Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1 Происхождение, возделывание и использование полбы 9
1.2 Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы 19
1.3 Сроки посева яровой пшеницы 26
1.4 Эффективность применения удобрений на посевах яровой пшеницы 30
1.5 Влияние предшественников на продуктивность яровой пшеницы 32
2. Условия проведения опытов и методика исследований 44
2.1 Агроклиматические и почвенные ресурсы Республики Татарстан 44
2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований 53
2.3 Схема опытов и технология возделывания пшеницы полбы 57
3. Формирование агрофитоценоза пшеницы полба в зависимости от фона питания, срока посева и предшественников 62
3.1 Водный, пищевой режим почвы, температурные условия и прохождение фенологических фаз 62
3.2 Полнота всходов и сохранность растений к уборке, рост и развитие корневой системы 84
3.3 Фотосинтетическая деятельность растений в посевах 93
3.3.1 Динамика накопления сухого вещества 93
3.3.2 Динамика площади листьев 97
3.3.3 Фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза 101
3.3.4 Динамика линейного роста и водопотребление растений пшеницы полба 112
4. Продуктивность, структура урожая и качество зерна 120
4.1 Урожайность 120
4.2 Структура урожая 121
4.3 Качественные показатели зерна 132
5. Экономическая эффективность и агроэнергетичская оценка 140
5.1 Экономическая эффективность 140
5.2 Агроэнергетическая оценка фонов питания, предшественников при различных сроках посева 149
6. Производственная проверка результатов исследований 155
Заключение 156
Предложения производству 158
Список использованной литературы 159
Приложения 176
- Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы
- Водный, пищевой режим почвы, температурные условия и прохождение фенологических фаз
- Динамика линейного роста и водопотребление растений пшеницы полба
- Агроэнергетическая оценка фонов питания, предшественников при различных сроках посева
Ценные биологические и хозяйственные свойства полбы
Как уже отмечалось, полба как культура ценится неприхотливостью к условиям выращивания (Калиновский, 1885; Столетова, 1924; Прокопьев, 1965; Артющенко, 1967; Пельцих, 1968; Дорофеев, 1987). По данным перечисленных ученых полба успешно выращивалась на всех типах почвы, что собственно существенно отличает полбу от мягкой и твердой пшеницы. Кроме того урожайность полбы в меньшей степени снижается на почвах бедных почвах.
В целом культура полбы может выращиваться на крайнем севере, на юге (Индия, Абиссиния), на западе (Германия), на востоке не привязана строго к определенным почвам и определённому климату. Н.И. Вавилов даже наблюдал возделывание полбы в Африке на высоте до 3000 м над уровнем моря. Все исследователи утверждают, что полба отличается пластичностью, выносливостью, легко приспосабливается к неблагоприятным условиям почвы и климата, и, следовательно, как пишет Е.А. Столетова (1924), является хлебом более надежным, чем пшеница. По сравнению с мягкой пшеницей эта культура лучше переносит холод, весеннюю влажность, заморозки имеет более высокую урожайность на легких и сухих и менее тучных почвах.
М.М. Якубцинер и Н.Ф. Покровская (1969) утверждают, что Т. dicoccum является одним из высокобелковых сортов пшеницы, из числа тех, что возделываются. Содержание белка в зерне полбы зависит от условий возделывания. В условиях южной части плоскостного Дагестана его содержание составляет 18,3 %; на территории Ташкентской области - 15,0 % (Дорофеев и др., 1979); на Кустанайской опытной станции - 22,68 % (Артющенко, 1973). Высоким содержанием белка отличаются следующие экологические группы полбы: индостандская, иранская, гибридная, марокканская, западноевропейская, закавказская, апенинская и волжская. Эти формы характеризуются большим содержанием клейковины (33-50 %). В этой культуре встречаются сорта с высоким содержанием лизина: на 100 г зерна – 0,534 г. (Мойса, 1974).
