Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на продукционные процессы озимой пшеницы 8
1.1. Минеральные удобрения в технологии возделывания зерновых культур 8
1.2. Роль серы в технологии возделывания злаковых культур 15
1.3. Влияние регуляторов роста на урожайность и качество сельскохозяйственных культур 18
1.4. Некорневые подкормки в технологии возделывания зерновых культур 23
2. Методика и условия проведения исследований 27
2.1. Условия проведения исследований 27
2.2. Почвенный покров опытного поля и его агрохимическая характеристика 34
2.3. Методика исследований 36
3. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания азота, фосфора, калия и серы в растениях озимой пшеницы 38
3.1. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику серы в растениях озимой пшеницы 49
3.2. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания азота в растениях 42
3.3. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания фосфора в растениях 47
3.4 Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания калия в растениях
4. Фотосинтетические показатели растений озимой пшеницы в зависимости от применения минеральных удобрений и регуляторов роста 54
4.1. Ассимиляционная поверхность листьев озимой пшеницы 55
4.2. Динамика накопления сухой биомассы в растениях озимой пшеницы 58
4.3. Фотосинтетический потенциал озимой пшеницы 60
4.4. Чистая продуктивность фотосинтеза 63
5. Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на урожайность и качество зерна озимой пшеницы 67
5. 1. Урожайность озимой пшеницы 68
5.2. Качество зерна озимой пшеницы 73
6. Энергетическая эффективность и экономическая оценка приемов возделывания озимой пшеницы с использованием минеральных удобрений и регуляторов роста 78
6.1. Энергетическая оценка приемов возделывания 78
6.2. Экономическая оценка эффективности приемов возделывания озимой пшеницы с использованием минеральных удобрений и регуляторов роста 82
Заключение 87
Предложение производству 89
Список использованных источников 90
- Влияние регуляторов роста на урожайность и качество сельскохозяйственных культур
- Почвенный покров опытного поля и его агрохимическая характеристика
- Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания азота в растениях
- Фотосинтетический потенциал озимой пшеницы
Влияние регуляторов роста на урожайность и качество сельскохозяйственных культур
Эффективность минеральных удобрений зависит от правильного их применения в сочетании с органическими, приемами химической мелиорации в комплексе с использованием химических средств защиты растений, а также регуляторов роста при выращивании сортов с большой продуктивностью. Все перечисленные условия эффективного применения удобрений учитываются при современных технологиях возделывания культур, один из важнейших элементов которых – обеспечение оптимального режима питания растений на протяжении вегетации с помощью удобрений. И так как питание растений осуществляется главным образом через корни, то внесение минеральных удобрений в почву позволяет активно воздействовать на рост и развитие растений, а, следовательно, на общую биологическую продуктивность поля (Петросян О.А., 2004).
Традиционно взаимоотношения в системе почва – растение, с позиций минерального питания, рассматриваются таким образом, что к числу регулируемых относят один компонент этой системы – почву. Управление почвой как источником минерального питания осуществляется с помощью удобрений и агротехнических приемов (Голосной Е.В. и др., 2013).
Известно, что сельскохозяйственные культуры по-разному реагируют в процессе роста и развития на окружающие условия, почвенную среду, на агрохимические параметры, на элементы минерального питания и т.д. Озимая пшеница наиболее требовательна к плодородию почвы. При урожае в 4 т/га зерна и 6 т/га соломы она выносит из почвы 153 кг N, 56 кг Р2О5 и 96 кг К2О (Губашиев Б.Х., 2000; Хачидзе А.С. и др., 2010). Поскольку большая часть питательных веществ даже в черноземах находится в недоступной для растений форме, без внесения удобрений нельзя рассчитывать на повышение урожайности культур, в том числе озимой пшеницы.
В питании озимой пшеницы наиболее существенное значение имеют два этапа – осенний, сразу после посева, а также ранневесенний, при возобновлении вегетации. На первом этапе необходима хорошая обеспеченность молодых растений фосфором, а также сбалансированность почвенного раствора по фосфору, азоту и калию. После оттаивания почвы весной при низких температурах, как правило, проявляется дефицит азота (Климашев-ская Н.Ф., Максименко М.В., 2012.)
