CC BY
32
УДК 633.85:631:526.32
ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ПРОДУКТИВНОСТЬ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕВОЛЖСКОГО РЕГИОНА
А. Н. Кшникаткина , доктор с.-х. наук, профессор; Т. Я. Прахова2, доктор с.-х. наук; А. П. Крылов1, аспирант
1ФГБОУ ВО «Пензенский ГАУ», Россия, т. 8 (8412) 62-81-51, e-mail: penzatehfak@rambler.ru; 2ФГБНУ «Пензенский НИИСХ», e-mail: prakhova. tanya@yandex. ru
Представлены результаты исследований фотосинтетической деятельности и продуктивности масличных культур в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Установлено, что в начальный период роста и развития растений площадь листьев капустных культур составила 25,1-26,9 тыс. м2/га. Максимального значения (45,6-60,4 тыс. м2/га) показатели ассимиляционной поверхности посевов достигали в фазу цветения. Агроценозы ярового рапса сформировали наибольшую листовую поверхность - 60,4 тыс. м2/га, наименьшую у горчицы белой -44,2 тыс. м2/га. Максимальная величина фотосинтетического потенциала отмечена у крамбе абиссинской - 1957 тыс. м2*сутки/га. Наиболее высокие показатели чистой продуктивности фотосинтеза отмечались у крамбе абиссинской 2,54 г/м2*сутки и редьки масличной 2,46 г/м2*сутки. Вегетационный период изменялся от 79 дней у ярового рыжика до 101 дня у рапса. Суммарный приход фотосинтетической активной радиации (ФАР) по культурам составил 85,6-95,9 кДж/см . Наиболее высоким потенциалом урожайности маслосемян отличалась редька масличная - 3,67 т/га при суммарной фотосинтетической активной радиации 93,1 кДж/см2. Однако наиболее высокая фактическая урожайность маслосемян получена у крамбе абиссинской - 2,74 т/га.
Ключевые слова: крестоцветные культуры, фотосинтетическая деятельность, продуктивность растений, площадь листьев, урожайность.
Введение.
Расширенное воспроизводство сырья для маслоэкстракционной промышленности возможно лишь при расширении ассортимента масличных культур, наиболее полно использующих природные ресурсы региона. Увеличение биоразнообразия позволит существенно увеличить площади возделывания и объёмы производства масличных культур, снизив при этом агроэко-логическую напряжённость, расширить ассортимент продукции для различных отраслей промышленности и повысить экономическую эффективность производства [1-4].
В стратегии инновационного развития региона, утверждённой распоряжением Правительства Пензенской области от 21 февраля 2014 года, на период до 2021 года и прогнозируемый период до 2030 года приоритетным направлением инновационного развития в растениеводстве названо производство масличных культур (рыжика, крамбе) [6, 7, 8].
Одной из наиболее сложных проблем современного растениеводства является создание высокопродуктивных и устойчивых биогеоценозов, центральное место в которых занимают растения.
Фотосинтезу принадлежит ведущая роль в формировании урожая, так как при этом происходит образование до 90-95 % сухой
биомассы растений. Урожай растений находится в прямой зависимости от величины рабочей площади листьев и продолжительности их работы [5, 9, 10].
П. П. Вавилов (1986) заключает, что фотосинтез является важнейшим процессом в жизни растений, поскольку именно он определяет обеспеченность растения питательными веществами, необходимыми для роста, развития растения и получения качественного урожая.
Однако величина урожая, создаваемая в процессе фотосинтеза, зависит не только от листовой площади, но и от продолжительности ее работы, которую характеризует фотосинтетический потенциал, формирование которого происходит в соответствии с нарастанием площади листьев и подвержено тем же закономерностям [9, 11, 13].
По мнению А. А. Ничипоровича (1963), продуктивность растительных сообществ зависит от видового состава и их морфо-биологических показателей. Наиболее продуктивные растения, формирующие мощный ассимиляционный аппарат, используют до 3-5 % фотосинтетической активной радиации (КПД ФАР). Рядовые посевы используют лишь 1-3 % ФАР. Это могут быть как возделываемые (традиционные), так и малораспространенные растения [6, 13].
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 65
По своим биологическим свойствам капустные культуры являются холодостойкими, умеренно требовательными к теплу, имеют короткий вегетационный период, способны произрастать в широком диапазоне почвенно-климатических условий, отличаются высокими темпами роста при пониженных температурах, что позволяет возделывать их в различных климатических условиях [1, 9, 15, 16].
