Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
История и состояние производства картофеля в Карелии 7
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 10
Актуальность темы 10
Цель и задачи исследований 11
Научная новизна исследований 11
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований.. 13
Основные положения, выносимые на защиту 14
Личный вклад соискателя 15
ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Биотехнологические приемы в производстве семенного материала кар
тофеля 16
Введение картофеля в культуру и современные способы получения оздоровленного семенного материала 16
Ведущая роль семеноводства картофеля во внедрении новых перспективных сортов в производство 19
Методы оздоровления и выращивания посадочного материала 24
Сравнительная эффективность методов оздоровления посадочного материала 26
Методы ускоренного размножения 29
Применение регуляторов роста и биопрепаратов 33
1.2 Эколого-физиологическая характеристика растений как основа реали
зации потенциальных возможностей генотипов 40
Эколого-физиологическая характеристика картофеля 40
Влияние ведущих факторов внешней среды на СОг-газообмен и продуктивность картофеля 53
Интегрированная защита семенного материала от комплекса заболеваний 68
Оценка агротехнологий и составляющих их отдельных приемов агротехники 77
Удобрения картофеля 83
Обработка почвы 90
ГЛАВА II УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Место проведения исследований 95
Объект исследований 95
Агроклиматические и почвенные условия проведения полевых исследований 95
Методы исследований физиологических показателей 100
2.4.1 Исследования С02-газообмена 100
2.5 Методы исследований в защищенном грунте 102
Получение исходных меристемных растений и микроклубней 102
Отбор наиболее развитых форм при микрочеренковании 104
Разработка способов хранения микроклубней 104
Усовершенствование состава питательных сред 104
Производственная проверка исследований в защищенном грунте 105
Поиск наиболее оптимальной схемы пссадки 105
Методы адаптации оздоровленных растений перед посадкой 105
Эффективность способов производства миниклубней 106
Совершенствование приемов оздоровления и ускоренного размножения меристемных растений 106
2.5.10 Оздоровление картофеля на основе использования фиторегуляторов
нового поколения 107
2.6 Методы исследований в открытом грунте 107
Агротехника выращивания миниклубней 107
Агротехника выращивания микроклубней 108
Эффективность бактериальных препаратов 108
Оценка эффективности основных схем выращивания элиты 109
Влияние пгунгитов на урожайность картофеля 110
Изучение эффективности применения различных препаратов и схем защиты картофеля от патогенов 110
Оценка перспективных селекционных образцов картофеля 112
Изучение роли отдельных агротехнических приемов 112
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА III ОЦЕНКА СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ПО ЭЛЕМЕНТАМ ПРОДУКТИВНОСТИ, УСТОЙЧИВОСТИ К БОЛЕЗНЯМ, КАЧЕСТВУ КЛУБНЕЙ
3.1 Экологическое испытание новых сортов и селекционных образцов кар
тофеля по наиболее ценным хозяйственным показателям 116
3.1.1 Урожайность и ее структура, устойчивость к болезням и качествен
ные показатели сортов 120
3.2 Оценка сортов картофеля по параметрам экологической пластично
сти 129
ГЛАВА IV НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОДБОРА СОРТОВ НА ОСНОВЕ ИХ ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ХАКТЕРИСТИКИ
Свето-температурные условия СОг-газообмена картофеля 133
Влияние температуры на дыхание интактных растений 141
Потенциальная продуктивность районированных сортов картофеля применительно к условиям региона 149
ГЛАВА V РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭЛИТЫ В УСЛОВИЯХ КАРЕЛИИ
5.1 Научное обоснование наиболее оптимальной схемы производства эли
ты с использованием оздоровленного семенного материала 154
5.1.1 Экономическая оценка 3-4-5 летних схем производства элиты с ис
пользованием оздоровленного меристемного исходного материала 158
