CC BY
40
УДК631.559: 631.86
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕАКЦИИ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА ОБРАБОТКУ ГУМИНОВЫМ ПРЕПАРАТОМ ГУМОСТИМ И ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ
Е.П. КОНДРАТЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Н.В. ВЕРБИЦКАЯ, аспирант
Е.А. ИЖМУЛКИНА, кандидат экономических наук, доцент
О.М. СОБОЛЕВА, кандидат биологических наук, доцент (e-mail: [email protected])
Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, ул. Марковцева, 5, Кемерово, 650056, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью оценки реакции яровой мягкой пшеницы на некорневую обработку гуминовым препаратом Гумостим. Работа выполнена в 2010-2012 гг. на базе ООО «Мечта» Промышленновского района Кемеровской области на посевах яровой пшеницы сорта Баганская 95. Агротехника в опытах - общепринятая в растениеводстве степной зоны. Почва опытного участка чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый. Мощность гумусового горизонта колеблется от 25 до 30 см, содержание гумуса - 8,5%, реакция почвенного раствора слабокислая (рН 5,4). Содержание подвижного фосфора и обменного калия составляет соответственно 110 и 130 мг/кг почвы. Изучали влияние обработок посевов яровой мягкой пшеницы в период кущения растворами препарата Гумостим разной концентрации (0,1, 0,01 и 0,001%) на изменение некоторых элементов структуры урожая и урожайность. Обработка препаратом Гумостим в самой низкой из изученных концентраций оказывает влияние на формирование основных структурных элементов урожая: увеличивает длину колоса (на 26,7%), число колосков (на 8,1%), количество зерен в колосе (на 20,2%), массу зерна с колоса (на 14,3%). По результатам корреляционного анализа доминирующее воздействие на формирование изучаемых элементов оказывает процент оптимальной влажности почвы в период всходы-кущение растений пшеницы. Решающим фактором в повышении урожайности были метеорологические условия в период налива и созревания зерна. В среднем за 3 года наибольшая урожайность яровой пшеницы выявлены в варианте с обработкой гуминовым препаратом в концентрации 0,001% - 23,2 ц/га, против 18,3 ц/га в контроле.
Ключевые слова: пшеница, некорневая обработка, гумино-вый препарат Гумостим, структура урожая, урожайность. Для цитирования: Агроэкологическая оценка реакции яровой мягкой пшеницы на обработку гуминовым препаратом гумо-стим и погодные условия/Е.П. Кондратенко, Н.В. Вербицкая, Е.А. Ижмулкина, О.М. Соболева// Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №6. С. 52-55.
По данным ООН, к 2050 г. население Земли достигнет 9 млрд человек, и потребность в пище вырастет на 70%. Вместе с тем, потенциал мирового сельского хозяйства уже сейчас находится на пределе. Сегодня актуален поиск новых препаратов, увеличивающих продуктивность сельскохозяйственных культур, к числу которых относятся регуляторы роста гуминовой природы, получаемые из природного сырья - низинного торфа, бурого угля, сапропелей и др. Их малозатратность, доступность и высокая эффективность определяют перспективу широкого использования препаратов этого класса для увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур.
Гуминовые вещества (ГВ) имеют разнообразные специфические свойства, открывающие возможности их широкого применения во многих сферах [1]. Использование ГВ в сельскохозяйственной практике во многом связано с биологической активностью, обу-
словленной наличием большого количества карбоксильных, фенольных и хиноидных групп. Гуминовые вещества - экологически безопасные биологические стимуляторы роста и развития растений. Они снижают воздействие токсичных химических веществ, уменьшают накопление их в растительной массе, плодах и овощах, увеличивают всхожесть семян и энергию прорастания, способствуют приживаемости растения [2].
Многочисленными исследованиями установлено, что ГВ играют важную роль в почвенном плодородии и питании растений. Растения, выращенные на почве с достаточным количеством гуминовых веществ, меньше подвержены стрессам, дают более высокие урожаи, при этом качество получаемой продукции значительно выше [3-9]. Экспериментально подтверждено, что ГВ обладают стимулирующим и адаптогенным действием на клеточном и субклеточном уровнях [10].