Актуальность изучения фотосинтеза в агроценозах обусловлено управлением получения максимальной продуктивности биомассы при минимальных затратах ресурсов.
В связи с этим целью наших исследований являлось сравнительное изучение физиологических параметров фотосинтетической деятельности различных масличных культур семейства капустных в условиях Среднего Поволжья.
Методика исследований. Объектом исследований являлись яровые масличные культуры: рапс яровой сорта Галант, сурепица яровая Янтарка, рыжик яровой Юбиляр, крамбе абиссинская Полёт, горчица белая Люция и редька масличная Фиола.
Полевой опыт был заложен в соответствии с общепринятыми методиками в трёхкратной повторности [17, 18]. Применялась общепринятая агротехника возделывания капустных культур в Пензенской области. Схема опыта приведена в таблице 1.
Таблица 1
Показатели фотосинтетической деятельности яровых масличных культур (2015-2017 гг.)
Годы исследований различались по агрометеорологическим условиям периода вегетации. Засушливые условия отмечались в 2015 году, который характеризовался недостаточным увлажнением (ГТК -0,8). Наиболее благоприятным для развития масличных культур был 2016 год с умеренным увлажнением (ГТК - 1,1). В 2017 году период вегетации культур протекал в условиях обильного выпадения осад-
бб!
ков при среднесуточных температурах 17,6°С (ГТК - 1,4).
Показатели фотосинтетической активности определяли по методике А. А. Ничи-поровича (1963). Количество поступившей ФАР вычисляли по сумме прямой и рассеянной радиации с учетом соответствующих коэффициентов. Расчет величины потенциальной урожайности по приходу ФАР
проводили по формуле ПУ= —-—- ,
10 * с
где ПУ - потенциальная урожайность культуры, т/га; Q фар - сумма ФАР за период вегетации культуры, ккал/га; К - коэффициент использования ФАР, %; С - калорийность органического вещества единицы урожая, ккал/га [9].
Результаты исследований. Анализ полученных данных показал, что масличные культуры различались по общей величине площади листьев и динамике их нарастания по периодам вегетации. В фазу розетки листьев ассимиляционная поверхность нарастала довольно медленно, при этом площадь листьев составила 25,1-26,9 тыс. м2/га. Затем ассимиляционная поверхность медленно увеличивается до периода стеблевания, после площадь листьев нарастает более интенсивно. В фазу бутонизации площадь листовой поверхности растений варьировала в пределах 31,1-35,2 тыс. м2/га. В фазу цветения площадь листьев достигла максимального значения -44,2-60,4 тыс. м2/га. Причем площадь листвой поверхности ярового рапса в данные периоды вегетации была выше, чем у остальных культур и составила 35,2-60,4 тыс. м2/га. Наименьшая площадь листьев по сравнению с другими культурами сформировалась у горчицы белой - 44,2 тыс. м2/га. При наступлении фазы созревания ассимиляционная поверхность у масличных растений уменьшается из-за снижения влажности биомассы и опадения листьев. Начиная с фазы зеленого стручка и до полной спелости растения начинают терять листья и общая ассимиляционная поверхность резко сокращается на 33,960,0 % (рисунок).
Величина урожая находится в тесной связи не только с величиной листового аппарата, но и с продолжительностью его работы в течение вегетационного периода, который характеризует ФП посевов.
Максимальная величина ФП отмечена у крамбе абиссинской и составила в среднем 1957 тыс. м2*сутки/га. Минимальный фотосинтетический потенциал - у рыжика ярового, так как по сравнению с другими изучаемыми масличными культурами у неСельскохозяйственные науки
Культура Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га Фотосинтетический потенциал, тыс. м2* сут./га Чистая продуктивность фотосинтеза, г*м2/сутки
Рапс 60,4 1778 2,23
Сурепица 56,5 1698 2,15
Рыжик 47,5 1592 2,27
Крамбе 46,3 1957 2,54
Горчица 44,2 1689 2,07
Редька 47,3 1935 2,46
го самый короткий вегетационный период (79 дней) и как следствие, снижение продолжительности работы ассимиляционного аппарата и величины фотосинтетического потенциала (табл. 1).
Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) - очень пластичный и наиболее стабильный показатель фотосинтеза, меньше других изменяющийся в зависимости от условий периода вегетации. По фазам роста и развития масличных растений чистая продуктивность фотосинтеза изменялась также, как и ассимиляционная поверхность, максимум - фаза бутонизация - цветение, а минимум - фаза цветение - спелость.