По питательности полба, как крупяная культура, превосходит овес, ячмень и не уступает рису (Прокопьев, 1965) и поэтому является ценной продуктовой культурой. Более того из-за высокого содержания белка в зерне она с успехом может использоваться на корм скоту. А.В. Артющенко (1967) наблюдая за посевами Кокчетавской полбы, которая относится к волжско-балканской группе, отмечал скороспелость полбы, как ее ценную биологическую особенность. Оказалось, что полба созревала раньше на 10-12 дней в условиях засухи, чем среднеспелые сорта пшеницы, и раньше на 3-4 дня, чем ячмень. А в условиях повышенной влажности 1964 года полба созрела раньше на 18 дней среднераннего сорта пшеницы Саратовская 29 и раньше на 21 день, чем пшеница сорта Народная. При этом периоды кущения и колошения у полбы на 2-12 дней короче, периоды молочной, восковой и полной спелости на 3-5 дней меньше, чем у ячменя сорта Евроиеум 353/133 (Артющенко, 1973). Все это позволяет в весенний предпосевной период дожидаться появления всходов сорняков. Например, овсюга, и искоренить их путем предпосевной обработки и провести более поздний посев полбы, не рискуя повредить ее заморозками осенью. Следует отметить, еще одно достоинство полбы, вытекающее из только, что сказанного: полба рано освобождает поле, что позволяет подготовить почву под будущий урожай.
Значительной скороспелостью характеризуются также полбы, относящиеся к другим экологическим группам восточного подвида (Столетова, 1924; Пельцих и др., 1968; Залов, Абдурахманов, 1973). Н.И. Вавилова писал, что высокой скороспелостью отличаются полбы эфиопского подвида, конкретно йеменской группы, растения этой полбы по наблюдениям ученого колосились на 12 дней раньше, чем основная масса абиссинской пшеницы и созревали на 10 дней раньше. Сорта полбы европейского подвида отличаются более замедленными темпами развития, конкретно речь идет о позднеспелых формах из пиренейской группы разновидностей (Вавилов Н.И., 1964).
Как уже отмечалось, эта культура отличается засухоустойчивостью. Например, И.А. Стефановский (1950) отмечал высокую засухоустойчивость полбы, выращенной в Поволжье. В страшную засуху 1920 года, когда в Поволжье случился неурожай, полба среди немногих культур устояла против засухи. В то время многие ученые рекомендовали сеять полбу, поскольку в условиях засухи она дает более высокий урожай, чем овес (Столетова, 1924). Устойчивость полбы к засухе объясняется в частности сильно развитой корневой системой. А.В. Артющенко (1973) установил, что полба развивается гораздо интенсивнее, чем корневая система ячменя.
При изучении способности листьев полбы удерживать влагу, было выявлено, что ее листья заодно и то же время провяливания теряют влаги меньше по сравнению с ячменем, а в условиях увлажнения лучше, чем ячмень имеют способность восстанавливать свою первоначальную массу. Например, за 4 часа провяливания листья ячменя потеряли 23,4 % влаги от первоначальной массы, а листья полбы – 17 % влаги. В условиях увлажнения листья ячменя восстановили свою первоначальную массу только на 81,3 %, а полбы - на 86,4 %. Именно поэтому А.В. Артющенко (1973) делает вывод о более высокой засухоустойчивости полбы, как культуры.
Л.А. Пельцих и В.С. Пельцих (1968) в результате проведенных исследований установили, что концентрация клеточного сока и осмотическое давление у полбы в течение всей вегетации выше по сравнению с мягкой пшеницей, причем это наблюдается в течение всего вегетационного периода, и разница возрастает, вплоть до созревания растений. Поэтому эти ученые, как и А.В. Артющенко делают вывод, что полба имеет большую способность удерживать влагу и поэтому лучше переносит засуху.
К важным достоинствам полбы относятся и устойчивость к болезням. Еще Н.И. Вавилов (1919) отмечал невосприимчивость образцов полбы к ржавчине. Опыты, проведенные И.П. Шитовой (1968) показали, что наибольший показатель заражения полбы в периоды 1954-1965 годы по бурой ржавчине в среднем составил 2,3 балла, по желтой ржавчине – 1,6 баллов, по стеблевой ржавчине – 1,3 балла (по показателям 5-ти балльной шкалы).
