798.влияние систем обработки почвы и сроков посева на...

На правах рукописи На правах рукопи

ОРЛОВ Александр Анатольевич

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И СРОКОВ ПОСЕВА НА ФОРМИРОВАНИЕ

МОРОЗОСТОЙКОСТИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.09 - растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Пенза 2004

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Диссертационная работа выполнена на кафедре растениеводства ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Стаценко Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Косачсв Александр Михайлович, кандидат сельскохозяйственных наук Еськин Владнй Николаевич

Ведущая организация: Пензенский ПИИ сельского хозяйства

Защита состоится «^/у » июня 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.01 в ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан у / У » мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук УУ~ Ч/^Т* ' В.А. Гущина


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Летуальность темы. Существенный вклад в производство зерна в По

волжском регионе вносит Пензенская область, где под озимой пшеницей ежегодно занято до 300 -шага, а в 2004 году планируется расширить посевные площади этой культуры до 550 тыс.га. Несмотря на то, что климат региона вполне благоприятен для ее возделывания, в отдельные годы посевы озимых гибнут на больших площадях в результате вымерзания. В связи с этим урожайность озимой пшеницы в области остается низкой и не превышает 2 т/га. Основными причинами слабой морозостойкости и урожайности озимой пшеницы является несовершенство шротехнологии, т.е. неправильный выбор системы обработки почвы, сроков посева, предшественников и др., что существенно препятствует оптимизации осеннего роста, развития и процесса закаливания растений к низким температурам. Кроме того, существенной причиной низкой морозостойкости пшеницы является возделывание старых, неизученных и малоизученных сортов со слабой устойчивостью к неблагоприятным зимним условиям. Существенные коррективы в процессе формирования морозостойкости озимых вносит наметившееся в последние десятилетия глобальное потепление климата. Все это приводит к большим потерям урожая зерна.

В результате проведенных ранее исследований к настоящему времени накопился обширный материал по проблеме возделывания озимой пшеницы в условиях Поволжья, в котором отражены агрометеорологические, агротехнические и другие аспекты (А.Ф. Иванов, A.M. Шульмейстер, A.M. Гаври-лов, В.В. Балашов; В.Ф. Огарев, В.Е. Шсстаков; А.П. Стацснко; Е.В. Преснякова, А.И. Чирков и др.). В то же время остается слабоизученным влияние ведущих агроэкологических факторов (температуры, влажности почвы, агротехнических условий выращивания) на рост, развитие, формирование морозостойкости и урожайность новых сортов озимой пшеницы. Не сформулировано теоретическое обоснование влияния систем обработки почвы, сроков посева па устойчивость озимой пшеницы к неблагоприятным условиям зимовки. Не разработаны высокоэффективные способы защиты растений от вымерзания. Проведение подобных исследований является актуальным и несомненно перспективным.

Все вышеизложенное предопределило выбор темы диссертации. Диссертационная работа является составной частью научно-

исследовательских рабог, предусмотренных планом НИР кафедры растениеводства ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (Раздел I «Агроэкологические условия получения высоких урожаев сельскохозяйственных растений в лесостепи Поволжья»).

Цель и задачи исследований. Изучить влияние агроэкологических условий региона на специфичность формирования морозостойкости и урожая озимой пшеницы нового интенсивного сорта Самарянка.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач: - на основании анализа агроэкологических параметров с учетом гло

бального потепления климата уточнить структуру причин-гибеди озимых; 3 LL45 «СХА

С ' - С , ; ^ . - ч . » - ^ Л**Т?р.2Тур».Л


- изучить особенности формирования морозостойкости озимой пшеницы при различных системах основной обработки почвы;

- выявить влияние сроков посева на накопление в вегетативных органах криозащитных соединений, морозостойкость и выживаемость растений в условиях низкотемпературного стресса;

- разработать высокоэффективный способ защиты озимой пшеницы от вымерзания;

- дать энергетическую оценку эффективности изучаемых приемов и методов.

Научная новизна. На основе комплексного анализа статистического материала и результатов эксперимснтхтьных исследований вскрыто влияние глобального потепления климата на структуру причин гибели озимой пшеницы.

Впервые с использованием биохимического тестирования (степени накопления криозащнтиой аминокислоты пролина в вегетативных органах растений) оценено влияние различных систем обработки почвы на формирование свойства морозостойкости, зимнюю выживаемость и урожайность озимой пшеницы.

Теоретически обоснован оптимальный для региона срок посева озимой пшеницы, способствующий формированию высокой морозостойкости, выживаемости при перезимовке и урожайности озимой пшеницы.

Разработан и запатентован (Патент РФ № 2200381) новый высокоэффективный способ защиты озимой пшеницы от вымерзания, основанный на комплексной обрзботке семян и проростков водными растворами аминокислоты пролина и сахарозы.

Впервые изучена корреляционная связь aipojKWioiических параметров климата, биохимических процессов в вегетативных органах, зимней выживаемости и урожайности нового интенсивного сорта озимой пшеницы Сама-рянка.

Практическая значимость Из основе изучения влияния элементов агротехнологии на морозостойкость и урожайность предложена оптимальная система основной обработки почвы под озимую пшеницу, включающая лущение (6-8 см) - вспашку (25-27 см) — послойные культивации. Рекомендуется для использования в протводственной практике оптимальный срок посева озимой пшеницы (III декада августа), позволяющий обеспечить хорошую зимнюю выживаемость растений и получение высоких урожаев озимой пшеницы в регионе.

Разработанный и запатентованный способ защиты растений от вымерзания может с высокой эффективностью использоваться в производственных условиях для повышения морозостойкости озимой пшеницы.

В процессе выполнения экспериментальных исследований усовершенствован метод определения лабораторной всхожести озимой пшеницы, где в качестве субстрата для проращивания семян предлагается использовать вместо увлажненной фильтровальной бумага желатиновый гель, что позволяет

4


существенно повысить объективность оценки и снизить его энергоемкость, а также правильно рассчитать норму высева.