ГЛАВА VI РАЗРАБОТКА ПРИЕМОВ ОРИГИНАЛЬНОГО СЕМЕНОВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ ПРИМЕНТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ КАРЕЛИИ
6.1 Разработка приемов производства и хранения микро- и миниклубней в
защищенном грунте 161
Продуктивность микроклональных растений в связи с их морфогенезом 161
Развитие и продуктивность пробирочных растений в зависимости от регуляторов роста 162
Продуктивность и способы хранения микроклубней 163
Влияние площади питания пробирочных растений на выход клубней
с 1м2 166
Разработка методов адаптации пробирочных растений перед посадкой и эффективность способов производства миниклубней 168
Совершенствование приемов оздоровления и ускоренного размножения меристемных растений картофеля (защищенный грунт) 173
Оздоровление картофеля на основе использования фиторегуляторов нового поколения при ускоренном размножении оригинального картофеля 179
6.2 Совершенствование и адаптация приемов оригинального семеноводст
ва (открытый грунт) 186
Разработка приемов агротехники выращивания миниклубней в полевых условиях 186
Апробация приемов выращивания микроклубней в полевых условиях 189
Влияние бактериальных препаратов на урожайность и качество оздоровленного картофеля 191
Распространение и видовой состав тлей-переносчиков вирусов картофеля в условиях Карелии 195
ГЛАВА VII РАЗРАБОТКА АДАПТИРОВАННОЙ К УСЛОВИЯМ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕМЕВНОГО КАРТОФЕЛЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИ ОБОСНОВАННОЙ УРОЖАЙНОСТИ СЕМЕННЫХ КЛУБНЕЙ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА
7.1 Сравнительная оценка систем защиты картофеля от болезней с исполь
зованием препаратов нового поколения 201
7.1.1 Хозяйственная и экономическая эффективность применения препара
тов в системе защиты картофеля против комплекса патогенов 211
Эффективность применения шунгитов на семенном картофеле 214
Роль сорта и агротехнических факторов в формировании урожайности
картофеля в условиях региона 218
7.3.1 Экономическая эффективность и рентабельность агротехнических
приемов при возделывании картофеля различных сортов 231
ГЛАВА VIII ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ СХЕМЫ СЕМЕНОВОД
СТВА КАРТОФЕЛЯ В РЕСПУБЛИКЕ КАРЕЛИЯ 233
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 238
ВЫВОДЫ 253
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 256
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 257
ПРИЛОЖЕНИЯ 309
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ПРИНЯТЫХ В ДИССЕРТАЦИИ:
ВРК - водорастворимый концентрат;
ВСК — водно-суспензионный концентрат;
га - гектар;
клк — килолюкс;
ГТК - гидротермический коэффициент Селянинова;
д.в. — действующее вещество;
др. - другие;
ИУК - гетероауксин [(3-индолил)уксусная кислота];
конф. — конференция;
КС - концентрат суспензии;
межд. - международный;
науч.-прак. - научно-практическая;
н - норма;
ППП - питомники полевого поколения;
Р — раствор;
с. - сорт;
СП - смачивающийся порошок;
ССЭ — супер суперэлита;
СЭ - суперэлита;
т-тонна;
ТНК - торфонавозный компост;
ФАР - фотосинтетическая активная радиация;
ФП - фотосинтетический потенциал;
ЭСИ - экологическое сортоиспытание;
max -maximum, достаточный максимум («избыток»);
min -minimum, необходимый минимум («недостаток»);
st. -стандарт.
Введение к работе
История и состояние производства картофеля в Карелии
В мировом производстве растительных продуктов питания картофель занимает четвертое место, уступая лишь пшенице, кукурузе и рису (Бараш СИ., Горбатенко Л.Е. и др., 1984; Horton D., Sawyer R.L., 1985). Картофель является «вторым хлебом» многих народов мира. Площадь его посадок в мире совпадает с площадью посевов зерновых и ареал возделывания картофеля (Solanum L.) близок, как и у зерновых, к ареалу размещения населения на земном шаре. Из-за относительной ограниченности размеров пашни в мире новые посевные площади под сельскохозяйственные культуры осваиваются только с увеличением численности населения и в случаях, если это позволяют агроклиматические требования возделывания этой культуры.