Известно несколько способов использования гуминовых препаратов: внесение в почву, обработка семян перед посевом, опрыскивание вегетирующих растений [8]. Внесение в почву гуминовых кислот в дозе до 500 мг/кг под томаты (Lycopersicon esculentum Mill.) и огурцы (Cucumis sativus L.) приводило к стимулированию роста растений. При этом интенсивность эффекта зависела от источника, используемого для экстракции гуминовых кислот, также различались оптимальные значения концентраций для каждой культуры. Высокие концентрации ГВ вызывали угнетение роста растений [11].
Y. Chen с соавторами (2004) [12] подтвердили, что ростостимулирующее действие ГВ во многом зависит от источника их получения. Больший стимулирующий эффект оказывают вещества, извлеченные из компо-стов и почвы, чем соединения экстрагированные из торфа и бурого угля. Подобные различия ученые связывают с химической структурой гуминовых веществ, обосновывая это предположение тем, что содержание азота в ГВ, полученных из компоста и почвы, обычно выше, чем при использовании в качестве сырья угля и торфа [13].
По данным других исследователей, ГВ, экстрагированные из почвы или компоста, обычно содержат молекулы с меньшей молекулярной массой, что также влияет на стимуляцию растений [14].
Исследование эффективности применения препарата гуминовой природы Гумостим для предпосевной обработки семян пшеницы,проведенное А.В. Кравец с соавторами [15] на агросерой оподзоленной почве, показало положительное влияние этого приема на урожайность, качество продукции и устойчивость к заболеваниям. Применение препарата повысило урожайность на 10%.
При этом в условиях степной зоны Кемеровской области полевые опыты по изучению влияния гумино-вого препарата Гумостим на продуктивность яровой пшеницы не проводили.
Цель наших исследований - оценка реакции яровой мягкой пшеницы на некорневую обработку гуминовым препаратом Гумостим и погодные условия.
Таблица 1. Сумма осадков и эффективных температур по периодам вегетации яровой пшеницы сорта Баганская 95
Период развития 2010 г. 2011 г. 2012 г. Среднее
Сумма осадков, мм
Посев-всходы 16 2 3 7
Всходы-кущение 11 14 11 12
Кущение-
колошение 119 43 6 56
Сумма эффективных температур, 0С
Посев-всходы 76 52 79 69,0
Всходы-кущение 418 291 474 394,3
Кущение-
колошение 619 691 658 656,0
Восковая спелость 1016 1059 1263 1112,7
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2010-2012 гг. на базе ООО «Мечта» Про-мышленновского района Кемеровской области на посевах яровой пшеницы сорта Баганская 95. Размер опытных делянок 9 м2, повторность 4-кратная. Агротехника в опытах - общепринятая в растениеводстве степной зоны, все полевые работы осуществляли своевременно.
Почва опытного участка - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый. Мощность гумусового горизонта колеблется от 25 до 30 см, содержание гумуса - 8,5%, реакция почвенного раствора слабокислая (рН 5,4). Содержание подвижного фосфора и обменного калия составляет соответственно 110 и 130 мг/кг почвы.
Степная зона Кемеровской области по температурному режиму и условиям увлажнения характеризуется резкоконтинентальным климатом. Среднегодовая температура воздуха составляет +0,20С, средняя температура самого жаркого месяца (июль) +19,60С, наиболее холодного (январь) - -18,10С. Продолжительность безморозного периода 115-120 дн. Годовая сумма осадков в зоне проведения опытов 300-350 мм.
В годы исследований относительно благоприятные для растений яровой пшеницы метеоусловия сложились в 2010 и 2011 гг. (табл. 1). В 2012 г. повышенный температурный режим весенне-летнего периода способствовал ускоренному развитию пшеницы вплоть до фазы колошения, а острый недостаток влаги в июне и июле сдерживал формирование и налив зерна.