Основные положения, выносимые на защиту: - глобальное потепление климата и перезимовка озимых; - система основной обработки почвы и морозостойкость озимой пшеницы; - сроки посева и формирование морозостойкости озимой пшеницы; - способ защиты растений от вымерзания; - энергетическая эффективность результатов исследовании.

Апробация работы. Результаты научных исследований по проблеме, решаемой в диссертационной работе, систематически докладывались на научных конференциях и съездах, проходивших в Пензе, Волгограде, Ульяновске: 40-ая и 41-ая научные конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ПГСХЛ: Пенза, 2001, 2002; Международная научная конференция, посвященная 60-летию Победы под Стхпинградом: Волгоград, 2003; Межвузовская научная конференция, посвященная 60-летию Ульяновской ГСХА: Ульяновск, 2003.

Публикации результатов исследовании. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, из них одна авторская статья. Получен Патент Российской Федерации Да 2200381 на изобретение и медхзь «Лауреат Всероссийского выставочного центра».

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописною текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству, включает 37 таблиц, 7 рисунков, 2 приложения.

Список используемых литературных источников включает 174 наименований, в том числе 10 авторов из дхпьнсго зарубежья.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследования проводились в 2000-2003 гг. в учебном хозяйстве ФГОУ

ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» в паровом звене экспериментхтьного восьмипольного зернопаропропашного севооборота с чередованием культур: чистый пар — озимая пшеница — картофель - яровая пшеница - горох - озимая пшеница — кукуруза — ячмень. Обшая площадь стационарного полевого опыта 9,2 га, площадь одного поля севооборота 0,6 га. Повторность опыта четырехкратная, размещение вариантов в повторениях методом расщепленных делянок.

Технология возделывания озимой пшеницы общепринятая для лесостепной зоны Поволжья. В качестве объекта исследования использовался местный сорт озимой пшеницы Сачарянкх, выведенный методом индивидухть-ного отбора из F2 Куйбышевка х Донская безостая совместно с Самарским НИИСХ им. Н.М. Тумакова и Пензенской ГСХА.

В опыте по влиянию основной обработки почвы на формирование морозостойкости озимой пшеницы изучались следующие традиционные для региона системы:

1. Лущение (6-8 см), вспашка (25-27 см), послойные культивации; 5


2. Лушение (6-8 см), рыхление (25-27 см), послойные культивации; 3. Лущение (6-8 см), рыхление (8-10 см), послойные культивации. В опыте по влиянию сроков посева на морозостойкость озимых в каче

стве изучаемых выделены традиционные для региона: 1. Срок посева 25 августа; 2. Срок посева 5 сентября; 3. Срок посева 15 сентября. Норма высева — 6,0 млн. всхожих семян на 1 га. Посевные качества се

мян (лабораторная всхожесть, энергия прорастания и сила роста) оценивалась по разработанной нами методике, предусматривающей использование в качестве субстрата вместо увлажненной многослойной фильтровальной бумаги гидрогеля желатина, который хорошо удерживает влагу, не трсбуег в процессе проращивания семян регулярного насыщения среды влагой, что обеспечивает стабилизацию условий проращивания и повышение надежности и объективности метода.

Зимостойкость и морозостойкость озимых оценивалась по общепринятой методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). С этой целью в полевом опыте проводились следующие учеты и наблюдения:

- фиксировалась среднесуточная, максимальная и минимальная температуры воздуха и почвы;

- периодически с помощью снегомерной рейки измерялась мощность снежного иокроиа и равномерность его залегания;

- фиксировались случаи образования в посевах озимых ледяной корки; - проводилась глазомерная оценка зимнего состояния озимых по

5-балыюй шкале. Зимний контроль состояния озимых проводился с использованием ме

тода монолитов. Учет перезимовки озимых проводился по методике А.П. Стаценко

(1988) путем осеннего подсчета количества взошедших растений и невзо-шедших проростков на глубине 3 см на фиксированных площадках с последующей весенней регистрацией числа перезимовавших растений и проростков. Этот метод в условиях засушливого климата исключает ошибку, которая имеет место при использовании традиционного метода учета изреженности и приводит к завышению процента зимней выживаемости растений и искажению результатов оценки.

Морозостойкость озимой пшеницы оценивалась также с помощью биохимических показателей: степени накопления в вегетативных органах крио-защитной аминокислоты пролина, которая сочетает в себе защитные свойства со способностью накапливаться в растениях в условиях экстремальных низких температур. Для этого периодически в процессе вегетации растений фиксировались растительные пробы (листья) озимой пшеницы. Отбор и фиксация проб проводились: осенью (в фазе всходов); в I фазе закаливания; во II фазе закаливания; в период экстремальных (низких) температур; в период

6


оттепелей; в период возобновления весенней вегетации; в период весенних заморозков.

Аллелопатическое почвоуюмление оценивалось по степени подавления всхожести семян, проращиваемых в почве (Патент РФ № 213654).

Полевой опыт сопровождхзся проведением фенологических наблюдений по фазам роста и развития растений (Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур, 198S).

Лаборагорно-вегетаиионные опыты проводились с использованием в качестве объекта исследований 5-суточных проростков озимой пшеницы, выращенных при температуре 20-25 °С и дневном освещении.

Морозостойкость проростков оценивалась методом прямого промораживания в холодильных камерах (по Самыгину, 1967).

Исследовательская pa6oia по изучению морозостойкости озимой пшеницы предусматривала использование лабораторных методов:

- содержание свободного пролина определяли по методу Бэйтса (1973) после фиксации растительного материала 96 %-ным раствором этанола.

Энергетическая эффективность изучаемых агроприемов оценивалась но методике Посыпанонл (1995).