Для всех стран мира характерна ориентация на адаптированные к местным условиям культуры и сорта (Жученко А.А., 1988; Wustman R., Carnegie S.F., 2000; Vega S.E., Palta J.P., Bamberg J.B., 2000; Гончаренко A.A., 2006). Одним из наиболее эффективных путей повышения продуктивности, устойчивости, ресурсо-энерго-экономичности, экологической безопасности, а, следовательно, рентабельности и конкурентоспособности растениеводства является селекция новых сортов. Их вклад в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 10 лет оценивается в 10-70%, а экономическая эффективность, по оценкам специалистов США, 1:300. Причем, чем хуже почвенно-климатические и погодные условия, чем ниже техногенная оснащенность сельского хозяйства, тем выше роль сорта в формировании величины и качества урожая, а также рентабельность производства. И наоборот, чем хуже сорт приспособлен к местным условиям, чем меньше он устойчив к действию абиотических и биотических стрессов, тем выше потери, зависимость урожая от «капризов» природы и пр. (Жученко А.А., 1988). Научные приоритеты отечественной селекции в настоящем и будущем связаны, прежде всего, с необходимостью сочетания в одном сорте высокой
потенциальной продуктивности с устойчивостью к экстремальным температурам, короткому вегетационному периоду, засухам и кислым почвам, болезням и вредителям. Стремление к повсеместному распространению высокоурожайных видов и сортов растений без учёта соответствия их эколого-физиологических характеристик погодным условиям региона нельзя считать целесообразным, ибо с ростом потенциальной продуктивности сортов и даже уровня техногенной оптимизации условий внешней среды возрастает значение экологической устойчивости сортов и ценозов (Сандухадзе Б.И. и др., 2003).
Возделывание картофеля в высоких широтах (беломорский очаг возделывания) началось почти одновременно с введением его в культуру в России. Сюда картофель проникал с английских кораблей. По сообщению Сиверса (1766), картофель, привезенный из Англии, давал хорошие урожаи в Олонце, Каргополе, а также в Онежском порту на Белом море. Константин Петров (1881) в кратком описании Олонецкой Губернии писал: «Из огородных растений разводят репу, картофель и лук, а прочие растения в незначительных количествах». К настоящему времени картофель в Карелии стал одной из ведущих сельскохозяйственных культур региона (Дроздов С.Н. и др., 1966), занимая около 10,0 тыс. га. Большая часть посадок размещается в индивидуальном секторе, доля посадок в сельскохозяйственных предприятиях и крестьянских (фермерских) хозяйствах не превышает 20 % от общей площади.
О потенциальной продуктивности картофеля в Карелии могут свидетельствовать данные сортоиспытательных участков и Карельской государственной сельскохозяйственной опытной станции. По данным сортоучастков, урожайность картофеля составляет 15-25 т/га; урожайность в 25-30 тонн встречается значительно реже и может считаться для Карелии высокой. В отдельные благоприятные годы урожайность картофеля достигала 35,5-50,3 т/га (Фельдман В.А., 1949). По данным Министерства сельского хозяйства и продовольствия республики Карелия, наибольшие урожаи картофеля были
отмечены в ФГПУ «ОПХ Вилга» в 1983 г. - 26 т/га; в ГУП «Совхоз «Толвуй-ский» в 1999 г. - 23,5 т/га, в 2006 г. - 25,2 т/га; в ГПЗ «Сортавальский» в 1999 г. - 25,6 т/га. Так, ГУП РК «Совхоз «Толвуйский» в 2007 году, по данным ВИАПИ им. А.А. Никонова РАСХН РосАгроФондом (2007), был включен в клуб «Картофель-100», как один из наиболее крупных и эффективных предприятий России по урожайности картофеля за 2003-2005 гг. Наиболее высокая средняя урожайность картофеля по республике была в 1986 г. —14,6 т/га, в 1989 г. - 14,5 т/га, в 2001 г. - 14,5 т/га. Однако такая урожайность отмечается только в благоприятные по метеорологическим условиям годы. Сделать ее стабильной пока не удалось.
Таким образом, средняя урожайность картофеля в республике Карелия в 1,5 — 2 раза ниже урожайности лучших хозяйств, что свидетельствует о неиспользованных резервах повышения продуктивности этой культуры.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства республики Карелия является повышение урожайности и улучшение качества картофеля для полного обеспечения региона этим продуктом. В производстве картофеля, особенно в зоне неустойчивого земледелия, к которым принадлежит Карелия, необходимы сорта, устойчивые к экстремальным условиям среды и имеющие высокую стабильную урожайность (Жученко, 1988; 1999; 2008; Яшина, 2000). Кроме того, Европейский Север принято рассматривать как один из наиболее благоприятных регионов для выращивания качественного семенного картофеля (Атабеков, 1987, 1988; Анисимов, 1999, 2001, 2003, 2008). В решении этой задачи первостепенное значение имеет обеспечение посевных площадей высококачественным семенным материалом. В основе повышения качества семенного картофеля лежит использование в предбазисном семеноводстве оздоровленного исходного материала, полученного биотехнологическими методами оздоровления, ускоренного размножения и агротехнических приемов (Бутенко, 1985, 1988; Трофимец, 1977,1987, 1991).