По мнению ряда авторов (Минеев В.Г. и Павлов А.Н., 1981) азот является одним из наиболее важных элементов питания растений, который регулирует рост вегетативной массы, повышает содержание белка и клейковины в зерне, а так же влияет на формирование урожая. В сухой массе растений его содержится от 0,5 до 5,0 %. Он входит в состав таких важнейших органических соединений, как белки (где его содержится от 16 до 18 %), нуклеиновые кислоты, которые являются носителями наследственных свойств живых организмов; липоидные компоненты мембран, фотосинтетические пигменты, хлорофилл, фосфатиды, гормоны, витамины и другие жизненно важные соединения. Данный элемент необходим растущим растениям для формирования новых клеток. Вместе с фосфором, серой, углеродом, кислородом и водородом он является основным элементом для образования органических веществ (Смирнов П.М., Муравин Э.А., 1984; Евтефеев Ю.В., Казанцев Г.М., 2006, 2008; Юмашев Н.П., Трунов И.А., 2006). Потребление азота пшеницей различно во времени – осенью после посева растения потребляют сравнительно мало азота (а также фосфора и калия), а с момента весеннего возобновления вегетации до начала колошения наблюдается его активное поглощение. Усвоив до начала колошения более 2/3 всего необходимого азота, в период цветения растения почти прекращают его потребление. Потребность пшеницы в этом элементе снова возрастает после начала формирования и налива зерна – в этот период она использует остальные 25 – 30 % необходимого ей азота (Сандухадзе Б.И., Журавлева Е.В., 2012).
Важно отметить, что в годы с длительной прохладной погодой и при уплотнении почвы в весенний период задерживаются процессы нитрификации, и содержание нитратов в пахотном слое бывает в 6 – 7 раз меньше, чем это необходимо для нормального развития растений (Созинов А.А. и Жеме-ла Г.П., 1983). Весенняя азотная подкормка — мощный фактор, влияющий на продуктивность агрофитоценоза озимой пшеницы. Сроки проведения весенней азотной подкормки, ее дозы и кратность определяются конкретными почвенно-климатическими условиями, состоянием посева, обеспеченностью почвы азотом (Сандухадзе Б.И., Журавлева Е.В., 2012).
Считается, что высокое качество урожая достигается при преобладании азотного питания над фосфорным. В то же время слишком большая разница между уровнем содержания азота и фосфора в посевах озимой пшеницы приводит к снижению эффективности внесения удобрения (Петросян О.А., 2009). Фосфор – важный элемент питания растений. Растения потребляют его главным образом в виде анионов H2PO4 - (или HPO42-) из солей ортофос-форной кислоты (H3PO4), (а также из солей полифосфорных кислот (после их гидролиза). Поступивший в растения фосфор включается в состав различных органических соединений. Фосфор входит в нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды, участвующие в построении цитоплазмы и ядра клеток. Он содержится в фитине – запасном веществе семени, который используется как источник фосфора во время прорастания, а также в фосфатидах, сахарофос-фатах, витаминах и многих ферментах. В тканях растений присутствуют в небольших количествах также неорганические фосфаты, которые играют важную роль в создании буферной системы клеточного сока и служат резервом фосфора для образования различных фосфорорганических соединений (Юртаева А.Н., Куликова А.Х., 2013). В растительной клетке фосфор играет исключительно важную роль в энергетическом обмене, участвует в разнообразных процессах обмена веществ, деления и размножения. Особенно велика роль этого элемента в углеводном обмене, в процессах фотосинтеза, дыхания и брожения (Смирнов П.М., Муравин Э.А., 1984). Фосфор играет также важную роль в обмене азотистых веществ в растении. Восстановление нитратов до аммиака, образование аминокислот, их дезаминирование и переаминиро-11 вание происходят при участии фосфора. Этим определяется тесная связь между азотным и фосфорным питанием растений (Смирнов П.М., Мура-вин Э.А.,1981).