Статистическая обработка результатов зимней выживаемости растений и урожайных данных проводилась методом дисперсионного анализа по Б.Л. Доспехову (1985) на ПЭВМ «YAMAHA» с использованием программ Excel 2000, Statistica 4,5.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Условия вегетации и анализ причин гибели озимых в связи с i.io-

бальным потеплением климата. Морозостойкость озимых во многом определяется агроэкологическими условиями осенне-зимней вегетации. В связи с этим в процессе ее изучения возникает необходимость детального анхтиза климатических и погодных условий региона, изменяющихся в последнее время в связи с глобальным потеплением климата на планете.

Пензенская область относится к поясу континентального климата умеренных широт с продолжительным зимним периодом и короткими переходными сезонами, что определяет специфичность в формировании морозостойкости озимых в регионе.

В связи с потеплением климата в регионе в последние 40 лет изменились соотношения типов осенней погоди. Так, повторяемость очень холодной и влажной осени снизилась с 15 до 12 % случаев, а теплой умеренно-влажной повысилась с 30 до 33 %, теплой и сухой погоды - с 3 до 4 % случаев, что свидетельствует об улучшении агроэкологических условий для выращивания озимой пшеницы.

Среднемноголетняя повторяемость циклонических образований зимой, по сравнению с другими сезонами, самая низкая (42 %). Однако в последние 40 лет этот показатель еще более снизился - до 40 %, что свидетельствует о более редкой повторяемости суровых зим в регионе и снижении вероятности вымерзания озимой пшеницы.

7


Изменилась также повторяемость типов погоды зимнего периода: частота очень холодной и сухой зимней погоды снизилась с 6 до 4 %, а очень теплой и влажной - возросла с 4 до 6 %.

Морозостойкость озимой пшеницы во многом определяется температурным режимом осенне-зимнего периода.

Осенние температуры обусловливают уровень закаливания, а зимние -условия перезимовки.

Температурные условия в период вегетации озимых в регионе являются благоприятными и в последние десятилетия, в связи с глобальным потеплением климата на планете, улучшаются.

Ключевыми характеристиками температурного режима являются средние годовые, средние месячные, средние суточные, минимальные, максимальные температуры воздуха и даты перехода средних суточных температур через определенные значения.

Средняя годовая температура воздуха в регионе положительная и равна 4,0 °С. Ежегодное отклонение средней годовой • температуры от средней многолетней составляет±2,2 °С.

Разность между температурами самого холодного (январь) и самого теплого (июль) месяцев, т.е. годовая амплитуда средних месячных температур составляет 31,9 "С. Средние месячные температуры могут значительно отклоняться от средней многолетней. Повторяемость таких случаев невелика. За последние 80 лет средняя месячная температура января ниже -20,0 °С отмечалась один раз, выше -6,0 °С - два раза. Причем, в последние 40 лет в связи с глобальным потеплением климата среднемесячный температурный порог -20 "С не превышался.

Средние суточные температуры воздуха в январе могут опускаться до -35 "С и ниже в среднем 1 день в 20 лет. Самая низкая средняя суточная температура воздуха -37,5 °С наблюдалась 25 января 1892 г. Но в последние 40 лет, в связи с глобальным потеплением климата, среднесуточная температура воздуха ниже -35 °С не опускалась.

С декабря по февраль в среднем наблюдается 3 дня с положительной средней суточной температурой, которые приходятся на последние 40 лет. Средняя месячная температура февраля на 0,8 °С выше январской, температура марта на 5,7 °С выше, чем в феврале. Замедленное повышение температуры в марте объясняется наличием снежного покрова и большими затратами тепла на его таяние и испарение. В марте регистрируется в среднем около 5 дней со средней суточной температурой выше 0 °С, хотя в последние 40 лет этот показатель возрос и составляет 7 дней. После схода снежного покрова (13 апреля) рост температуры идет интенсивнее. От марта к апрелю средняя месячная температура увеличивается на 10,4 °С, а в последние 40 лет - на 11,2 °С. Переход средних суточных температур от отрицательных к положительным в регионе наблюдается 4 апреля, а в последние 20 лет — 30 марта. В течение месяца возможны и возвраты холодов, когда средняя суточная температура опускается ниже 0 °С. В среднем в апреле регистрируется 6 дней с

8


отрицательной средней суточной температурой, а в последние 20 лет этот показатель снизился до четырех дней.

В мае средняя суточная температура выше 10 °С, а четыре дня температура поднимается выше 20 °С. Причем названный показатель в последние 40 лет повысился до шести дней.

Осенью температура понижается гораздо медленнее, чем она возрастает весной. В сентябре в течение 19 дней средняя суточная температура поддерживается выше 10 °С и примерно один раз в 30 лет она может быть отрицательной. В последние 40 лет в связи с глобальным потеплением климата отрицательной температуры в сентябре не фиксировалось. Средняя многолетняя температура октября 4,5 °С, а в последние 40 лет - 4,8 СС. В месяце около шести дней отмечается отрицательная среднесуточная температура.

Переход средних суточных температур от положительных к отрицательным значениям наблюдается в среднем 2 ноября, а в последние 40 лет — 4 ноября. В ноябре отмечается 9 дней с положительной средней суточной температурой, а за последние 40 лет - 11 дней. Температура выше 10 °С возможна один раз в 25 лет.

В декабре преобладают дин си средними температурами от 0 до -15 ""С. Возможны два дня с температурой выше 0 °С, а в последние 40 лет — три дня.

Годовой минимум температуры воздуха приходится на январь (50 % зим), февраль (34 %) и декабрь (13 %). Но в отдельные годы самая низкая температура может отмечаться в ноябре (1931, 1961 гт.) и в марте (1964 г.).

За многолетний период с 1891 по 1981 г. самая низкая температура -42,6 °С наблюдалась 25 января 1892 г. В последние 40 лет, в связи с глобальным потеплением климата на планете, минимальная температура не опускалась в регионе ниже 39 °С.

Период со средними суточными температурами выше 0 "С начинается 4 апреля и заканчивается 2 ноября, его продолжительность 211 дней. Но в последние 40 лет он повысился до 217 дней, что свидетельствует об улучшении условий для роста и развития озимых.