Отдельно взятые агротехнические приемы, принятые как оптимальные при производстве семенного материала для обычной схемы семеноводства, нельзя считать наиболее целесообразными в производстве элиты картофеля на оздоровленной основе (Зыкин, 1978, 1985, 2001). В связи с этим некоторые технологические вопросы получения и возделывания семенного материала, дальнейшего его размножения, как в лабораторных, так и в полевьтх условиях потребовали уточнения и усовершенствования применительно к условиям Карелии. Теоретические разработки последних десятилетий способствовали появлению эффективных практических приемов и методов селекции и семеноводства картофеля. В связи с этим необходимо с полной очевидностью представлять, что основой семеноводства является выполнение
целого комплекса научно-обоснованных мероприятий, обеспечивающих поддержание высокой продуктивности сорта.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлось научное обоснование технологического процесса элитного семеноводства и подбора сортов картофеля для условий Республики Карелия. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
Выявить эффективность использования перспективных сортов картофеля различной скороспелости, наиболее адаптированных к местным агроланд-шафтам.
Исследовать влияние ведущих факторов среды — света и температуры на СО2 -газообмен интактных растений картофеля и на этой основе сформулировать требования к перспективным сортам с целью ускоренного продвижения их в производство.
Провести оценку 3, 4 и 5-летней схем выращивания элиты на основе оздоровленного методом культуры апикальной меристемы исходного материала с использованием питомника отбора клонов.
Разработать научно-обоснованные приемы оригинального семеноводства картофеля и способы их решения по ряду показателей:
определить продуктивность микроклональных растений в зависимости от применяемых регуляторов роста и стресспротекторов-фиторегуляторов в питательных средах и изучить их антивирусную активность в последействии;
выявить влияние площади питания высаженных микрорастений на выход миниклубней с 1 м2;
усовершенствовать способы оздоровления и ускоренного размножения ме-ристемных растений в защищенном грунте;
обосновать эффективность выращивания миниклубней в условиях изоляции;
провести оценку новых приемов производства микроклубней, миниклубней из защищенного грунта.
Усовершенствовать комплексную систему защиты семенного картофеля от патогенов на основе предупредительных защитных мероприятий препаратами нового поколения (хитозарами).
Установить степень влияния основных элементов улучшенной технологии, определяющих уровень урожайности картофеля применительно к условиям региона.
Изучить эффективность применения бактериальных препаратов и местных удобрений (шунгитов) при выращивании картофеля.
Научная новизна исследований. Предложен научно-обоснованный комплекс мероприятий по усовершенствованию технологического процесса производства оригинального и элитного семенного картофеля на основе сочетании принципов энергосбережения, повышения адаптивных качеств растений, оптимизации процессов ассимиляции и фотосинтеза за счет подбора адаптированных сортов и улучшенной технологии их выращивания с целью получения высококачественной, свободной от вирусной инфекции элиты.
Разработан дифференцированный подход к подбору и оценке перспективных сортов картофеля, наиболее адаптированных к условиям Карелии на основе количественной характеристики зависимости СОг-газообмена оздоровленных интактных растений картофеля от свето-температурных условий среды и определены параметры, обеспечивающие заданные уровни фотосинтеза.
Выявлена наиболее эффективная 5-летняя схема производства элиты на основе оздоровленного методом культуры апикальной меристемы исходного материала с использованием питомника отбора клонов.
С целью сдерживания динамики поражения вирусными болезнями предложен регламент использования полифункциональных физиологически активных препаратов нового поколения (эпин, этихол, бензихол, фавихол и Р-344) на основных этапах ускоренного размножения оригинального семенного картофеля.
Предложен научно-обоснованный комплекс мероприятий по использованию бактериальных препаратов и местных шунгитов при выращивании картофеля. Разработана высокоэффективная система защиты оздоровленного семенного картофеля от комплекса заболеваний на основе применения биологически активных веществ, предупредительных защитных мероприятий и установлен вклад основных ее элементов, определяющий уровень максимальной урожайности.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Разработанные способы размножения в условиях защищенного и открытого грунта позволяют организовать технологический процесс производства высококачественного, свободного от вирусной инфекции семенного картофеля, базирующийся на рациональном сочетании бактериальных, минеральных и органических удобрений, рассчитанных на максимальный урожай, обеспечивающий получение наибольшего количества семенных клубней, в наиболее пригодном для этой цели Северном регионе РФ.
