CC BY
12
ispol'zovaniya organicheskikh udobrenii v zemledelii [Ecological problems of the use of organic fertilizers in arable afrming]. Proc. All- Russian Sci. Prac. Conf. with Int. Part. (8-10 July 2015, Vladimir). Vladimir: FGBNU VNIIOU, 2015: 310-317. (In Russian)
7. Vasilev E.V., Shalavina E.V. Perspektivy i ekologicheskie problemy razvitiya ptitsevodstva v Rossii [Opportunities and environmental challenges for development of poultry farming in Russia]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017. No. 92: 175-186. (In Russian)
8. Bryukhanov A.Yu., Maksimov D.A., Subbotin I.A., Vasilev E.V., Shalavina E.V. Rezul'taty agroekologicheskikh issledovanii v ramkakh evropeiskikh programm sotrudnichestva [Results of agro-environmental studies in the framework of European cooperation programmes]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 1 (98): 236-247. (In Russian)
9. Hamouda R., Bahnasawy A., Ali S., Ramadan EIS. Some physical and chemical properties of bio-fertilizers. Journal of Fertilizers & Pesticides. 2016. No. 7, 161.
10. Jin-Jhu Su, Huang Hsi-Chuan, Chen Yi-Ching, Shih Ming-Yao. A design of a solar fermentation system on chicken manure by fuzzy logic temperature control. Applied Sciences. 2021. No. 11 (22), 10703.
11. Heidarzadeh Vazifehkhoran A., Finzi A., Perazzolo F., Riva E., Ferrari O., Provolo G. Nitrogen recovery from different livestock slurries with an innovative stripping process. Sustainability. 2022. No. 14, 7709.
12. Agricultural recycling of the by-product concentrate of livestock wastewater treatment plant processed with VSEP RO and bio-ceramic SBR. Water Science and Technology. 2004. Vol. 49. No 5-6: 405-412.
13. Federal'naya sluzhba gosudarstvennoi statistiki. [Federal State Statistics Service] Available at: https://rosstat.gov.ru/ (accessed 14.12.2022). (In Russian)
14. Statistics and data on Europe Available at: http://ec.europa.eu/eurostat/ (accessed 14.12.2022).
15. Shalavina E.V., Vasilev E.V., Oblomkova N.S., Freidkin I.A., Minin V.B. Primenenie kriteriev otsenki negativnogo vozdeistviya na okruzhayushchuyu sredu sel'skokhozyaistvennymi predpriyatiyami [Application of assessment criteria for adverse environmental impact of agricultural enterprises]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 3(100): 130-137 (In Russian)
УДК 633.0288
ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЮЦЕРНЫ СЕРПОВИДНОЙ (MEDICAGO FALCATA L) В ЕСТЕСТВЕННЫХ СООБЩЕСТВАХ НОВГОРОДСКОЙ
ОБЛАСТИ
Я.М. Абдушаева, д-р с.х. наук
Новгородский государственный университет имения Ярослава Мудрого, Великий Новгород, Российская Федерация
Для решения проблемы дефицита кормового белка в Северо-Западном регионе РФ необходимо расширение ассортимента многолетних бобовых трав, которые в своем составе богаты перевариваемым белком и незаменимыми аминокислотами, а также разработка экологически безопасных технологий при использовании естественных сенокосов. В статье приведены результаты геоботанических описаний естественных сообществ (агрофитоценозов) с высоким долевым участием растений люцерны серповидной. Описаны морфологические особенности роста и развития экотипов Medicago falcata L в агрофитоценозах и изучена их семенная продуктивность. Цель исследования - изучение возрастного состояния, семенной продуктивности и изменчивости морфологических признаков экотипов Medicago falcata L. в естественных сообществах Новгородской области. Объектами исследования были люцерна серповидная и естественные сообщества. Уборку семян проводили при побурении 30-40 % бобов; подсчитывали количество кистей на побеге, цветков в соцветии, число завязавшихся цветков и бобов в кисти, а также количество семян в бобе. В лабораторных условиях определяли посевные качества семян до скарификации и после скарификации. Проведенные биометрические измерения морфологических признаков люцерны серповидной позволили установить характер их изменчивости. Выявлено, что уровень изменчивости у изучаемых экотипов люцерны серповидной отмечался по высоте побегов, количеству листьев и соцветий, числу цветков в соцветии, завязавшихся бобов в соцветии и семян в бобе. Для сохранения вида в естественных сообществах определено возрастное состояние и дана оценка ценопопуляций люцерны серповидной. Установлено, что масса 1000 семян, собранных в третьей декаде июля, составляла 0,22 г, тогда как при уборке в августе снизилась в полтора раза. Семена, убранные первыми, имели максимальную всхожесть (78%), последними - на 25% ниже. Комплексная оценка природных экотипов позволит выявить их морфологические и биологические особенности люцерны серповидной и рекомендовать перспективные образцы для дальнейшего использования в селекционной работе.