Переход средней суточной температуры воздуха через 5 °С принято считать за начало вегетационного периода, так как с этой температурой у большинства озимых культур связано начало вегетации весной и прекращение ее осенью. В регионе дата перехода средней суточной температуры через 5 "С - 17 апреля (весной) и 13 октября (осенью). В последние 40 лет эти даты за счет потепления климата сдвинуты на 14 апреля и 16 октября. Средняя продолжительность периода с температурой выше 5 °С 178 дней, в отдельные годы она может составлять 146-200 дней. В последние 40 лет названный показатель составил в среднем 181 день. Это свидетельствует об улучшении условий вегетации озимых растений.

Средняя дата первого заморозка в регионе 3 октября, последнего -3 мая. В последние 40 лет этот показатель в связи с потеплением климата в регионе сместился на 6 октября и 29 апреля, что существенно сокращает вероятность гибели озимой пшеницы от вымерзания.

9


В отдельные годы даты первых и последних заморозков значительно отличаются от приведенных средних. Самый ранний заморозок за весь период отмечен 13 сентября 1930 г., а в 1R95 и 1935 г. первые заморозки наблюдались только 31 октября. Весенние заморозки в основном прекращаются между последней декадой апреля и первой декадой мая, но в отдельные годы последний заморозок может наблюдаться и в первой декаде июня. До 19 мая весенние заморозки наблюдаются почт ежегодно. Позже этой даты они могут повторяться один раз в 10 лет, а в последние 40 лет — один раз в 20 лет, что улучшает условия вегетации озимых.

С вероятностью 5 % (один раз в 20 лет) весенние заморозки возможны в первой декаде июня. Л с вероятностью 15 % (примерно один раз в 7 лег) осенние заморозки возможны во второй декаде сентября. В последние 40 лет частота наступления их изменялась: в первом случае - до одного рам в 25 лег, а во втором — одною раза в 9 лег.

Сроки наступления и прекращения заморозков ежегодно меняются, тем самым изменяется продолжительность безморозного периода. Средняя его продолжительность в регионе 152 дня. Однако за последние 40 лет этот показатель увеличился до 157 дней, что благоприятно сказывается на вегетации озимых. Один раз в 20 лет продолжи [ельность безморозного периода может быть менее 125 и более 179 дней.

Существенное влияние на процесс формирования морозостойкости и перезимовку озимых оказывает температура почвы.

Средняя годовая температура почвы составляет 5 "С. Ежегодные отклонения средней годовой температуры почвы от многолетней составляют ±2°С.

В зимние месяцы температура поверхности почвы отрицательная (-4... -12 °С). Наиболее низкие температуры почвы наблюдаются в январе и феврале (-12 °С). Однако в последние 40 лет этот показатель снизился до -10 СС. Средние минимальные температуры этих месяцев -17...-18 °С, абсолютный минимум равен -48 °С. Зимой температура поверхности почвы близка к температуре воздуха, разность составляет менее 1 °С.

Важное практическое значение имеют сведения о глубине проникновения температуры 0 °С в почву, глубине промерзания почвы и заморозках на поверхности почвы.

В среднем глубина проникновения температуры 0 °С в почву колеблется от 61 см в декабре до 103 см в марте. Но в последние 40 лет эти показатели в связи с потеплением климата снизились до 58 и 97 см соответственно.

Максимум был отмечен в марте 1933 г. (174 см). Глубина проникновения температуры 0 "С в почву обычно превышает глубину промерзания почвы.

Средняя глубина промерзания почвы к концу декабря составляет 28 см, наибольшая глубина промерзания (50 см) отмечается в марте. В последние 40 лет эти показатели снизились до 26 и 47 см. В 1969 г. был зафиксирован максимум 96 см.

10


Срок наступления первых заморозков на поверхности почвы 26 сешяб-ря - на 7 дней раньше, чем в воздухе. В последние 40 лет этот показатель в связи с потеплением климата сдвинулся на 1 октября.

По мерс углубления в почву заморозки позже начинаются и раньше кончаются. Так, на глубине 40 см в обычные годы заморозки прекращаются в среднем в середине апреля и до декабря температура почвы держится выше 0 °С, т.е. продолжительность безморозного периода составляет 242 дня. В последние 40 лет этот показатель возрос до 247 дней.

Следует также отметить, что в связи с глобальным потеплением климата улучшилась влагообеспеченность озимых культур. Так, годовое количество осадков возросло до 618 мм, сократилась частота сухих периодов.

Все это оказало существенное влияние на рост, развитие озимых, формирование зимостойкости и условия перезимовки.

Существенное возрастание среднемесячных температур зимнего периода снижает опасность гибели озимых от вымерзания.

Наши наблюдения и анализ статистических данных свидетельствует о том, что в последние 34 года структура причин гибели озимых в регионе существенно изменилась (табл. 1).

Так, в период с 1940 по 1969 год основной причиной гибели озимой пшеницы являлось вымерзание, в результате чего в 33 % лет посевы гибли под воздействием низких отрицательных температур.

Л Структура причин гибели озимой пшеницы при перезимовке в Пензенской области

Причины гибели

Вымерзание Зимняя засуха Выпревание Ледяная корка Гибель не зафиксирована

Частоты гибели, % 1940-1969 гг.

26 7

24 15 28

1970-2003 гг. 20 3 31 6

40 В то же время в 24-х случаях из 100 гибель озимой пшеницы была вы

звана выпреванием, в 15 случаях - ледяной коркой, в 7 случаях — зимней засухой. Благополучно зимовали и давали хороший урожай посевы озимой пшеницы в 28 случаев из 100.

Глобальное потепление климата в регионе в последние 34 года (1970-2003 гг.) явилось главной основой существенного изменения структуры причин гибели озимых. Так, частота вымерзания сократилась до 20 %, частота выпревания возросла до 31 %. Снизилась доля гибели посевов от ледяной корки - до 6 % и зимней засухи - до 3 %.