В работе использовали гуминовый препарат Гу-мостим, который был произведен путем щелочного гидролиза низинного осокового торфа месторождения «Темное» Томской области в Сибирском НИИ сельского хозяйства и торфа. Препарат представляет собой темно-коричневую жидкость, хорошо растворимую в воде. Содержит гуминовые кислоты (4-4,5%), аминокислоты, карбоновые кислоты, макро- (азот, фосфор, кальций) и микроэлементы (медь, цинк, марганец, железо), витамины А, В, С, Е. Обладает высокой биологи-
ческой и антистрессовой активностью, адаптогенными и иммуностимулирующими свойствами.
Схема опыта предусматривала опрыскивание растений пшеницы в фазе кущения (4-5 листьев) водой (контроль) и растворами препарата Гумостим концентрацией 0,1; 0,01 и 0,001%. Выбор срока обработки обусловлен тем, что именно на третьем этапе органогенеза закладываются генеративные органы злаковых растений [16, 17].
В фазе полной спелости отбирали модельные снопы для биометрического анализа урожая (длина колоса, число колосков, число зерен с колоса, масса зерна с колоса, масса 1000 зерен). Урожайность определяли по массе зерна с учетной площади.
При обработке полученных результатов применяли методы дисперсионного и корреляционного анализа [18].
Результаты и обсуждение. Число колосков в колосе в нашем опыте зависело от концентрации раствора препарата Гумостим (рис. 1). Во все годы больше всего их отмечали у растений, обработанных изучаемым препаратом в низкой концентрации (0,001%) - от 11 шт. (2012 г.) до 17 шт. (2010-2011 гг.). В среднем за 3 года они формировали 1,9 зерен в колоске, против 1,5 шт. в контроле. Повышение концентрации раствора до 0,1% приводило к снижению числа зерен в колоске - в среднем их количество составляло 1,4 шт.
Рис 1. Влияние обработок посевов пшеницы раствором препарата Гумостим на формирование элементов структуры урожая (2010-2012 гг.): Ц-контроль, ЕЗ-0,001%,0-0,01%,
Наибольшие длина и число зерен в колосе у пшеницы исследуемого сорта Баганская 95 в среднем за 2010-2012 гг. отмечены в варианте с обработкой растений раствором препарата Гумостим в концентрации 0,001% - 8,3 см и 28,7 шт., соответственно, что выше контроля на 2,3 см и 9,4 шт. В 2012 г. весенне-летняя засуха привела к уменьшению длины колоса в среднем по опыту на 3,5 см, количества зерен в колосе - на 14,5 шт. В контроле эти изменения были более значительными - 4,5 см и 17 шт., соответственно.
В варианте с концентрацией 0,001% число зерен в колосе после обработки увеличивалось, по сравнению с контролем, на 30 шт. (2010 г.), 37 шт. (2011 г.) и 19 шт. (2012 г.), масса зерна при этом повышалась на 1,1, 1,3 и 0,5 г, соответственно.
Масса 1000 зерен без обработки посевов варьировала по годам от 22,8 г до 29,4 г ^=22,1%). Самая низкая величина этого показателя отмечена в засушливом 2012 г. Наибольшее влияние на повышение массы 1000 зерен оказало опрыскивание посевов пшеницы раствором препарата в концентрации 0,001%: в 2010 г. она составила в этом варианте 32,2 г, в 2011 г. - 36,9 г и в 2012 г. - 28,64 г, соответственно. С увеличением концентрации раствора препарата Гумостим масса 1000 зерен, как правило, снижалась.
Обработка посевов пшеницы растворами с низкой концентрацией препарата (не более 0,001%) в стрессовых агроклиматических условиях 2012 г. приводила к повышению адаптивности растений.
Гумостим в концентрации 0,1% оказывал меньшее влияние, чем в других вариантах с применением препарата.
Таблица 2. Матрица парных коэффициентов корреляции между внешними факторами и элементами структуры урожая пшеницы
Рис. 2. Соотношение некоторых элементов структуры урожая и процента от оптимального увлажнения почвы в слое 0-100 см, 2010-2012 гг.: - % от оптимального увлажнения почвы 0-100 см; ^^ - число колосков, шт.; —- длина колоса, см; — число зерен, шт.; -а- - масса зерна колоса, г.