Ключевые слова: растение, популяция, семенная продуктивность, люцерна серповидная, сохранение вида, естественные сообщества, природный экотип, кисть, побег, семена.
Для цитирования: Абдушаева Я.М. Эколого-биологическая оценка люцерны серповидной (MEDICAGO FALCATA L) в естественных сообществах Новгородской области // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 4(113). С.50-58
ECOLOGICAL AND BIOLOGICAL ASSESSMENT OF SICKLE ALFALFA (MEDICAGO FALCATA L) IN NATURAL COMMUNITIES OF THE NOVGOROD REGION
Ya. M. Abdushaeva, DSc (Biology)
Yaroslav-the-Wise Novgorod State University, Veliky Novgorod, Russia
The expanded varietal range of perennial legumes contributes to addressing the problem of fodder protein deficiency in the North-West Russia. These crops are rich in digestible protein and essential amino acids. It is also important to develop environmentally friendly technologies for natural hayfields employment. The article presents the results of geobotanical descriptions of natural communities (agrophytocenoses) with a high share of sickle alfalfa. It describes the morphological features of the growth and development of Medicago falcata L ecotypes in
agrophytocenoses and considers their seed productivity. The study aimed to investigate the age status, seed productivity and variability of morphological features of the ecotypes of Medicago falcata L. in the natural communities of the Novgorod Region. The study objects were the sickle (yellow) alfalfa and natural communities. The seeds were harvested when 30 to 40% of the beans became brown. The study counted the number of racemes per shoot, flowers in the inflorescence, the number of pods in the raceme, and the number of seeds in a pod. The sowing qualities of seeds before scarification and after scarification were determined in laboratory conditions. The performed biometric measurements of morphological features of the sickle alfalfa established the nature of their variability. The variability level in the studied ecotypes of sickle alfalfa was found to depend on the height of shoots, the number of leaves and racemes, flowers in the inflorescence, the number of pods in the raceme, and the number of seeds in a pod. To preserve the species in natural communities, the age status was determined and the cenopopulations of sickle alfalfa were estimated. The weight of 1000 seeds harvested in the third decade of July was found to be 0.22 g; the weight of the seeds harvested in August decreased by one and a half times. The seeds harvested first had the most germination capacity of 78%; those harvested last -25% lower. The complex evaluation of natural ecotypes will reveal their morphological and biological features of sickle-type alfalfa and recommend the promising specimens for further use in the plant breeding.
Keywords: plant, population, seed productivity, sickle alfalfa, species conservation, natural communities, natural ecotype, raceme, shoot, seeds.
For citation: Abdushaeva Ya. M. Ecological and biological assessment of sickle alfalfa (Medicago falcata L) in natural communities of the Novgorod Region. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 4 (113): 50-58. (In Russian)
Введение
Ведущей отраслью растениеводства в Северо-западном регионе было и остается кормопроизводство, основной задачей которого является производство максимального количества высококачественных кормов при наименьших затратах. Биологические особенности крупного рогатого скота и его продуктивности сдерживается из-за низкого качества кормов и несбалансированности по белку. Поэтому для решения проблемы дефицита кормового белка, необходимо расширение ассортимента многолетних бобовых трав, которые в своем составе богаты перевариваемым белком и незаменимыми аминокислотами, а также разработка экологически безопасных технологий при использовании естественных сенокосов [4,5].