Большинство из закавказских полб также оказались устойчивыми к различным видам ржавчины. Так в условиях Дагестана полба этой группы отличалась слабой восприимчивостью ко всем видам ржавчины: к бурой, желтой и стеблевой (Дорофеев, 1972; Абдурахманов, 1973). Исследования О.Г. Григорьевой (1975) дали следующие данные: среди 123 образцов иммунными и высокоустойчивыми к бурой ржавчине оказалось 67,5 %, к стеблевой - 74,8 % от общего количества. В своих работах А.И. Камелина (1973) писала о наличии у растений полбы возрастной устойчивости к стеблевой ржавчине. Аналогично, М.М. Якубцинер (1969) отмечал существование иммунитета к стеблевой ржавчине у индийского сорта полбы – Khapli.
Другие ученые - Д.В. Мягкова (1968) и В.И. Кривченко (1973), относили полбу к видам, которые обладают иммунитетом к вирулентным и агрессивным расам пыльной головни, поскольку образцы полбы имели высокий иммунологический тип при искусственном заражении расами f. duri и f. Aestivi.
В опытах Л.Г. Ямалеева (1973) в случае, когда искусственно заражались пыльной головней subsp. asiaticum Vav образцы полбы, 71,0 % растений не имел пораженных колосьев, то есть оказался устойчивым к данному заболеванию.
Многие ученые (Н.И. Вавилов, 1919; М.М. Якубцинер, 1969; Э.Х. Суханбендина, 1977) выявили устойчивость разновидности полбы к мучнистой росе. Так, Э.Х. Суханбендина изучив 129 растений полбы и инфицируя их сборным ииокулюмом из смеси популяций гриба Алма-атинской, Куйбышевской, Ленинградской, Новосибирской областей и Северной Осетии выявила, около 20 % растений были иммунными, примерно 43 % устойчивыми и около 40 % восприимчивыми к мучнистой росе. В это же время взрослые растения при естественном заражении дали, соответственно следующие показатели 24,5%, 42,7%, 33,3 %.
Исследования Кривченко (1974) и Ямалеева (1979) показали, что полба также устойчива к твердой головне. К вирулентным расам пыльной головни по их оценке эта культура имеет и полевую и эмбриональную устойчивость. Причем в данном случае семенная оболочка и пленчатость не защищают механически растения полбы от возбудителей твердой головни. Из всего выше сказанного вытекает, что устойчивость полбы к грибным болезням позволяет рассматривать ее как ценный компонент для гибридизации с пшеницей, как мягкой, так и твердой
В.И. Янченко и А.В. Пухальского в 1980-1983 гг. изучали хозяйственно-биологические свойства коллекций полбы в Алтайском крае и возможность ее использование в селекции яровой пшеницы. Они установил, что T. dicoccum отличается широким генетическим разнообразием по признакам устойчивости к вредителям и болезням. Высокой устойчивостью к ржавчинам отличались в опытах образцы полбы таких экологических групп как армяно-анатолийская, нагорно-карабахская, балканская, горно-европейская.
В научной литературе достоверно доказывается и подтверждается устойчивость полбы к вредителям. В работе «Устойчивость зерновых культур к насекомым» П.Г. Чесноков (1956) пишет, что высокой устойчивостью к насекомым отличаются виды, выращенные в районах которые входят в зоны повышенной вредоносности многих паразитов. Например, полба Поволжья и горных районов Северного Кавказа и Закавказья отличается устойчивостью к шведской мухе, а полба из Эфиопии и Индии является слабо вынослива и сильно повреждается шведской мухой. А.В. Артющенко (1967) писал, что полба из Поволжья в условиях Кустанайской области по сравнению с ячменем и мягкой пшеницей незначительно поражалась стеблевыми блошками, но сильно повреждалась в отдельные годы проволочником.