В среднем за 2015-2017 годы самые высокие показатели чистой продуктивности фотосинтеза отмечались у крамбе абиссинской и редьки масличной и составили 2,54 и 2,46 г/м2*сутки соответственно. Рапс и рыжик также характеризуются относительно высокой чистой продуктивностью фотосинтеза (2,23 и 2,27 г/м2*сутки), которая превышает ЧПФ сурепицы на 3,75,6 %. Низкий показатель ЧПФ отмечен у горчицы белой - 2,07 г/м2*сутки.
Эффективность фотосинтетической деятельности агроценозов определяется высокой продуктивностью маслосемян, которая составляет 1,88-1,92 т/га.
Объективным показателем величины урожая может служить коэффициент использования ФАР, который зависит от многих факторов: культуры и сорта, влаго-обеспеченности, технологии возделывания и указывает на уровень использования культурами солнечной радиации в условиях региона возделывания.
Изучаемые масличные культуры различаются по длине вегетационного периода, который колеблется от 79 у ярового
рыжика до 101 дня у рапса (табл. 2). Фактическая продолжительность периода вегетации в первую очередь повлияла на суммарный приход ФАР, который по культурам составил 85,6-95,9 кДж/см2.
Таблица 2
Продуктивность яровых масличных культур (2015-2017 гг.)
Культура Вегетационный период, сут. Суммарный приход ФАР за период вегетации, кДж/см2 Потенциальный урожай, т/га Фактическая урожайность, т/га
Рапс 101 95,9 2,71 1,88
Сурепица 97 91,4 2,62 1,63
Рыжик 79 85,6 2,82 1,92
Крамбе 92 89,9 3,58 2,74
Горчица 96 90,6 2,69 1,73
Редька 99 93,1 3,67 2,11
Суммарный приход ФАР позволяет выявить потенциальные возможности формирования урожайности культур. Так, потенциальный урожай с единицы площади яровых капустных культур в условиях Среднего Поволжья составил 2,62-3,67 т/га. Наиболее высоким потенциалом урожайности отличается редька масличная 3,67 т/га при суммарной фотосинтетической активной радиации 93,1 кДж/см2. Фактическая урожайность крестоцветных масличных культур варьировала от 1,63 т/га (сурепица) до 2,74 т/га (крамбе абиссинская). Суммарное количество фотосинтетической активной радиации позволяет масличным культурам формировать достаточно высокую как потенциальную, так и фактическую урожайность маслосемян.
Рапс Сурегоща Рыжик Крамбе Горчица Редька
8 Бутонизация » Цветение й Спелость Площадь листовой поверхности яровых капустных культур (2015-2017 гг.)
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 67
Литература
1. Лукомец, В. М. Перспективы и резервы расширения производства масличных культур в Российской Федерации / В. М. Лукомец, С. В. Зеленцов, К. М. Кривошлыков // Масличные культуры. - 2015. - Вып. 4 (164). - С. 81-102.
2. Чекмарев, П. А. Интродукция нетрадиционных масличных культур / П. А. Чекмарев, А. А. Смирнов, Т. Я. Прахова // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - № 7. - С. 3-5.
3. Повышение экономической эффективности производства масличных культур на основе рационального использования почвенно-климатических ресурсов / А. А. Иванов [и др.] // Нива Поволжья. - 2012. - № 4. - С. 110-116.
4. Прахова, Т. Я. Теоретическое и экспериментальное обоснование технологий возделывания и селекции адаптированных к условиям лесостепи Среднего Поволжья сортов капустных (Brassicaceae) культур / Т. Я. Прахова: дисс. ... д. с-х. н. - Пенза, 2013. - 285 с.
5. Прахова, Т. Я. Фотосинтетическая деятельность и продуктивность рыжика посевного / Т. Я. Прахова // Нива Поволжья. - 2013. - № 3(28). - С. 55-59.
6. Кшникаткина, А. Н. Диверсификация нетрадиционных растений - важнейший фактор устойчивого развития кормопроизводства / А. Н. Кшникаткина, А. И. Москвин // Нива Поволжья. -
2016. - № 3(40). - С. 49-60.
7. Прахова, Т. Я. Возделывание крамбе абиссинской в условиях Среднего Поволжья / Т. Я. Прахова, В. А. Прахов, А. Д. Смирнов // Таврический вестник аграрной науки. - 2016. - № 3 (7). - С.80-86.