Обобщая многочисленные литературные сведения и экспериментальные данные, С.И. Гуминский с соавторами (1957), Чернышева (2001) [19, 20] установили увеличение положительного физиологического действия гуматов по мере нарастания отклонений условий среды от оптимума для того или иного вида растения. В наших опытах формирование определенного числа колосков в колосе в значительной мере связано со степенью влажности почвы в период кущения. Влага способствует более глубокой дифференцировке колосков в колосе. При недостатке влаги в почве часть колосков в дальнейшем не развивается. Максимальное число колосков и зерен растения яровой пшеницы в нашем опыте формировали в условиях 2011 г., соответственно 15,2 и 29,2 шт., при 75% от оптимального увлажнения почвы. При уменьшении увлажнения почвы (2012 г.) до 25% от оптимального, число колосков и количество зерен снизилось 8,6 шт. и 12,1 шт. соответственно.
Результаты корреляционного анализа показывают, что доминирующее воздействие на формирование изучаемых элементов оказывает процент оптимальной влажности почвы в период всходы-кущение растений пшеницы (табл. 2). На количество колосков положительное влияние оказывает сумма осадков (г=0,41),
Сумма осад- Сумма Процент
эффек- от опти-
Показатель тивных мального
ков, мм темпе- увлажне-
ратур, ния почвы
оС 0-100 см
Период всходы - кущения
Количество колосков, шт. 0,41 -0,61 0,83
Число зерен, шт. 0,53 -0,68 0,79
Длина колоса, см 0,49 -0,65 0,80
Период кущение - колошение
Количество колосков, шт. 0,65 -0,06 0,52
Число зерен, шт. 0,47 0,13 0,32
Длина колоса, см 0,53 0,06 0,39
Период колошение - восковая спелость
Количество колосков, шт. 0,48 -0,84 0,55
Число зерен, шт. 0,28 -0,73 0,36
Длина колоса, см 0,35 -0,77 0,43
отрицательное - сумма эффективных температур в период всходы-кущение (г=-0,61). Подобная тенденция просматривается и в другие периоды вегетации. В период кущение-колошение корреляционные связи между числом колосков, числом зерен, длиной колоса и суммой эффективных температур (г = -0,06; г = 0,13 и г = 0,06) показывают, что сумма эффективных температур практически не влияет на элементы продуктивности пшеницы в этот период, а в период колошение-восковая спелость жара и засуха оказывают сильное отрицательное воздействие на количество колосков.
Применение препарата Гумостим способствовало повышению адаптивности растений к засухе - прибавка при обработке посевов раствором с наименьшей концентрацией к контролю в 2012 г. составила 79%, тогда как в 2010-2011 гг. только 20-23% (табл. 3). В среднем за 3 года исследований прибавка урожайности в этом варианте составила 27%.
Таблица 3. Урожайности пшеницы в зависимости от концентрации раствора препарата Гумостим (2010-2012 гг.), ц/га
Вариант I 2010 г. 2011 г. | 2012 г.
Контроль 24,8 24,4 5,6
Гумостим (0,001%) 30,5 29,2 10,0
Гумостим (0,01%) 27,7 25,3 6,4
Гумостим (0,1%) 25,9 22,9 5,8
Таким образом, путем воздействия на растения пшеницы ростостимулирующим препаратом Гумостим в определенный период мы можем значительно увеличить число колосков в колосе, что способствует повышению числа зерен в колосе и продуктивности культуры. По мнению многих исследователей, гуминовые кислоты в своей структуре имеют кислородосодержащие функциональные группы. Присутствие в их молекулах группировок полуфенольного и хиноидного характера, увеличивает физиологическую активность [21, 22], которая напрямую зависит от внешних условий и повышается в присутствии стрессовых факторов. Такие выводы согласуются с результатами исследований [23, 24, 25, 26], в работах которых показано стимулирующее действие гуминовых веществ, проявляющихся в условиях засухи.
Выводы. Наибольшее увеличение числа колосков и зерен, а также массы 1000 зерен, по сравнению с контролем, отмечено при обработке посевов пшеницы в фазе кущения раствором препарата Гумостим в концентрации 0,001%. Благодаря этому урожайность
яровой пшеницы сорта Баганская 95 в 2010-2011 гг. троле - 24,6 ц/га), в условиях засухи 2012 г. - на 79% в среднем увеличилась на 21,5% (урожайность в кон- (в контроле 5,6 ц/га).