В естественных ценозах сформировались виды и их сообщества, обладающие высокой конкурентной способностью на конкретной территории. [1] Нами установлено, что виды растений предъявляют требования к местообитанию, занимают определенный ареал и поэтому их инвентаризация необходима для сохранения ценных признаков дикорастущих родичей культурных растений (ДРКР). Прогнозирование и развитие естественных ценозов зависит от эколого-ценотической приуроченности видов и их устойчивости в соответствующих экотопах. Естественное возобновление генофонда растений необходимо для сохранения видового разнообразия дикорастущих видов во флоре Новгородской области [8].
В естественных условиях люцерна серповидная широко распространена во многих регионах мира с различными климатическими и почвенными условиями, и повсеместно
известна как долголетняя, устойчивая к болезням, вредителям и другим абиотическим факторам [2,3,7]. Модельный объект нами выбран как источник зимостойкости, холодостойкости, устойчивости к затоплению, вытаптыванию скотом, с различными способами возобновления вегетации, на одном месте произрастает более 10 лет, наличием корневых отпрысков, длиннодневности, высокой облиственности, мягкостебельности, белковости и высокой экологической пластичности.
Материалы и методы
Исследование и обоснование морфологических признаков надземной массы проводили на основе системного анализа продуктивности, при котором агрофитоценоз изучали в качестве единой функционирующей системы. При системном анализе формирования урожая, растения в травостое рассматривали как сложные фотосинтезирующие биологические системы, состоящие из целого ряда подсистем, взаимодействующих между собой и с внешней средой [6,9,10]. Такой анализ позволяет выделить основные, наиболее важные подсистемы, процессы и связи продукционного процесса.
Результаты и обсуждение
Анализ возрастного состава ценопопуляций люцерны серповидной проводился дифференцированно по генеративному и вегетативному возобновлению, что позволило выяснить приспособительные возможности вида. Кроме того, выявили влияние экзогенных (эколого-фитоценотическнх и антропогенных) и эндогенных (процессы самовозобновления популяций, онтогенетическое развитие особей) факторов, которые создают сложную картину динамики ценопопуляций. Нами были исследованы основные признаки: численность, фракционный состав, возрастная структура и урожайность зеленой массы. Основные фитоценотические показатели сказываются на флористическом составе, видовой насыщенности (до 25 видов на 1м ), общем проективном покрытии (70%) и степени задерненности, что влияет на особенности возобновления ценопопуляций изучаемого вида. Установлено, что на хорошо дренированных участках по берегу реки Мста в Боровичском районе отмечались изменение жизненной формы растений люцерны серповидной от корневищно-стержнекорневой к стержнекорневой (рис.1). В ценопопуляции произрастающей на Шелонских лугах в Солецком районе отмечали увеличение генеративных побегов, что говорит о снижение численности особей к вегетативному размножению (табл. 1).
Рис. 1 Моноклон люцерны серповидной
Таблица 1
Возрастной спектр растений люцерны серповидной на Шелонских лугах
Возрастная структура популяции Количество растений,%
Ювенильные растения 7
Взрослые вегетативные 32
Молодые генеративные особи 56
Средневозрастные 27
Генеративные особи 5
Молодые генеративные особи 3
Почвы на данном участке достаточно обеспечены подвижными формами фосфора, несколько ниже содержание калия около 5 мг/100 г почвы. Выявлено редкое сочетание разных типов почв, сформировавшихся на песках и глинах, карбоновых отложений, принесённых ледником. Сформировавшиеся луга отличаются богатым видовым разнообразием.
Изучение динамики побегообразования по годам жизни растений показало, что число формирующихся на растении побегов у растений люцерны серповидной с возрастом увеличивается. У растений третьего года жизни число побегов варьировало в пределах 225-350 шт., а затем, вследствие вегетативного размножения, сформировался сплошной травостой не дифференцированный на отдельные растения. Данная картина нами отмечена на Мстинских лугах и в Боровичском районе. На побегообразование существенное влияние оказывает зона возобновления и зона ветвления. Побеги зоны возобновления немногочисленны (не более 20% от числа всех побегов на растении) и главная их функция - обеспечение побегообразования после перезимовки на следующий год жизни, так как из почек, закладывающихся на их основаниях, ежегодно формируется новая генерация побегов. Основная масса побегов растения состоит из полностью отмирающих побегов зоны ветвления, которые имеют основное значение для семенного воспроизведения.