8. Смирнов, А. А. Интродукция крамбе абиссинской (Crambe abyssinica Höchst.) в Среднем Поволжье: монография / А. А. Смирнов, Т. Я. Прахова, И. И. Плужникова. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - 106 с.
9. Ничипорович, А. А. Основы фотосинтетической продуктивности растений / А. А. Ничипо-рович // Современные проблемы фотосинтеза. - Москва: Наука, 1973. - С. 17-43.
10. Прахова, Т. Я. Фотосинтетическая деятельность и продуктивность рыжика посевного / Т. Я. Прахова // Нива Поволжья. - 2013. - № 3 (28). - С. 55-59.
11. Gupta, S. K. Biology and Breeding of Crucifers / S. K. Gupta. - Бока-Ратон, FL: Taylor & Francis Group, 2009. - 395 с.
12. Бегишев, А. Н. Работа листьев различных сельскохозяйственных растений в полевых условиях / А. Н. Бегишев // Труды института физиологии растений АН СССР. - 1953. - Т. 8. - Вып. 1. -С.113-118.
13. Ничипорович, А. А. Фотосинтез и вопросы продуктивности растений / А. А. Ничипорович. -Москва, 1963. - С. 5-36.
14. Performance of Rapeseed and Mustard (Brassica sp.) Varieties/Lines in North-East Region (Sylhet) of Bangladesh / U. H. Mostofa [et al.] // Agricultural Research & Technology. - 2016. - June. -V. 1 (5). - P. 001-006.
15. Кшникаткина, А. Н. Агроэкологическое изучение масличных культур семейства BRASSICACEAE в условиях Среднего Поволжья / А. Н. Кшникаткина, Т. Я. Прахова, А. П. Крылов // Нива Поволжья. - 2018. - № 1 (46). - С. 54-60.
16. Кшникаткина, А. Н. Фотосинтетическая деятельность агроценоза рыжика озимого в зависимости от способа применения микроэлементных удобрений и регуляторов роста / А. Н. Кшникаткина, П. Г. Аленин, С. А. Кшникаткин // Актуальные вопросы применения удобрений в сельском хозяйстве; сборник материалов научно-практической конференции.- Владикавказ,
2017. - С. 160-163.
17. Методика проведения полевых и агротехнических опытов с масличными культурами / под ред. В. М. Лукомца. - Краснодар: ВНИИМК, 2007. - 113 с.
18. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - Москва: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
UDK 633.85:631:526.32
PHOTOSYNTHETIC ACTIVITY AND PRODUCTIVITY OF OILSEED CROPS IN THE CONDITIONS OF MIDDLE VOLGA REGION
A.N. Kshnikatkina, doctor of technical sciences, professor; T.Ya. Prakhova, doctor of agricultural
sciences, A.P. Krylov, postgraduate student
1FSBEE HE «Penza SAU», Russia, t. 8 (8412) 62-81-51, e-mail: penzatehfak@rambler.ru;
2FSBSI «Penza SRIA», e-mail: prakhova. tanya@yandex. ru
The article deals with the research results of photosynthetic activity and productivity of oil-bearing crops in the forest-steppe conditions of The Middle Volga region. It is stated that in the initial period of growth and development of plants the leaf surface area of cabbage crops was 25.1-26.9 thousand m2/ha. Maximum (45,6-60,4 thousand m2/ha) indicators of the assimilation of the surface of the crops have reached during the flowering stage.
68
Сельскохозяйственные науки
The agrocenoses of spring rape formed the largest leaf surface area - 60.4 thousand m2 / ha, the smallest surface area was in white mustard - 44.2 thousand m2 / ha. The maximum value of photosyn-thetic capacity was observed in crambe Abyssinian - 1957 thousand m2 per day/ha. The highest rates of net productivity of photosynthesis was observed in crambe Abyssinian of 2.54 g/m2 per day, and oilseed radish of 2.46 g/m2 per day. The vegetation period varied from 79 days in spring camelina to 101 days in rapeseed. The total photosynthetic active radiation (TAR) in the crops was 85.6-95.9 kJ/cm2. The highest yield potential of oilseeds was observed in radish - 3.67 t/ha with a total photosynthetic active radiation of 93.1 kJ / cm2. However, the highest actual yield of oilseeds was obtained in crambe Abyssinian - of 2.74 t/ha.
Key words: cruciferous crops, photosynthetic activity, plant productivity, leaf area, yield.