Следует отметить, что в последние 34 года значительно (на 12 %) возросло число зим с благоприятными условиями зимовки, когда гибель озимой пшеницы не фиксировалась.

Следовательно, глобальное потепление в лесостепи Среднего Поволжья вызвало существенное улучшение агроэколотческих условий для возде-

11


лывания озимой пшеницы в регионе, т о создает хорошие перспективы для расширения посевных площадей. • - -

Морозостойкость озимой пшеницы в зависимости от систем основной обработки почвы. Нами оценивалось влияние различных систем основной обработки почвы на рост, развитие и формирование морозостойкости озимой пшеницы сорта Самарянка с использованием в качестве оценочного показателя степени накопления свободного пролина в листьях в критические но температурным условиям периоды зимовки.

Общие закономерности формирования морозостойкости озимой пшеницы при различных системах, основной обработки почвы рассматриваются на примере экспериментального материала, полученного в 2000-2001 г.г.

Наши исследования показали, что перед посевом озимых лучшие по влагообеспеченности условия для получения всходов, осеннего роста и развития растений отмечались в варианте с отвальной обработкой почвы, где содержание влаги в слое 0-20 см составило 20,8 %. Эти растения хорошо раскустились с осени и ушли в зиму в фазе полного кущения.

В то же время, менее благоприятные условия складывались осенью в посевах озимой пшеницы при безотвальной обработке почвы и особенно, в варианте, где обработка почвы ограничилась лущением на глубину 8-10 см. Содержание влаги в слое 0-20 см в этих вариантах опыта перед посевом пшеницы было ниже - 12,3 и 12,2 % соответственно, что отразилось на темпах роста и развития растений, которые ушли в зиму в фазе начала кущения. Анализ показывает, что различные темпы осеннего роста и развития растений пшеницы, возделываемой при разных приемах обработки почвы, обеспечили неравноценную подготовленность посевов к зимовке, что подтверждается динамикой накопления свободною пролина в листьях в процессе подготовки к зиме и при перезимовке. Так, ранней осенью, при воздействии на растения относительно высоких положительных температур (10...15 °С), содержание аминокислоты в листьях пшеницы во всех изучаемых вариантах опыта было низким и составляло 11-М мг% (табл. 2, рис. 1).

В первую фазу закаливания, при среднесуточной температуре воздуха 5 "С, отмечается незначительное увеличение содержания пролина в листьях растений всех вариантов опыта. Следует отмстить, что в первом и втором случае достоверных различий в накоплении аминокислоты не отмечено.

С переходом озимых ко II фазе закаливания, при среднесуточной температуре 0...-5 °С, содержание свободного пролина в листьях пшеницы существенно возрастает. Наиболее интенсивный прирост аминокислоты отмечается в варианте с отвальной обработкой почвы, где содержание пролина в листьях пшеницы достигло 47 мг%. Это свидетельствует о более благоприятном протекании процесса закаливания у этих растений и лучшей их подготовленности к зимовке. В то же время в растениях пшеницы при безотвальной обработке почвы, и особенно, при лущении, названная аминокислота накапливается менее интенсивно, что свидетельствует об их слабом адаптивном потенциале в условиях низкотемпературного стресса.

12


2. Влияние приемов основной обработки почвы на накопление в листьях свободного пролина, морозостойкость иурожайность озимой пшеницы

Система обработки почвы

I. Лущение 6-8 см Вспашка 25-27 см 2. Лущение 6-8 см Безотвальное рыхление 25-27 см 3. Лущение 6-8 см Лущение 8-10 см НСР0»(%,т/га)

1. Лущение 6-8 см Вспашка 25-27 см 2. Лущение 6-8 см Безотвальное рыхление 25-27 см 3. Лущение 6-8 см Лущение 8-10 см НСРС5(%,т/га)

1. Лущение 6-8 см Вспашка 25-27 см 2. Лущение 6-8 см Безотвальное рыхление 25-27 см 3. Лущение 6-8 см Лущение 8-10 см HCPos(%,T/ra)

Содержание пролина, ] Ранняя

осень

11±2

13М

1-Ш

12JH

1б±2

18±2

13±1

16±3

18±2

I фаза закаливания

II фаза закаливания

2000-2001 г.г. 19±3

2(Н2

18±2

47±4

35 U

32±2

2001-2002 г.г. 26±3

21±1

17±3

33i2

3U2

24i3

2002-2003 г.г. 25±1

22±3

20±1

41±3

34±2

25±2

чг% Кри-тиче-', ский

период

62±5

50±4

46±2

53i4

44 £3

31±2

49±4

42±3

З&Н

Выживаемость

после промораживания,

%

89,1

68,3

6S.9 3,1

71,6

59,4

54,9 4,2

57,1

40,8

36,7 3.8

Урожай ность, т/га

5,21

4,55

4,36 0,38

3,92

2,60

2,32 0,42

1,69

1,37

1,25 0,21

Примечание. Коэффициенты корреляции между накоплением пролина, температурным режимом, выживаемостью в условиях низкотемпературного стресса и урожайностью составляют 0,83-0,91.

13


мг%

2000-2001 I T .

Всходы I фаза - II фаза Критический Выход из . закаливания закаливания период зимы

•.- • - зимовки Отвальная (25-27 см) Безотвальная (25-27 см)

—*—Лущение (8-10 см) Рис. 1. Динамика накопления свободного пролина в листьях

озимой пшеницы при различных системах основной обработки почвы


Наиболее существенное накопление свободного пролина во всех вариантах опыта отмечается в критический период зимовки, когда минимальная температура воздуха достигла -24...-26 "С. Причем, максимальные абсолютные значения концентрации аминокислоты отмечаются у растений в варианте с отвальной обработкой почвы - 62 мг%, тогда как менее развитые с осени и слабо адаптированные к морозам растения пшеницы, возделываемые при безотвальной обработке и лущении, накопили в листьях меньшее содержание пролина — 50 и 46 мг% соответственно. Это свидетельствует об их низком, по сравнению с первым вариантом, уровнем морозостойкости, что подтверждается результатами выживаемости при HCKJCCTBCHHOM промораживании в холодильной камере, приведенными в таблице.

