы, который включает 246 наименований, в том числе 35 иностранных. Монография содержит 16 рисунков и 79 таблиц. Ее общий объем составляет 13 уч.-изд. листов.