Почвенный покров опытного поля и его агрохимическая характеристика
Опытное поле находится на территории Чердаклинского района Ульяновской области, относящейся к левобережному агропочвенному району, расположенному на надпойменной террасе р. Волга. Основными почвообразую-щими породами являются древнеаллювиальные отложения (Орлов Д.С., 1985). Средняя дата готовности почвы к проведению полевых работ – 21 апреля, грунтовые воды располагаются на глубине 12-ти метров, а водоносный слой на глубине 35 – 55 метров, что не оказывает влияния на формирование урожайности сельскохозяйственных культур.
Почва опытного участка характеризуется следующими морфологическими признаками по горизонтам: Аn0…30 см – темный, зернисто-пылеватый комковатый, густо пронизан корнями растений, переход постепенный, средний суглинок; А 30…50 см – темно-серый, зернисто-комковатый, однороден по окраске, переход постепенный, средний суглинок; В1 50…100 см – светло-бурый, зернисто-комковатый, увлажнен, переход постепенный, средний суглинок; В2100…150 см – желтоватый, бесструктурный, рыхлый, переход постепенный, легкий суглинок.; С более 150 см – желтый, бесструктурный, рыхлый, влажный, переход постепенный, легкий суглинок.
Определяемые в нашем опыте тяжелые металлы относились к следующим группам: 1 группа – Cd (элементы интенсивного поглощения), 2 группа – Zn, Cu, Pb, Hg (элементы средней степени поглощения), 3 группа – Ni (элементы слабого поглощения). Кроме этого тяжелые металлы ранжированы на 3 класса по степени опасности для здоровья людей (ГОСТ 17.4.1.02-83). Исследуемые нами тяжелые металлы относятся к 1 классу (Hg, Pb, Cd, Zn) и 2 классу (Ni, Cu) (таблица 1).
ПДК Агрохимическая характеристика почвы опытного участка: содержание гумуса составляло 4,3 %, подвижных соединений фосфора и калия (по Чири-кову) 193 и 152 мг/кг почвы, содержанием подвижной серы 4,7 мг/кг почвы, рН солевой 5,6. Сумма поглощённых оснований составляет 25,3 – 27.7 мг.экв/100 г почвы, степень насыщенности почв основаниями 94,6 – 96.8 %. В целом почва опытного поля Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина характеризуется достаточно высоким уровнем плодородия и способна формировать при правильной агротехнике и в благоприятные по метеоусловиям годы высокие урожаи возделываемых сельскохозяйственных культур.
Технология возделывания озимой пшеницы основывалась на общепринятых в Ульяновской области агротехнических приемах.
В опыте проводили следующие наблюдения, учеты и анализы: густоту стояния растений и их сохранность в фазу полных всходов и перед уборкой урожая – путем подсчета числа растений на трех учетных площадках делянки общей площадью 1 м2; площадь листовой поверхности – по параметрам листа на 10-и растениях с делянки на трех повторностях по фазам развития растений по формуле: S = a b К; где S – площадь листьев одного растения, см2; a – длина листа, см; b – ширина листа, см; K – поправочный коэффициент (0,78) по Н.Н. Третьякову, (1990); накопление сухой биомассы в растениях по Н.Н. Третьякову, (2003); чистую продуктивность фотосинтеза по формуле Кидда, Веста и Бриггса: В2 - В1 . , ЧПФ = (Л1 + Л2)0,5n где ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза (г/м2 в сутки; В1 и В2 – сухая биомасса пробы урожая в начале и конце учетного периода, г; (Л1 + Л2)0,5 – средняя работавшая площадь листьев за этот промежуток времени, м2; n – число дней; почвенные образцы для исходной агрохимической характеристики отбирали в слоях 0 – 30 и 30 – 50 см в девяти точках по двум диагоналям, определяли: рН (КС1) потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-84), сумму поглощенных оснований – по Каппену-Гильковицу (26212-84), гумус – по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), общее содержание азота – по Къельдалю (ГОСТ 26483 85), подвижные формы фосфора и калия по Чирикову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91); серы – по методическим указаниям ВНИИУА им. Д.