В весенний период, с приходом среднесуточных температур воздуха к положительным значениям и возобновлением весенней вегетации растений, содержание пролина в растениях всех изучаемых вариантов опыта существенно снижается. Причем наиболее значительный спад отмечается в растениях пшеницы при отвальной обработке почвы, что свидетельствует о более высокой пластичности белкового обмена веществ у растений згой группы.

Общие закономерности формирования морозостойкости озимой пшеницы подтвердились в последующие два года исследований.

Следует отметить, что крайне неблагоприятные условия для осеннего роста, развития и формирования морозостойкости озимой пшеницы сложились в 2002-2003 г.г., что подтверждается относительно низкими темпами накопления свободного пролина в листьях. Это существенно отразилось на выживаемости растений в условиях низкотемпературною шока и урожайности, показатели которых снизились по всем вариантам опыта.

Следовательно, в лесостепной зоне Поволжья оптимальным приемом основной обработки почвы, обеспечивающим благоприятные условия для роста, развития и формирования морозостойкости озимой пшеницы, является отвальная обработка на 25-27 см.

Влияние сроков посева на формирование морозостойкости озимой пшеницы. Нами проводились исследования по оценке морозостойкости озимой пшеницы различных сроков посева. В качестве косвенного оценочного показателя уровня морозостойкости использовалась степень накопления аминокислоты пролина в листьях растений озимой пшеницы нового для региона сорта Са.марянка, возделываемого на выщелоченном черноземе в вось-мипольном зернопаропропашном севообороте по черному пару.

Общие закономерности формирования морозостойкости озимой пшеницы различных сроков посева рассматриваются нами на примере экспериментального материала, полученного в 2000-2001 г.г.

Анализ результатов эксперимента показывает, что неравномерность осеннего роста и развития растений озимой пшеницы, высеваемой в разные сроки, обусловила различную подготовленность посевов к зимовке, о чем косвенно свидетельствует степень накопления криозащитнои аминокислоты пролина в листьях растений в период их закаливания и перезимовки.

15


Так, в раннеосенний период (I декада октября) содержание свободной аминокислоты в листьях пшеницы всех изучаемых сроков посева было относительно низким и составляло 9-11 м% (табл. 3; рис. 2).

3. Накопление в листьях свободного пролила, морозостойкость

Срок посева

25 августа 5 сентября 15 сентября НСРи (%,т/га)

25 августа 5 сентября 15 сентября

НСРс5 (%, т/га)

Содержание пролина, мг% ранняя осень

(1-15...:(гс}

1013 11±4 912

1212 1411 1713

I фаза закалива

ния (t=5...I0°C)

II фаза . закалива

ния (t-0...-2T)

2000-2001 г.г. 2U2 19±3 1715

5314 4313 3415

2002-2003 г.г. 20+2 2312 1813

36+2 ЗЗИ 2514

критический период (t=-2S...-

2ГС)

6814 51±5 4413

53±4 36ЬЗ 2812

Выживаемость

после промораживания,

%

«6,9 71,1 60,4 4,6

44,7 31,2 24,9

3,9

Урожай

ность, т/га

5,73 5,21 4,07 0,70

1,24 0,81 0,75

0,36

С переходом озимых к.1 фазе закаливания зафиксировано несущественное увеличение содержания пролина в растениях всех вариантов опыта.

Вступление озимых во II фазу закаливания, когда среднесуточная температура воздуха перешла к отрицательным значениям, отмечается резкое увеличение содержания аминокислоты в листьях. Причем, наиболее активный прирост концентрации криопротектора зафиксирован в растениях раннего срока посева, где содержание пролина в листьях пшеницы достигло 53 MI%, что является свидетельством благоприятного протекания закаливания и хорошей подготовленности их к жизни в условиях низкотемпературного шока. В это время в растениях среднего, и особенно, позднего сроков посева процесс накопления аминокислоты протекал менее интенсивно, что подтверждает слабый уровень закалки к низким температурам.

С переходом озимых к I фазе закаливания зафиксировано несущественное увеличение содержания пролина в растениях всех вариантов опыта.

Вступление озимых во II фазу закаливания, когда среднесуточная температура воздуха,перешла к. отрицательным значениям, отмечается резкое увеличение содержания аминокислоты в листьях. Причем, наиболее активный прирост концентрации криопротектора'зафиксирован в растениях раннего срока посева, где содержание пролина в листьях пшеницы достигло 53 мг%, что является свидетельством благоприятного протекания закаливания и хорошей подготовленности их к жизни в условиях низкотемпературного шока. В это время в растениях среднего, и особенно, позднего сроков посева процесс накопления аминокислоты' протекал менее интенсивно, что подтверждает слабый уровень закалки к низким температурам.

16


мг%

2000-2001гг.

Всходы I фаза II фаза Критический Выход из закаливания закаливании период зимы

зимовки

25 августа 5 сентября —*—15 сентября

Рис. 2. Динамика накопления свободного пролина в листьях озимой пшеницы различных сроков посева


В критический по температурным условиям период зимовки, когда температурный минимум достиг -25...-27°С, отмечается абсолютный максимум содержания пролина в листьях пшеницы раннего срока посева. В то же время в растениях среднего и особенно позднего сроков посева, отличающихся более слабым осенним развитием, зафиксировано меньшее накопление аминокислоты, что свидетельствует об их более низком адаптивном потенциале в условиях криошока, что подтверждается результатами выживаемости растений при искусственном промораживании в холодильной камере, приведенными в таблице.

С переходом среднесуточной температуры к положительным значениям зафиксировано резкое снижение содержания пролина во всех изучаемых вариантах опыта. Наиболее существенный спад отмечается п посевах раннего срока, чго еще раз подтверждает высокую степень пластичности обменных процессов в растениях.