Помимо побегообразования для создания сортов сенокосного использования важным морфологическим признаком является способность формировать листовую розетку. Изученные нами экотипы люцерны серповидной имели лежачую листовую розетку, особенно у растений произрастающих на Шелонских лугах, но встречались также растения с восходящей и стоячей розеткой. В злаковой ассоциации на Мстинских лугах в Боровичском районе преобладали растения с прямостоячей розеткой.
Форма листовой розетки оказывает существенное влияние на самовозобновление люцерны серповидной. Генеративные побеги у прямостоячей формы листовой розетки формировали от 10 до 30 шт. соцветий, в среднем за годы исследований их число составило 16,2. В соцветиях люцерны закладывалось от 13 до 27 цветков. Заложившиеся репродуктивные органы редуцируются на разных этапах развития, что приводит к снижению семенной продуктивности. Мстинские экотипы люцерны серповидной формировали в среднем от 4 до 19% плодов на репродуктивном побеге от числа заложившихся цветков. Растительная ассоциация оказывает также существенное влияние на уровень реализации органогенного потенциала.
Знание межпопуляционной изменчивости признаков растений является важной селекционной оценкой. При этом зачастую не так важно иметь представление о варьировании признака самого по себе, как знать его положение в общей системе признаков растения и зависимостях связывающих с варьированием других признаков. Нами установлены корреляционные плеяды различных признаков, обусловливающих высокую семенную продуктивность экотипов люцерны серповидной. Семенная продуктивность положительно и тесно сопряжена с массой растений г = 0,82±0,2, количеством генеративных стеблей г = 0,71±0,07 и с высотой растений до цветения г = 0,57±0,08. Если рассматривать корреляционную зависимость по высоте в начале возобновления вегетации то зависимость является слабой г = 0,24±0,5. Средняя корреляционная зависимость семенной продуктивности с числом стеблей в кусте г = 0,44±0,1, массой 1000 семян, граммах г = 0,38±0,5. Слабо коррелирует с продолжительностью вегетационного периода г = 0,30±0,1, периода цветение - созревание семян г = 0,24±0,7, плотностью кисти г = 0,19±0,1. Плотность кисти слабо коррелирует с количеством цветков. Нами также установлено, что между признаками кустистости и массой растений зависимость недостоверна.
Знание особенностей цветения и созревания семян позволяет более полно использовать потенциальные возможности растений люцерны серповидной и подобрать сформировать растения, чтобы обеспечить исходным материалом по семенной продуктивности. Растянутый период цветения и формирования бобов приводит к разнокачественности семян, которые завязываются на растении при опылении в разные сроки вегетации. Одним из условий формирования неоднородных семян является время заложения генеративных органов и различные темпы прохождения этапов органогенеза. Для выявления периода формирования максимального количества наиболее качественных семян использовали по 30 трехлетних модельных растений, и с момента появления зрелых плодов осуществляли их сбор через неделю. Семенная продуктивность и величина репродуктивных органов люцерны серповидной находилась в прямой зависимости от очередности формирования кистей на растении. Кисти с высоким процентом завязываемости семян и, соответственно, семена первых сроков формирования были наиболее крупными и характеризовались низким процентом твердокаменности. Нами установлено, что масса 1000 семян, собранных в третей декаде июля, составляла 0,22 г, тогда как при уборке в августе снизилась в полтора раза. Семена, убранные первыми, имели максимальную всхожесть (78%), последними - на 25% ниже. Однако этот показатель, равно как и масса 1000 семян, четко коррелировал со сроками их формирования (г = 0,73±0,1). Также установлена прямая коррелятивная зависимость между массой тысячи семян, всхожестью и семенной продуктивностью (г = 0,67±0,2). Данная зависимость четко коррелировала со сроками формирования семян. Кроме того, семена, собранные с верхних ярусов, отличаются меньшим весом и более высокой твердокаменностью, чем семена с нижерасположенных ярусов.