References:
1. Lukomets V. M. Prospects and potential for expansion of production of oilseeds in the Russian Federation / V. M. Lukomets, S. V. Zelentsov, K. M. Krivoshlykov / Maslichnye kultury. - 2015. - Issue. 4 (164). - P. 81-102.
2. Chekmarev, P. A. Introduction of non-traditional oilseeds / P. A. Chekmarev, A. A. Smirnov, T. Ya. Prakhova / / Dostizheniya nauki I tekhniki AIC. - 2013. - № 7. - P. 3-5.
3. Improving the economic efficiency of production of oilseeds on the basis of rational use of soil and climatic resources / A. A. Ivanov [et al.] / / Niva Povolzhya. - 2012. - № 4. - P. 110-116.
4. Prakhova, T. Ya. Theoretical and experimental reasoning for technology of cultivation and breeding adapted to the conditions of forest-steppe of the Middle Volga area varieties of the cabbage (Brassi-caceae) crops / T. Ya. Prahova]. ... diss. of doctor of agricultural sciences. - Penza, 2013. - 285 p.
5. Prakhova, T. Ya. Photosynthetic activity and productivity of camelina sativa / T. Ya. Prakhova // Niva Povolzhya. - 2013. - № 3 (28). - P. 55-59.
6. Kshnikatkina, A. N. Diversification of non - traditional plants is a key factor for sustainable development of fodder production / A. N. Kshnikatkina, A. I. Moskvin // Niva Povolzhya. - 2016. - № 3 (40). -P. 49-60.
7. Prakhova, T. Ya. Cultivation of crambe Abyssinian in the Middle Volga region / T. Ya. Prakhova, V.A. Prakhov, A. D. Smirnov // Tavricheskiy Vestnik of agricultural science. - 2016. - № 3 (7). -P. 80-86.
8. Smirnov, A. A. Introduction of crambe Abyssinian (Crambe abyssinica Hochst.) in The Middle Volga region: monograph / A. A. Smirnov, T. Ya. Prakhova, I. I. Pluzhnikova. - Penza: EPD, PSAA, 2013. - 106 p.
9. Nichiporovich, A. A. Foundations of the photosynthetic productivity of plants / A. A. Nichiporovich // Present day problems of photosynthesis. - Moscow: Nauka, 1973. - P. 17-43.
10. Prakhova, T. Ya. Photosynthetic activity and productivity of camelina sativa / T. Ya. Prahova // Niva Povolzhya. - 2013. - № 3 (28). - P. 55-59.
11. Gupta, S. K. Biology and Breeding of Crucifers / S. K. Gupta. - Boka-Raton, FL: Taylor & Francis Group, 2009. - 395 p.
12. Begishev, A. N. Work of leaves of various agricultural plants in the field conditions / A. N. Begi-shev / / Proceedings of the Institute of plant physiology of the USSR. - 1953. - Vol. 8. - Issue. 1. -P. 113-118.
13. Nichiporovich, A. A. Photosynthesis and productivity of plants / A. A. Nichiporovich. - Moscow, 1963. - P. 5-36.
14. Performance of Rapeseed and Mustard (Brassica sp.) Varieties/Lines in North-East Region (Sylhet) of Bangladesh / U. H. Mostofa [et al.] // Agricultural Research & Technology. - 2016. - June. -V. 1 (5). - P. 001-006.
15. Kshnikatkina, A. N. Agro-ecological study of oilseed crops of the family BRASSICACEAE in the conditions of Middle Volga region / A. N. Kshnikatkina, T. Ya. Prakhova, A. P. Krylov // Niva Povolzhya. - 2018. - № 1 (46). - P. 54-60.
16. Kshnikatkina, A. N. Photosynthetic activity of agrocenosis of winter camelina, depending on the method of application of microelement fertilizers and growth regulators / A. N. Kshnikatkina, P. G., Alenin, S. A. Kshnikatkin // Topical issues of application of fertilizers in agriculture; the collection of materials of scientific-practical conference. - Vladikavkaz, 2017. - P. 160-163.
17. Methodology of field and agricultural experiments with oil crops / Under the editorship of V. M. Lukomets. - Krasnodar: VNIIMK, 2007. - 113 p.
18. Dospekhov, B. A. Methods of field experiment (with the basics of statistical processing of the research results) / B. A. Dospekhov. - Moscow: Agropromizdat, 1985. - 351 p.
Нива Поволжья № 2 (47) май 2018 69