Крайне неблагоприятные условия для осеннего роста, развития и формирования морозостойкости озимой пшеницы сложились в 2002-2003 г.г.

Несмотря на то, что общие закономерности формирования морозостойкости озимой пшеницы по вариантам опыта в целом подтвердились, содержание свободного пролина в листьях в абсолютных значениях по фазам закаливания и в критические периоды зимовки было значительно ниже, по сравнению с таковым в 2000-2001 г.г.

Низкий адаптивный потенциал озимых сопровождхпея низкой выживаемостью растений п процессе промораживания, которая не превышала 44,7 % и урожайность при этом составила не более 1,04 т/га.

Анализ результатов исследований выявил наличие тесной положительной корреляционной зависимости между температурным режимом осенне-зимнего периода, штажностью почвы, содержанием свободного пролина в растениях, морозостойкостью и урожайностью озимой пшеницы, которая колеблется в пределах от 0,76 до 0,87.

Следовательно, для лесостепной зоны Поволжья лучшим сроком посева озимой пшеницы интенсивного типа, обеспечивающим оптимальный рост, развитие и формирование морозостойкости, является ранний срок - последняя декада августа.

Разработка способа защиты растений от вымерзания. Целью предлагаемого метода является повышение эффективности закхчивания растений, позволяющее существенно повысить их степень защиты от вымерзания. Достижение названной цели обеспечивается за счет комплексной обработки семян и проростков криопротекторкой смесью — водным раствором сахарозы и аминокислоты пролина.

Для этого партию семян культурных растений замачивают в течение 20 минут в теплом (30-35 °С) водном 0,02-молярном растворе фабричного пролина с последующим получасовым подсущиванием в хорошо проветриваемом помещении на рыхлой фильтровальной бумаге. Затем обработанные семена в течение 10 суток проращивают в растильнях на многослойной фильтрованной бумаге, обильно смоченной раствором криопротекторов,

18


приготовленным из расчета 15 г сахарозы и 3 г пролина на 1 л воды. Затем проростки подвергают холодовому закаливанию в режиме: первые пять суток при температуре 0..-2 °С без доступа света; последующие трое суток при температуре -4...-5 °С и искусственном освещении 5 тыс. лк.

Затем закаленные проростки с помощью распылителя опрыскивают 0,01 -молярным раствором пролина из расчета 0,05 л раствора на 1 м2 листовой поверхности.

Предлагаемый способ может быть использован для повышения морозостойкости озимых зерновых культур, мноюлетних кормовых растений, а также растений подзимнего сева.

Эффективность разработанного способа оценивалась путем прямого промораживания обработанных крионрогекторами проростков различных сортов озимой пшеницы в холодильной камере в течение суток при температуре 14-15 °С (табл. 4).

4. Сравнительная оценка эффективности нового способа защиты растений от вымергания

Сорт пшеницы

Мироновская 808 Лютесценс 88 Безенчукская 380

Содержание пролина в проростках после закали

вания, мг% без обработ

ки 30 38 26

с обработкой 61 76 53

Выживаемость проростков после промораживания, %

без обработки

42,9 48,2 39,4

с обработкой 70,5 ' 87.3 64,8

Примечание. Погрешность цифрового экспериментального материала по содержанию пролина не превышает 5 %.

Результаты оценки свидетельствуют о том, что комплексная обработка семян и проростков испытуемых сортов озимой пшеницы повышает содержание в вегетативных органах (листьях) растений криозащитной аминокислоты пролина почти в два раза. В результате этого морозостойкость растений повышается, что подтверждается существенным (на 35-40 %) повышением их выживаемости при промораживании.

В диссертационной работе также представлен материал, подтверждающий высокую энергетическую эффективность рекомендуемых для .зимой пшеницы систем основной обработки почвы и срока посева.

ВЫВОДЫ 1. Глобальное потепление климата вызвало в лесостепи Поволжья ус

тойчивые изменения основных агрометеорологических параметров. За последние 40 лет повторяемость очень холодной и влажной осени снизилась с 15 до 12 % случаев, а теплой умеренно влажной — повысилась с 30 до 33 %, теплой и сухой — с 3 до 4 % случаев.

19


Изменилась таюке повторяемость типов погоды зимнего периода: частота очень холодной и сухой погоды снизилась с 6 до 4 %, очень теплой и влажной - возросла с 4 до 6 %.

Средняя многолетняя дата выпадения первого снега сдвинулась на 3-5 дней. Продолжительность устойчивого снежного покрова сократилась со 135 до 129 дней.

Это существенно улучшило агроэкологические условия формирования морозостойкости озимой пшеницы.

2. Изменение погодных условий привело к значительной перестройке структуры частоты гибели озимой пшеницы: число лет с вымерзанием сократилось на 8 %, с выпреванием увеличилось на 5 %, а гибель от ледяной корки снизилась на 7 %. Возрос на 10 % процент зим с благоприятными условиями зимовки, когда гибель озимых не наблюдалась.

3. Выявлена тесная корреляционная зависимость (г - 0,76-0,91) между морозостойкостью озимой пшеницы, температурным режимом среды в осен-не-зимне-вессниий период и содержанием в листьях аминокислоты пролина, которая сочетает в себе крнозащитные свойства со способностью накапливать в значительных количествах в вегетативных органах растений в условиях низкотемпературного стресса.

4. Система основной обработки почвы, определяя степень аллелопати-ческого почвоутомления, косвенно влияет на рост, развитие и формирование морозостойкости, перезимовку и урожайность озимой пшеницы.

Низкая степень аллелопатического почвоутомления, большое накопление свободного пролина (до 62 MI*O), высокая выживаемость растений в условиях низких температур (до 89,1 %) и максимальная урожайность (до 5,21 т/га) обеспечивается при основной системе обработки почвы: лущение (6-8 см) — вспашка (25-27 см) - послойные культивации.