Выводы
Нами установлено, что экотипы Шелонского луга представляют собой наиболее ценный исходный материал для селекции, который отличается хорошей сбалансированностью процессов цветения и созревания семян, высокими компонентами семенной продуктивности.
Проведенные исследования позволяют установить оптимальные сроки уборки люцерны серповидной на семена, определив наиболее продуктивную фракцию кистей и дающую высококачественные семена.
Комплексная оценка природных экотипов позволяет выявить морфологические и биологические особенности люцерны серповидной и рекомендовать перспективные образцы для дальнейшего использования в селекционной работе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абдушаева Я.М., Дзюбенко Н. И., Николаева Т. А. Агроэкологическая оценка условий произрастания ценопопуляции Medicago falcate L. //| Вестник Новг. Гос. Ун-та. Серия Сельскохозяйственные науки, 2014. № 76. С.54-57.
2. Абдушаева Я.М., Дзюбенко Н. И., Николаева Т. А. Перспективные экотипы MEDICAGO FALCATA L. в качестве исходного материала для селекции / Селекция растений: прошлое, настоящее и будущее: сборник материалов I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, / под общ. ред. Е.В. Думачевой. Белгород: ИД «Белгород» НИУ БелГУ, 2017. С.7-9.
3. Атласова Л.Г. Жизнеспособность и изменчивость морфологических признаков люцерны серповидной Medicago falcata L., Medicago х varia L. в условиях долины Средней Лены // Вестник КрасГАУ. 2018. № 5. С. 16-22.
4. Бевз С.Я., Абдушаева Я.М., Бурова С.С. Антропогенная энергия при возделывании злаковых и бобово-злаковых луговых травостоев первого и второго годов жизни / Наука, бизнес, власть - триада регионального развития. Материалы IV международной научно-практической конференции (Великий Новгород, 05 апреля 2019 г.). Великий Новгород: ГНИИ «Нацразвитие», 2019. С. 24-27
5. Дьяченко О. В., Меркелова В. А., Козловская Н. И., Седова С. С. Кормовая продуктивность возрастных посевов люцерно-мятликовых травосмесей на фоне пролонгированного действия борофоски // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: материалы XIV межд. науч. конф. Брянск: Издательство Брянского ГАУ. 2017. С. 241-245.
6. Чернявских В.И. Рекуррентная селекция как основа повышения продуктивности люцерны в Центрально-Чернозёмном Регионе. Кормопроизводство, 2016. №12. С. 40-44.
7. Чернявских В.И., Бородаева Ж.А., Думачева Е.В. Устойчивость сортопуляций Medicago varia Mart. к листовым пятнистостям в экотопах юга Среднерусской возвышенности. Аграрная наука, 2019. №S1. С. 109-113.
8. Abdushaeva Ya.M. The problem of vegetable protein and its solutions. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 613, 012003.
9. Cherniavskih V.I., Dumacheva E.V., Lisetskii F.N., Tsugkiev B.G., Gagieva L.Ch. Floral variety of Fabaceae Lindl. family in gully ecosystems in the south-west of the Central Russian Upland. Bioscience Biotechnology Research Communications, 2019. Vol.12, No 2, pp. 203-210. DOI: 10.21786/bbrc/12.2/1. - Refer.: p. 209-210.
10. Popescu S., Boldura O.-M., Ciulca S. Evaluation of the genetic variability correlated with multileaflet trait in alfalfa. AgroLife Scientific Journal, 2016. Vol. 5, No. 2, pp. 125-130.