Водный, пищевой режим почвы, температурные условия и прохождение фенологических фаз
В научной литературе обстоятельно освещена многосторонняя и разнообразная роль продуктивной влаги в жизни растений. Вода является обязательной составной частью всех тканей растительного организма и обеспечивает тургорное их состояние интенсивность и направленность обмена веществ, фотосинтеза, дыхания, ферментативных и ростовых процессов. Влага обеспечивает стабилизацию температуры почвы и растений, связывает растение с почвой и атмосферой, обуславливая единство организма с условиями среды (Кумаков, 1988; Абдрашитов, 1993: Шамсутдинова, 2001; Васин, 2009). Источником водоснабжения растений является влага корнеобитаемого слоя почвы, общее количество которой складывается из запасов к моменту посева, а также осадков в течение вегетации (Роде, 1969). В этой связи обеспеченность растений продуктивной влагой в течение вегетации в значительной степени будет определяться сроками посева культуры, особенно в районах недостаточного увлажнения.
В наших опытах запас продуктивной влаги в слое почвы (0-100 см) ко времени посева колебался в зависимости от метеорологических условий года, а также от срока посева пшеницы полба (табл. 10).
Исследования показали, что ранневесенний период почва теряет значительные запасы накопленной влаги. В 2016 году, запас продуктивной влаги к посеву пшеницы полбы на первом сроке составил 1662 тонны, втором 1571, и третьем – 1446 тонн на гектаре. В течение вегетации от посева – до полной спелости происходило ухудшение влагообеспеченности растений. Резкое снижение запасов почвенной влаги наблюдалось в период колошение – молочная спелость, это связано с тем, что в этот период имеет наибольший прирост органической массы пшеницы. Вследствие переноса начало вегетации растений на первом сроке на более ранний период весны, наблюдалась более высокая обеспеченность растений влагой. Посев второго срока имел лучшую обеспеченность в сравнении с третьим до полной спелости.
В 2017 году запас продуктивной влаги к посеву был значительно выше, чем в 2016 году, но в обеспеченности ею растений по срокам посева наблюдалась такая же закономерность. Разница заключалась лишь в том, что в 2017 году была резко выражена высокая обеспеченность водой растений во всех трех сроках посева в первую половину вегетации и несколько худшая во вторую. На наш взгляд, это обуславливалась характером распределения осадков. На поздних посевах осадков больше выпало во вторую половину вегетации, когда потребность пшеницы в воде падает, и она расходуется и менее энергично.
В 2018 году запас продуктивной влаги ко времени посева был наименьшим и составил на первом сроке 1484, а на втором 1184 тонны на га. К посеву третьего срока выпали осадки, поэтому здесь содержалось 1591 т воды на га. Однако всходы пшеницы полба на третьем сроке календарно появились значительно позднее, в условиях более повышенного теплового режима. Поэтому резко возрастало физическое испарение воды из почвы и уже в фазу всходов влагообеспеченность растений на третьем сроке резко снижалась, в сравнении с первым, и составило лишь 1112 т против 1321 т на первом.
В фазу кущения на первом сроке содержалось – 906, втором – 921 и третьем -820 т воды на гектаре.
Приведенный материал свидетельствует о преимуществе первого срока по влагообеспеченности растений. Водный режим во втором и третьем сроках в фазу всходов был примерно одинаковым, а фазу кущения второй имел лучшую обеспеченность, чем третий. Благодаря осадкам в фазу выхода в трубку посев третьего срока имел несколько больше продуктивной влаги в сравнении со вторым.
В динамике влажности почвы в метровом слое в зависимости от предшественников резких различий не наблюдалась. Во все годы исследований на всех сроках посева и фонах питания содержание влаги в почве снижалось в процессе прохождения фенологических фаз, т.е. от всходов до созревания пшеницы полбы (рис.3, 4, 5).
Другим важным условием, определяющим особенности роста и развития растений, является наличие доступных форм элементов питания. Изучение динамики нитратного азота показало, что содержание его в почве в течение вегетации не остается постоянным. После посева до кущения с повышением температуры почвы и воздуха, а, следовательно, и усилением процесса нитрификации, когда потребление азотной пищи еще не велико, количество нитратного азота увеличивалось (рис. 6).