Н. Прянишникова (2004 г.); в зерне – содержание азота – по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-93), фосфора – по А.А. Бондаренко и Д.К. Харитоновой (ГОСТ 30504-97), калия – методом пламенной фотометрии, серы в растениях – весовым методом по В. Г. Минееву (2001); содержание белка в зерне по ГОСТ 10846–91; массовую долю клейковины по ГОСТ Р 54478 – 2011, качество клейковины на приборе ИДК–3; учет фактического урожая проводили с площади всей делянки с пересчетом на 100 %-ную чистоту и 14 %-ную влажность (ГОСТ 27548-97); оценку энергетической эффективности возделывания озимой пшеницы – по Базарову Е.И., Глинке Е.В., (1983); экономическую эффективность – на основе технологических карт по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий ООО «Ульяновская Нива», данные результатов исследований были подвержены математической обработке методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов (Доспехов Б.А., 1985) на ПК с использованием Excel 2016, Statistica 6.1.
Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания азота в растениях
Исследуемые в данном опыте минеральные удобрения и регуляторы роста существенно увеличивали содержание фосфора в растениях озимой пшеницы на протяжении всей вегетации. На вариантах с применением NPK разница по сравнению с контролем составила: в фазу всходов – 0,07 – 0,18 %; кущения – 0,06 – 0,18 %; выхода в трубку – 0,04 – 0,14 %; колошения – 0,06 – 0,22 %; молочной спелости – 0,05 – 0,20 %. При использовании минеральных удобрений NPKS содержание данного элемента повысилось относительно фона NPK в среднем на 0,05 – 0,11 % и на 0,22 – 0,30 % относительно естественного почвенного плодородия в течении всего периода вегетации озимой пшеницы.
Наибольший эффект по данному показателю получен на вариантах Альбит и Цецеце как на фоне естественного почвенного плодородия, так и на минеральных фонах NPK и NPKS. В среднем за годы исследований увеличение составило от 0,12 до 0,28 %, в зависимости от варианта и фазы роста и развития. Содержание фосфора в вегетативной биомассе в фазу молочной спелости варьировало в пределах 0,21 – 0,47 % и было минимальным.
Таким образом, применяемые препараты способствовали повышению содержания фосфора в растениях озимой пшеницы.
Влияние минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику содержания калия в растениях Калий является одним из основных зольных макроэлементов. Его роль в питании растений более отчетливо проявляется на фоне высокого исполь-49 зования фосфора и азота. Вынос калия с урожаем всегда больше, чем фосфора, а часто и азота. Оптимальное калийное питание повышает крахмали-стость и вкусовые качества картофеля, сахаристость корнеплодов сахарной свёклы, накопление жира в семенах масличных культур, улучшает выполненность зерна злаковых культур. При недостатке калия задерживается синтез белка и накапливается небелковый азот. Использование калийных удобрений на почвах (особенно легкого механического состава), загрязненных радионуклидами, снижает транслокацию радиоцезия в растения (Панни-ков В.Д., Минеев В.Г., 1977).
Калий не входит в состав органических соединений растений. Однако он играет важнейшую физиологическую роль в углеводном и белковом обмене растений, активизирует использование азота, влияет на физическое состояние коллоидов клетки, повышает водоудерживающую способность протоплазмы, устойчивость растений к увяданию и преждевременному обезвоживанию и тем самым увеличивается сопротивляемость растений кратковременным засухам. Данный элемент влияет на образование клеточных оболочек, повышает прочность стеблей злаковых и их устойчивость к полеганию (Агеев В. В., 2005).
В растении калий распределен неравномерно: его весьма больше в тех органах и тканях, где сохраняется высокий уровень обмена веществ и происходит интенсивное деление клеток (меристема, молодые побеги и др.).