REFERENCES
1. Abdushaeva Ya.M., Dzyubenko N. I., Nikolaeva T. A. Agroekologicheskaya otsenka uslovii proizrastaniya tsenopopulyatsii Medicago falcate L. [ Agro-ecological evaluation of
growing conditions for the cenopopulation of Medicago falcata L]. Vestnik Novg. Gos. Un-ta. Seriya Sel'skokhozyaistvennye nauki, 2014. No. 76: 54-57 (In Russian)
2. Abdushaeva Ya. M., Dzyubenko N. I., Nikolaeva T. A. Perspektivnye ekotipy MEDICAGO FALCATA L. v kachestve iskhodnogo materiala dlya selektsi [Promising ecotypes of alfalfa FALCATA L. as a source material for breeding] / Selektsiya rastenii: proshloe, nastoyashchee i budushchee [Plant breeding: past, present and future]. Proc. I All-Russia Sci. Prac. Conf. with Int. Part., (E.V. Dumacheva (ed.). Belgorod: ID «Belgorod» NIU BelGU, 2017: 7-9 (In Russian)
3. Atlasova L.G. Zhiznesposobnost' i izmenchivost' morfologicheskikh priznakov lyutserny serpovidnoi Medicago falcata L., Medicago x varia L. v usloviyakh doliny Srednei Leny [Vitality and variability of morphological parameters of Medicago Falcata L. and Medicago x Varia L. under conditions of the middle Lena River valley]. Vestnik KrasGAU. 2018 No. 5: 1622 (In Russian)
4.Bevz S.Ya., Abdushaeva Ya.M., Burova S.S. Antropogennaya energiya pri vozdelyvanii zlakovykh i bobovo-zlakovykh lugovykh travostoev pervogo i vtorogo godov zhizni [Anthropogenic energy in the cultivation of cereal and legume-cereal meadow grass stands of the first and second years of life]. In: Nauka, biznes, vlast' - triada regional'nogo razvitiya. [Science, business, power - the triad of regional development]. Proc. IV Int. Sci. Prac. Conf. (Veliky Novgorod, 05 April 2019). Veliky Novgorod: GNII «Natsrazvitie», 2019: 24-27 (In Russian)
5. Dyachenko O. V., Merkelova V. A., Kozlovskaya N. I., Sedova S. S. Kormovaya produktivnost' vozrastnykh posevov lyutserno-myatlikovykh travosmesei na fone prolongirovannogo deistviya borofoski [ Fodder productivity of age crops alfalfa-bluegrass mixtures on the background of the prolonged action of complex borofoska]. Agroekologicheskie aspekty ustoichivogo razvitiya APK [Agroecological aspects of sustainable development of agroindustrial complex]. Proc. XIV Int. Sci. Conf. Bryansk: Izdatel'stvo Bryanskogo GAU. 2017: 241-245 (In Russian)
6. Cherniavskih V.I. Rekurrentnaya selektsiya kak osnova povysheniya produktivnosti lyutserny v Tsentral'no-Chernozemnom Regione [Recursive selection as the basis for increasing the productivity of alfalfa if the Central Chernozem Region]. Kormoproizvodstvo, 2016. No. 12: 40-44 (In Russian)
7. Chernyavskikh V.I., Borodaeva Zh.A., Dumacheva E.V. Ustoichivost' sortopulyatsii Medicago varia Mart. k listovym pyatnistostyam v ekotopakh yuga Srednerusskoi vozvyshennosti [Sustainability of Medicago Varia Marl sorting populations to leaf spos in ecotopes of the south of the Middle Russian Highland]. Agrarnaya nauka, 2019. No. S1: 109112 (In Russian) DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-109-112
8. Abdushaeva Ya.M. The problem of vegetable protein and its solutions. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 613, 012003 (In English)
9. Chernyavskikh V.I., Dumacheva E.V., Lisetsky F.N., Tsugkiev B.G., Gagieva L. Ch. Flower variety of Fabaceae Lindl. family in gully ecosystems in the south-west of the Central Russian Upland. Bioscience Biotechnology Research Communications, 2019. Vol.12, No 2: 203210 (In English) DOI: 10.21786/bbrc/12.2/1. - Refer.: p. 209-210.
10. Popescu S., Boldura O.-M., Ciulca S., Evaluation of the geneticvariability correlated with multileaflet trait in alfalfa. AgroLife Scientific Journal, 2016. Vol. 5, No. 2: 125-130.