Например, в 2017 году на первом сроке (естественный фон) содержалось 11,7, на втором – 31,2, на третьем – 18,8 мг нитратного азота на 1000 г почвы. Ко времени появления всходов количество его увеличилось соответственно до 61,2;31,7 и 41,0 мг. С наступлением кущения содержание нитратного азота в почве уменьшалось, вначале постепенно, а после выхода пшеницы в трубку падало резко. Это объясняется уровнем потребления азота растениями в эти фазы. Поэтому в период колошения – молочная спелость обнаруживались лишь следы. Ко времени восковой спелости потребление азота пшеницей полба прекращалось, и в почве вновь появлялся свободный нитратный азот.
Оценивая, содержание подвижного фосфора в почве опытных участков отметим, что во все годы, исследований оно было высоким и колебалось в 2016 году в пределах 190-260 мг, в 2017 – 230-260 и 2018 – 280 мг на 1000 г. почвы. Характер динамики подвижного фосфора по фазам роста и развития растений был более спокойным, чем нитратного азота.
Четко выраженная закономерность о зависимости содержания подвижного фосфора от сроков посева не выявлены. В 2016 году в день посева и в фазу кущения его было больше на первом сроке, в фазу всходов – на третьем, а при выходе в трубку равное количество на всех сроках. В 2017 году по большинству наблюдений отмечалось пониженное содержание подвижного фосфора на третьем сроке посева. Противоположную тенденцию можно отметить в 2018 году (рис. 7).
Ясной зависимости содержания обменного калия от срока посева не выявлено. Содержание обменного калия по всем срокам посева изменялось в сторону увеличения в фазы кущения – выход в трубку и колошение на первом и третьем сроках, колошение – молочная спелость – на втором. В другие фазы оно было близким, причем после наступления восковая спелость количество его вновь увеличивалось (рис. 8).
В наших опытах прослеживалась определенная зависимость между содержанием нитратного азота в почве уровнем питания и предшественником. Как правило, с внесением расчетных доз удобрений увеличивалось количество нитратного азота, особенно после одногодичного клевера и вико-овсяной смеси на зеленую массу. В 2018 году, на удобренном фоне после одногодичного клевера и вико-овсяной смеси в фазу кущения содержалось нитратного азота в почве 56 и 54 мг; озимой ржи – 50,2, а после яровой пшеницы – 46,9 мг на 1000 г почвы, в фазу выход в трубку соответственно – 41,5; 39,8; 36,4 и 31,0; в фазу колошения – 34,6; 33,7; 30,4 и 26,7; следы: в фазу восковой спелости 7,9; 6,8; 5,7 и 4,3 мг (рис. 9, 10, 11). Аналогичная закономерность наблюдалась и в 2017-2018 годах, а также и на других сроках посева. Последнее так же можно объяснить уровнем потребления азота по фазам роста и развития пшеницы полба.
Динамика линейного роста и водопотребление растений пшеницы полба
Накопление сухого вещества в некоторой степени зависит также от особенностей динамики высоты растений. Высота растений также сильно варьирует в зависимости от условий возделывания.
Изменение высоты растений изучалось по фенологическим фазам (рис. 12, 13, 14 и приложение 1, 2, 3). Как видно из рисунков, после появления всходов до выхода в трубку полба росла медленно. Наибольший рост растений наблюдался в период выход в трубку – колошение, затем темпы прироста снижались.
После выколашивания пшеницы полбы наблюдалось некоторое удлинение соломины за счет роста последнего междоузлия. Ко времени в созревания наблюдалось некоторое уменьшение высоты растений, очевидно, связанное с усыханием вегетативных органов. Сроки посева и предшественники оказали влияние на рост растений.
По мере запоздания с посевом высота растений снижалась. Так в среднем за три года в фазу кущения по предшественнику одногодичного клевера растения первого срока имели высоту 29,9 см, второго – 28, третьего – 27,0 см. после выхода в трубку соответственно – 45,3; 41,7 и 38,7 см, в фазу молочной спелости – 101,3; 90,5 и 84,7 см.