Соответственно из вышесказанного ясно, что калия значительно больше в молодых жизнедеятельных частях и органах растения, чем в старых. При недостатке калия в питательной среде происходит отток его из более старых органов и тканей в молодые растущие органы, где он подвергается повторному использованию (реутилизации). Обращает на себя внимание высокое содержание калия в пыльце (Носатовский А.И., 1950; Посыпанов Г.С., Долгодворов В.Е., Коренев Г.В., 1997; Куркаев В.Т., Шеуджен А.Х., 2000; Ковтун В.И., Ковтун Л.Н., 2013). Недостаток калия отрицательно сказывается на количестве урожая и его качестве (Kant S., Kafkafi U., 2001; Bhiahet K.M. al., 2010; Zamanet U.al., 2013).
Содержание калия в листьях растений озимой пшеницы в некоторой степени зависит от увлажненности периода исследований. 2013 – 2014 гг. по климатическим условиям были более увлажненными по сравнению с другими, изначение рассматриваемого показателя в растениях озимой пшеницы оказалось выше, чем в 2011 – 2012, 2014 – 2015 гг., и разница составила в фазу всходов – 0,53 – 0,66 %; кущения – 0,54 – 0,78 %; выхода в трубку – 0,60 – 0,80 %; колошения – 0,31 – 0,49 %; в фазу полной спелости – 0,31 – 0,50 % соответственно (таблица 5, приложение 5).
В 2011 – 2012 гг., 2013 – 2014 гг., 2014 – 2015 гг. в зависимости от срока наблюдения содержание калия в растениях озимой пшеницы варьировало в пределах 0,43 – 2,90 %, 0,44– 3,43 % и 0,41 – 2,82 % соответственно.
По результатам опыта установлено: величина данного элемента в листьях и стеблях озимой пшеницы была максимальной в фазы всходов, кущения и выхода в трубку, что подтверждает наибольшую потребность в калии растений в период их интенсивного роста. Минеральные удобрения и регуляторы роста увеличивали содержание калия в органах озимой пшеницы на 0,10 – 0,23 %, по сравнению с контролем. Наибольшее увеличение было на вариантах Альбит и Цецеце на фоне использования минеральных удобрений NPKS. Для калия характерно многократное использование (реутилизация), и он легко передвигается из старых тканей растений, где был уже использован, в молодые. Этим, по-видимому, объясняется несущественное изменение в динамике содержание калия в органах растений озимой пшеницы под действием изучаемых факторов. Проведенные исследования по изучению влияния минеральных удобрений и регуляторов роста на динамику макроэлементов в растениях озимой пшеницы позволяют сделать следующие выводы:
Фотосинтетический потенциал озимой пшеницы
Озимые зерновые культуры по своей биологической природе являются наиболее продуктивными среди хлебов первой группы, поэтому повышение их урожайности имеет большое значение в увеличении производства зерна. К числу важнейших резервов роста урожайности относится внедрение наиболее продуктивных культур и сортов и совершенствование технологии их возделывания. В последние годы в мировом сельском хозяйстве уделяется значительное внимание разработке технологий применения физиологически активных веществ (регуляторов роста растений) при возделывании сельскохозяйственных культур, в том числе озимой пшеницы. Применение их является экологически безопасным приемом повышения урожайности и качества продукции (Половинкин В.Г., Исайчев B.А., Провалова Е.В, 2012; Исай-чев В.А., Андреев Н.Н., Каспировский A.В., 2013).
Урожайность – это качественный и комплексный показатель, который оказывает влияние на эффективность и финансовое состояние отрасли (Смирнова Е.А., Идрисова А. А., Прохорова К. С., 2014). Работами многих исследователей отмечено повышение урожайности сельскохозяйственных культур вследствие применения минеральных удобрений и регуляторов роста.