Замена вспашки лущением (6-8 см) и рыхлением (25-27 см) повышают степень аллелопатического почвоутомления, что снижает вышеназванные показатели до 50 мг%; 68,3 % и 4,55 т/га соответственно.

5. Лучшие гидротермические условия для получения дружных всходов, активного осеннего роста и развития обеспечиваются в посевах раннего срока (III декада августа), что определяет в критические периоды зимовки максимальное накопление криозащптной аминокислоты пролина (до 53 мг%), высокую выживаемость при перезимовке (до 86,9 %) и урожайность (до 5,73 т/га) озимой пшеницы.

Растения среднего (I декада сентября) и, особенно, позднего (II декада сентября) сроков посева отличаются более слабым осенним развитием, меньшим накоплением пролина в критический период зимовки (до 51 мг%), низкой зимней выживаемостью (до 71,1 %) и урожайностью (до 5,21 т/га) соответственно.

6. Используя криозащитные свойства свободного пролина, разработан и запатентован (Патент РФ № 2200381) новый высокоэффективный способ защиты озимой пшеницы от вымерзания, который позволяет повысить морозостойкость растений на 35-40 %.

20


7. Используя гидрофильные свойства желатина, модифицирован метод оценки лабораторной всхожести озимой пшеницы, предусматривающей использование в качестве ложа для проращивания семян желатиновый гидрогель и позволяющий существенно повысить объективность оценки.

8. Наивысший энергетический коэффициент отмечался при использовании двухфазной отвальной зяблевой обработки почвы (3,69) и при раннем (III декада августа) сроке посева - 3,56.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Лучшей системой основной обработки почвы, обеспечивающей фор

мирование высокой морозостойкости и урожайности озимой пшеницы при возделывании по чистому пару является лущение (6-8 см) - вспашка (25-28 см) - послойные культивации.

2. Оптимальным сроком посева, при котором формируется высокая морозостойкость и урожайность озимой пшеницы, является III декада aBiycra.

3. Для защиты озимой пшеницы от вымерзания рекомендуется использовать разработанный нами и запатентованный (Патент РФ № 2200381) высокоэффективный способ, предусматривающий обработку растений растворами крионротекторов сахарозы и иролина, обеспечивающей повышение морозостойкости на 35-40 %.

4. Для оценки лабораторной всхожести озимой пшеницы рекомендуется модифицированный метод, где в качестве субстрата для проращивания семян предлагается использовать вместо увлажненной фильтровальной бумаги желатиновый гидрогель.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Преснякова Е.В., Орлов А.А., Судакова Н.Н. О причинах гибели озимой пшеницы в черноземной Лесостепи Поволжья // Агрономическая наука в начале XXI века: Материалы 40-й научной конф. молодых ученых, аспирантов и студентов агрономического факультета, посвященной 50-летию Пензенской ГСХА и 200-летию Пензенской губернии. - Пенза: РИО ПГСХА, 2001 . - С. 165-167.

2. Орлов А.А., Стаценко А.П. Агроэкологические аспекты формирования морозостойкости разновозрастных растений озимой пшеницы // Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства: Материалы международной научно-практ. конф. - Т. I. - Пенза, 2002. - С. 60-61.

3. Орлов А.А., Судакова Н.Н., Сгаценко А.II. Влияние температурного режима на содержание свободного пролина в вегетативных органах озимой пшеницы // Проблемы повышения эффективности сельскохозяйственного производства в XXI веке: Материалы 41-й научной конф. молодых ученых, аспирантов и студентов агрономического факультета. - Пенза: РИО ПГСХА, 2002.-С. 72-73.

21


4. Орлов А.А., Стаценко А.П. Влияние сроков посева на морозостойкость озимой пшеницы в Лесостепи Поволжья // Проблемы плодородия почв на современном этапе развития: Сборник материалов Всероссийской научно-практ. конф., посвященной 50-летию кафедры почвоведения и агрохимии ПГСХА. - Пенза: МНИЦ ПГСХА; 2002. - С. 190-192.

5. Орлов А.А., Стаценко А.П. Способ повышения морозостойкости растений // Тезисы докл. V съезда общества физиологов России. - Пенза - Москва, 2003. - С. 313-314.

6. Орлов А.А., Стаценко А Л . Влияние системы обработки почвы на аллелопатаческое почвоутомление и "морозостойкость озимой пшеницы // Проблемы АПК: Материалы международной научно-практ. конф., посвященной 60-летию Победы под Сталинградом. - Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2003.-С. 110-112.

7. Орлов А.А., Стаценко А.П. Формирование морозостойкости и урожайности озимой пшеницы в зависимости от основных элементов агротехно-логии // Проблемы АПК и пути их решения: Материалы научно-практ. конф. -Пенза: РИО ПГСХА;2003. - С. 190-194.

8. Орлов АЛ. Пролиновый мониторинг морозостойкости озимой пшеницы // Физиолого-биохимические аспекты обработки семян сельскохозяйственных культур: Межвузовский сборник.'— Ульяновск: Ульяновская ГСХА, 2003.-С. 131-134.

9. Патент RU 2200381 CI А 01 G 7/00, А 01 G 1/00. Способ защиты растений от вымерзания / А.П. Стаценко, А.А.Орлов. — 2001113302/13. Заявлено 14.05.2001; опубл. 20.03.2003. Приоритет от 14.05.2001; УДК 581.1 //Открытия. Изобретения. - 2003. - Бюл. № 8.

10. Стаценко А.П., Орлов А.А. Влияние основной обработки почвы на формирование морозостойкости озимой пшеницы // Зерновое хозяйство, 2004.-Л'а 1.-С. 15-16.

22


Подписано в печать 13.05.04. Объем 1,25 усл. пл. Тираж 100 экз. Заказ №61.

Отпечатано с готового оригинал-макета в мини-типографии. Свидетельство № 5551.

440600, г. Пенза, ул. Московская, 74.


Ц 0 0 1 8


798.влияние систем обработки почвы и сроков посева на...

Documents