Влияние предшественников на высоту растений полбы на всех сроках посева проявилось одинаково. Более лучшие условия для роста и развития создались по предшественникам одногодичная клевер и вика – овсяная смесь на зеленую массу. Сравнительно низкорослые растения полбы были отмечены по предшественнику яровая пшеница на всех сроках посева.
Потребление продуктивной влаги на единицу урожая при определенных климатических условиях зависит от многих факторов. Чем лучше условия для роста и развития растений, тем выше показатели продуктивности при наименьшим потреблении воды на единицу урожая.
В наших опытах общий расход воды агроценозом полбы за вегетационный период находился в зависимости от водно-температурных условий года, сроков посева, предшественников и фона питания (табл. 26).
Расход воды на формирования 1 т зерна и столько же сухого вещества изменялся по годам и увеличивался от первого срока к третьему. В среднем за три года расход воды на 1 тонну зерна по предшественнику одногодичный клевер на естественном фоне питания при раннем сроке посева составил – 1584 т; во втором сроке посева – 1634 и третьем – 1902 тонны, на удобренном фоне соответственно: 1240; 1403 и 1809 тонны. Следовательно, на обоих фонах питания наиболее эффективно вода использовались на первом и наименее – на последнем сроке посева.
По предшественникам по яровой пшенице было самое большое потребление воды на обоих фонах питания на всех сроках посева. В среднем за три года расход воды на 1 т. зерна на обоих фонах питания было больше по сравнению расходом воды по одногодичному клеверу на первом сроке – 257 т.; втором – 542 и третьем -630 т., по удобренному фону соответственно: 208; 530и 532 т.
Эффективное использование воды пшеницы полба по одногодичному клеверу на раннем сроке посева при внесении расчетных доз удобрений по видимому связано с их положительным влиянием на метаболизм в клетках и обмен веществ, более мощным и ранним развитием ассимиляционной поверхности, затеняющий поверхность почвы и уменьшающей испарение влаги с ее поверхности.
Агроэнергетическая оценка фонов питания, предшественников при различных сроках посева
Возможность внедрения и использования в производстве агротехнических приемов и технологий с агроэнергетических и экономических позиций целесообразно определить количественную оценку накопления энергии с урожаем, затраты ее на получение продукции и произведение чистой энергии (табл. 40).
Во все годы исследований анализ динамики энергетических показателей урожая полбы позволяет в целом отметить, что по мере переноса срока посева на более поздние сроки от раннего срока имеют тенденцию снижения энергетических показателей. Это дает основание о нецелесообразности переноса посева пшеницы полбы независимо от фона питания и предшественника на поздние сроки.
В среднем за 3 года сравнительно высокий энергетический доход на производство единицы продукции с 1 гектара (14,23 ГДж/га) и самый высокий коэффициент превращения энергии (2,24) получен на естественном фоне по предшественнику одногодичного клевера при раннем посеве.
Наибольшие затраты энергии (18,54 ГДж/га) зафиксированы на фоне внесения NPK на 3,0 т зерна с га. Использование минеральных удобрений вкладывает в совокупные затраты энергии наибольшее количество и поэтому показатель выхода энергии возрастают.
Энергетическая эффективность при использовании минеральных удобрений был ниже, чем на фоне без удобрений, однако на обоих фонах питания коэффициент превращения энергии больше 1,0, что означает, накопленной энергии в общей биомассе больше, чем расходной части на производство пшеницы полба.
По предшественникам на всех сроках посева больше чистой энергии произведено по одногодичному клеверу по сравнению с озимой рожью, вико -овсяной смеси и яровой пшеницей. Следующим по производству наибольшей чистой энергии идет вика-овес на зеленую массу и озимая рожь.
Анализ агроэнергетической оценки возделывания полбы в зависимости от изучаемых технологических приемов позволил подтвердить ранее выявленные закономерности.