Литература.
1. Уланов Н.Н. Возможности использования окисленных углей и гуминовых веществ в сельском хозяйстве // Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука, 1993. С. 157-161.
2. Шумейко М.В. Производство углещелочных реагентов и гуминовых стимуляторов роста растений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-техническийжурнал). 2008. № 10. C. 373-376.
3. Скуратович Л.В., Грехова И.В. Эффективность обработки стимуляторами растений яровой пшеницы на поздних фазах развития // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2007. № 12. С. 28-31.
4. Комарова Г.М., Сорокина А.В. Влияние регулятора роста и развития растений гуминовой природы Гумостим на овес// Достижения науки и техники АПК. 2012. № 5. С. 27-29.
5. Касимова Л.В., Проскурина Л.Д., Малюга А.А. Влияние гуминового препарата из торфа Гумостим на урожайность и болезни картофеля //Достижение науки и техники АПК. 2012. № 5. С. 29-32.
6. Muscolo A., Sidari M., Nardi S. Humic substance: relationship between structure and activity. Deeper information suggests univocal findings// Journal of Geochemical Exploration. 2013. V.129. Рр. 57-63.
7. Growth and development of pepper are affected by humic substances derived from composted sludge/1. Azcona, I. Pascual, J. Aguirreolea, M. Fuentes, J.M. Garcia-Mina, M. Sanchez-Diaz// J. Plant Nutr. Soil Sci. 2011. V.174. Рр. 916-924.
8. Garcia A.C., Izquierdo F.G., Berbara R. Effects of Humic Materials on Plant Metabolism and Agricultural Productivity// Emerging Technologies and Management of Crop Stress Tolerance. 2014. Pр. 449-466.
9. Behzad S. Foliar Application of Humic Acid on Plant Height in Canola //APCBEE Procedia. V. 8. 2014. Pр. 82-86.
10. Безуглова О.С., Горбов С.Н. Свойства гуминовых кислоты почв урбанизированных территорий // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2013. № 2 (10). С. 89-103.
11. The influence of humic acids derived from earthworm-processed organic wastes on plant growth / R.M. Atiyeh, S. Lee, C.A. Edwards, N.Q. Arancon, J.D. Metzger//Bioresource Technology. 2002. V. 84 (1). Pр. 7-14.
12. Chen Y., Clapp C.E., Magen H. Mechanisms of plant growth stimulation by humic substances: the role of organo-iron complexes // Soil Sci. Plant Nutr. 2004. V. 50. Pр.1089-1095.
13. Simpson M.J., Chefetz B., Hatcher P.G. Phenanthrene sorption to structurally modified humic acids //J. Environ. Qual. 2003. V. 32. Pр. 1750-1758.
14. Chemical properties of humic matteras related to induction of plant lateral roots/L.P. Canellas, L.B. Dobbss, A.L. Oliveira, J.G. Chagas, N.O. Aguiar, V.M. Rumjanek, E.H. Novotny, F.L. Olivares, R. Spaccini, A. Piccolo // Eur. J. Soil Sci. 2012. V. 63. Pр. 315-324.
15. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы гуминовым препаратом из торфа /А.В. Кравец, Д.Л. Бобровская, Л.В. Касимова, А.П. Зотикова//ВестникАГАУ. 2011. № 4(78). С. 22-24.
16. Куперман Ф.М. Биологические особенности формирования органов плодоношения пшеницы. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1953. 300 с.
17. Скуратович Л.В. Реакция яровой пшеницы на обработку гуминовыми препаратами в лесостепи Тюменской области: автореф.... дис. канд. сельхоз. наук. Тюмень, 2007. 19 с.
18. Агеев В.В., Есауленко А.Н., Гречишкина Ю.И. и др. Основы программирования урожаев сельскохозяйственных культур. Ставрополь: АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та. 2014. 200 с.