Как правило, высокая потенциальная продуктивность современных сортов реализуется не полностью, уровень реализации зависит от создания оптимальных условий прохождения соответствующих этапов органогенеза. В работах многих исследователей отмечено повышение урожайности вследствие внесения минеральных удобрений и регуляторов роста (Андреев Н.Н., Каспи-ровский А.В., Першина К.А., 2013; Вакуленко, В.В., 2013). Целью интенсивных технологий является максимальная реализация потенциальной продуктивности растений. Она зависит от основных элементов структуры урожая: количества продуктивных стеблей на единице площади, числа зерен в колосе и их массы, абсолютной массы зерна (масса 1000 зерен). Число колосков в колосе говорит о максимальной потенциальной продуктивности, которая возможна при благоприятном сочетании всех факторов, влияющих на рост и развитие растений.
Число зерен в колосе показывает реальную отзывчивость растений, в данном случае – на некорневое внесение минерального удобрения и регуляторов роста. По абсолютной массе зерна можно судить о выполненности зерновок. При формировании колоса и его частей большое значение играют условия внешней среды: обеспечение влагой и питательными веществами, температурные условия, режим освещения и т.д. Среди данных факторов на первое место выдвигается влага, которая потребляется озимой пшеницей в большем количестве на протяжении всей вегетации и особенно в фазы кущения и колошения. В фазу выхода в трубку начинается дифференциация колосков на цветки, от чего зависит озерненность колоса. В период проведения исследований температурный режим и количество осадков за вегетацию отличались по годам исследований как по сумме активных температур, так и по условиям влагообеспеченности.
Структурный анализ урожая показал положительное влияние используемых препаратов на все элементы структуры урожая, как на фоне естественного плодородия почвы, так и на фоне минеральных удобрений NPK и NPKS (таблица 7).
Анализ структуры урожая озимой пшеницы показал, что благоприятные почвенно-климатические условия вегетационного периода 2013 – 2014 гг. позволили сформировать наибольшее количество продуктивных стеблей и зерен в колосе, а также наибольшую массу зерна в колосе и массу 1000 зерен. Таблица 7 – Структура урожая озимой пшеницы в зависимости от применения минеральных удобрений и регуляторов роста
Вариант Количество продуктивных стеблей на м2 Количество зерен в колосе Масса зерна Неблагоприятные условия вегетационных периодов 2011 – 2012 гг. и 2014 – 2015 гг. способствовали снижению количественных показателей элементов структуры урожая. Во все годы исследований применение минеральных удобрений и регуляторов роста повышало рассматриваемые показатели.
В среднем за 2011 – 2015 гг. озерненность колоса на фоне почвенного плодородия составила 26,4 – 27,1 шт. с массой зерна 0,8 – 0,96 г., на фоне NPK – 32,3 – 33,3 шт. с массой зерна 1,37 – 1,42 г., на фоне NPKS – 34,8 – 36,5 шт., 1,4 –1,5 г. Наилучшие результаты были получены при применении минеральных удобрений и регуляторов роста: на варианте Альбит NPKS она составила 36,3 шт., масса зерна – 1,47 г., Цецеце NPKS – 36,5 шт. с массой зерна – 1,49 г.
Таким образом, применение минеральных удобрений и регуляторов роста способствует реализации принципов, заложенных в генетической основе растений, для большего развития элементов продуктивности растений озимой пшеницы. Внедрение в производство более продуктивных сортов пшеницы даёт возможность получать прибавку к урожаю 25 – 30 % (Галичен-ко И.И., 2005; Анохина О.В, 2012). Кроме сортовых особенностей зерновых культур, для получения стабильно высоких урожаев необходимо максимально обеспечить растения элементами питания в течение всей вегетации. Положительное влияние регуляторов роста на продукционные процессы и урожайность зерновых культур отражено в исследованиях многих авторов (Ба-кулова И.В., Кирсанов З.А., 2009; Исайчев В.А., Половинкин В.Г., Провало-ва Е.В.; 2012; Ткачук О.А., Павликова Е.В., Орлов А.Н., 2013).