Разработанный соискателем технологический процесс выращивания оригинального и элитного семенного материала одобрен Правительством Республики и внедрен в масштабах Карелии.
Результаты исследований автора были использованы при разработке «Программы восстановления семеноводства картофеля в Республике Карелия на 2000-2003 гг.» (Петрозаводск, 1999); в коллективную монографию «Биотехнология в сельском хозяйстве и пищевой промышленности» Нью-Йоркского научного издательства Nova Science (Zaikov, 2004); в рекомендации по внедрению научных разработок в производство «Улучшенная технология выращивания картофеля в условиях Европейского Севера» (Рекомендации для хозяйств всех форм собственности, занимающихся выращиванием товарного картофеля), которые используются в учебном процессе Петрозаводского педагогического университета (Петрозаводск, 2007).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Принципы подбора и оценки селекционного материала по комплексу хо
зяйственно-ценных признаков, выраженных в форме математической модели
зависимости биологических процессов от основных факторов среды.
Обоснование технологического процесса получения оригинального и элитного семенного картофеля на основе использования современных биотехнологических методов.
Роль сорта, отдельных агротехнических приемов и агроклиматических факторов в формировании повышенной семенной продуктивности и максимальной урожайности картофеля.
Апробация работы. Результаты исследований представлены, доложены и обсуждены на Международных и научно- практических конференциях: «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке» (Сыктывкар, 2001); «Карелия и РФФИ» (Петрозаводск, 2002); «Химический метод защиты растений: состояние и перспективы повышения экологической безопасности» (СПб, 2004); «Растениеводство на Европейском Севере: состояние и перспективы» (Петрозаводск, 2004); «Проблемы физиологии растений Севера» (Петрозаводск, 2004); «Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества» (Петрозаводск, 2005); «Научное обеспечение развития агропромышленного комплекса на Европейском Севере РФ» (Петрозаводск, 2005); «Современное состояние и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля», (Коренево, 2006); Симпозиуме «Семеноводство, защита и карантин растений» в рамках первой международной конференции «Взаимоотношения низших растений (грибов, водорослей, лишайников) с другими организмами в биоценозе» (Москва, 2006); «Перспективы развития оригинального, элитного и репродукционного семеноводства картофеля в условиях Европейского Севера РФ» (Архангельск, 2006);Международном конгрессе «Картофель. Россия-2007» (Москва, 2007); «Проблемы современного картофелеводства» (Минск-Самохваловичи, 2008).
Ежегодное представление научных отчетов и полных отчетов за пятилетние исследования по законченным темам по госбюджетной тематике «Картофель» (Карельская ГСХОС).
Личный вклад соискателя. В основу диссертационной работы положены исследования отдела, проводимые с 1992 по 2008 г. на ГНУ Карельская государственная сельскохозяйственная опытная станция Российской академии сельскохозяйственных наук. Являлась исполнителем или руководителем заданий для Карельской ГСХОС Россельхозакадемии «ПРОГРАММЫ фундаментальных и приоритетных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса по Российской Федерации на 2001-2005 гг.». Проблема 04, задание 17, этап 17.02. и на 2006-2010 гг.: проблема 04, задание 15, этап 04.15.01, 04.15.02, гос. регистрационные №№ 01.20.00 00524; 01 2001 05387, 0120.00 802129; 0120.0 802130; 0120.0 802 131.
В соответствии с региональной НТП «Агро- Северо- Запад РФ - 2005» автор являлась руководителем и ответственным исполнителем на ГНУ Карельской ГСХОС РАСХН по теме 17.01.03.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту лаборатории экофизиологии растений, доктору биологических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РСФСР И КАССР С.Н. Дроздову за ценные замечания, высказанные в ходе выполнения работы, доктору биологических наук, профессору, член-корр. РАСХН, заслуженному деятелю науки РФ В.В. Коломейченко за всестороннюю поддержку в написании работы.
Приношу признательность и благодарность директору Карельской ГСХОС кандидату экономических наук В.И. Козлову, кандидатам биологи-
ческих наук [А.В. Таланову) и Э.Г. Попову, кандидатам сельскохозяйственных наук Т.А. Даниловой, СМ. Синициной, Р.Н Абрамовой, Л.А. Кузнецовой, старшему научному сотруднику А.В. Синицкой за совместный творческий процесс в ходе выполнения НИР.