19. Гуминский С.А. Механизм и условия физиологического действия гумусовых веществ на растительный организм // Почвоведение. 1957. № 12. С. 72-78.
20. Чернышева Н.И. Химическая модификация буроугольных гуминовых кислот: дис. ..канд. хим. наук. Новомосковск, 2001. 140 с.
21. Христева Л.А. Участие гуминовых кислот и других органических веществ в питании высших растений // Почвоведение. 1953. №10. С. 46-59.
22. Зединг Г. Ростовые вещества растений. М.: Иностранная литература, 1955. 300 с.
23. Dunstone R.L., Richards R.A., Rawson H.M. Variable responses of stomatal conductance, growth, and yield to fulvic acid applications to wheat//Aust. J. Agric. Res. 1988. V. 39. Pр. 547-553.
24. David P.P., Nelson P.V., Sanders D.C. A humic acid improves growth of tomato seedlings in solution culture// J. Plant Nutr. 1994. V. 17. Pр. 173-184.
25. Zhang X., Ervin E.H., Schmidt R.E. Plant growth regulators can enhance the recovery of Kentucky bluegrass sod from heat injury // Crop sci. 2003. V. 43. Pр. 952-956.
26. Куликова Н.А. Защитное действие гуминовых веществ по отношению к растениям в водной и почвенной средах в условиях абиотических стрессов: автореф. дис.... док. биол. наук. М., 2008. 48 с.
AGROECOLOGICAL EVALUATION OF SPRING SOFT WHEAT REACTION ON TREATMENT BY HUMIC PREPARATION GUMOSTIM AND WEATHER CONDITIONS
E.P. Kondratenko, N.V. Verbitskaya, E.A. Izhmulkina, O.M. Soboleva
Kemerovo State Agricultural Institute, ul. Markovtseva, 5, Kemerovo, 650056, Russian Federation
Symmary. The aim of the research was to study the response of spring soft wheat on the foliar treatment by humic substance Gumostim. Three-year experiment (2010-2012) was carried out at the premises of OOO "Mechta" in Promyshlennovsky district of Kemerovo region on crops of Baganskaya 95 spring wheat variety. Agrotechnics used in the experiments is generally accepted for the crops farming of the steppe zone. The soil of the test plot was leached heavy loamy chernozem. The thickness of the humus horizon ranged from 25 to 30 cm. Humus content was 8.5%. The reaction of the soil solution was weakly acid, pH 5.4. The content of mobile phosphorus and exchange potassium was 110 and 130 mg/kg of soil, respectively. It was studied the influence of treatments of spring soft wheat onto change in several elements of yield structure and productivity. Crops were treated in the tillering stage by solution of Gumostim preparation with different concentrations (0.1, 0.01 and 0.001%). It was revealed that plant treatment by Gumostim in the lowest concentration affected the formation of the main structural elements of the harvest: it increased ear length (by 26.7%), the number of ears (by 8.1%), the number of grains per ear (by 20.2%) and weight of grains per ear (by 14.3%). The results of correlation analysis show that formation of the studied element is influenced mainly by the percentage of optimal soil moisture during the germination and tillering of wheat plants. The coefficient of linear correlation (r) is 0.76; 0.77 and 0.86 respectively. Meteorological conditions in the period of grain formation and ripening were the determining factor in an increase in the productivity. On average over three years the highest yield of spring wheat was registered in the variant with concentration 0.001% of the humic preparation. It was 2.32 t/ha against 1.83 t/ha in the control. Keywords: wheat, foliar treatment, humic preparation Gumostim, structure of yield, productivity.
Author Details: E.P. Kondratenko, D. Sc. (Agr.), prof.; N.V. Verbitskaya, post-graduate student; E.A. Izhmulkina, Cand. Sc. (Econ.), assoc. prof.; O.M. Soboleva, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof. (e-mail: [email protected])
For citation: Kondratenko E.P., Verbitskaya N.V., Izhmulkina E.A., Soboleva O.M. Agroecological Evaluation of Spring Soft Wheat Reaction on Treatment by Humic Preparation Gumostim and Weather Conditions. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No. 6. Pp. 52-55 (in Russ.).
