CC BY
61
БИОПРЕПАРАТЫ, ГУМИНОВЫЕ УДОБРЕНИЯ И КАЧЕСТВО урож АЯ
УДК 633.162:631.559:632:631.8
ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОСЕВОВ ЯЧМЕНЯ
С.Л. Белопухов, д.с.-х.н., П.Д. Бугаев, к.с.-х.н., М.Е. Ламмас, И.С. Прохоров, к.с.-х.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Представлены результаты влияния биопрепаратов на основе защитно-стимулирующих комплексов и смеси гид-роксикоричных кислот (Циркон) на фотосинтетическую активность, качество посевного материала, рост, развитие растений и урожайность ячменя в Центральном Нечерноземье. Установлена высокая коррелятивная зависимость между урожайностью и листовой поверхностью растений ячменя.
Ключевые слова: биопрепараты, активность фотосинтеза, регуляторы роста растений, яровой ячмень.
THE ACTION OF BIOLOGICS ON THE PHOTOSYNTHETIC ACTIVITY OF BARLEY S.L. Belopukhov, P.D. Bugaev, M.E. Lammas, I.S. Prokhorov
Results of biopreparation based on protective-stimulating complexes and mixtures of Zircon influence on photosynthetic activity, quality of seed material, growth, development and yield of barley plants in the Central areas of Non-Chernozem zone are presented. High correlative response of yield and plant leaf surface is determined.
Keywords: biopreparations, activity of photosynthesis, plant growth regulator, spring barley.
По мнению А.А. Ничипоровича [1], получение посевов и насаждений, способных использовать энергию фотосинтетически активной радиации (ФАР) с высоким коэффициентом полезного действия, должно быть главной целью в повышении урожайности. Основным фото-синтезирующим органом растений, как известно, служит лист, но в процессе фотосинтеза, особенно на поздних этапах онтогенеза, значительный процент поглощения солнечной энергии приходится и на такие органы, как листовые влагалища, стебли, колос (метелка) со всеми их частями [2]. Продуктивность посевов, уровень урожая биомассы и зерна определяется тесным взаимодействием трех физиолого-биохимических процессов: фотосинтеза, в процессе которого формируется органическое вещество; дыхания, связанного с расходованием органического вещества на жизнедеятельность и транслокации - перемещения пластических веществ в репродуктивные органы, а отсюда в зерновки, что предопределяет, в конечном счете, темпы накопления и величину урожая зерна [3]. В процессе фотосинтеза растения усваивают из внешней среды (воздушное питание) практически весь углерод из диоксида углерода, за счет чего формируется 42-45% массы сухого органического вещества.
Для оценки фотосинтетической деятельности растений в посевах необходимо контролировать ряд важнейших показателей: размеры фотосинтетического аппарата, быстроту его развития, продолжительность работы, интенсивность работы листьев, показатель чистой продуктивности фотосинтеза, коэффициент использования ФАР. Все процессы, происходящие при фотосинтезе, тесно связаны с элементами его составляющими. Каждый из них закономерно, но по-разному, зависит от условий внешней среды. Фактором, чаще всего снижаю-
щим урожай, является недостаточно быстрый рост площади листовой поверхности и ограниченные его размеры. От размеров и пространственной структуры листового аппарата зависит количество поглощаемой посевами энергии. Вместе с тем урожай растет не всегда пропорционально с ростом площади листовой поверхности, а только при увеличении ее до определенных размеров, после чего рост урожая прекращается. В связи с этим в каждой почвенно-климатической зоне встает вопрос об оптимальной площади листовой поверхности. У сельскохозяйственных полевых культур оптимальная площадь листовой поверхности на 1 га посева должна варьировать в пределах 20-70 тыс. м2 [4].
Экспериментальную работу проводили на полях лаборатории растениеводства РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2010-2012 гг. Почва опытного участка дерново-подзолистая, легкосуглинистая. Мощность пахотного горизонта 22-25 см, содержание гумуса (по Тюрину) -2,2%, Р2О5 - 170 мг/кг, К2О - 107 мг/кг почвы. Объект исследования - яровой ячмень, сорт Михайловский. Опыт был заложен методом рендомизированных повторений в четырехкратной повторности. Учетная площадь делянки составляла 10-14 м2. Предшественник ячменя -зернобобовые культуры. Технология возделывания общепринятая для данной зоны. Удобрения рассчитывали на планируемый урожай в 40 ц/га. Перед посевом семена ячменя согласно схеме опыта обрабатывали регулятором роста Циркон из расчета 2 мл/т и защитно-стимулирующими комплексами ЗСК-1 и ЗСК-2 из расчета 100 мл/т, разработанными на кафедре физической и органической химии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева [5]. Семена обрабатывали полусухим способом из расчета 10 л раствора на 1 т семян. Урожай учитывали сплош-
* Работа выполнена при поддержке гранта Правительства РФ № 11.G34.31.0071 и гранта РФФИ № 11-04-01376.
ным методом, поделяночно. Уборку проводили комбайном Sampo-130. Урожайные данные подвергали математической обработке методом дисперсионного анализа.
В опыте изучали предпосевную обработку семян ЗСК и Цирконом: следующие варианты 1. Контроль (без обработки); 2. ЗСК - 1; 3. ЗСК - 2; 4. Циркон, 2 мл/т.
Метеорологические условия вегетационных периодов в годы исследований различались между собой по температуре воздуха, количеству осадков в течение вегетации и по характеру их распределения. Наиболее благоприятными для роста и развития растений ячменя оказались погодные условия 2012 г., когда количество осадков и температура воздуха были на уровне средних многолетних данных. Неблагоприятным был 2010 г., характеризовавшийся высокой температурой воздуха, которая была выше средней многолетней на 7,0 градусов. Осадков за этот период выпало меньше по сравнению со средними многолетними осадками на 11,5 мм, что негативно отразилось на росте и развитии растений и формировании будущего урожая ячменя.
Под воздействием биопрепаратов установлено изменение показателей фотосинтетической деятельности растений в процессе роста и развития - около 95% сухого вещества углерода формируется в процессе фотосинтеза, что подтверждают ранее полученные данные [6]. Растения ячменя более половины надземной массы используют для формирования зерна, поэтому для сравнения эффективности применения различных биопрепаратов необходимо учитывать площадь листьев.
Для оценки продуктивности фотосинтеза растений используют суммарную площадь листьев (ассимилирующая поверхность) и интенсивность прироста сухого вещества в расчете на единицу площади листьев в сутки.
Для измерения площади листьев применяют разные методики, поскольку форма и размер листьев изменяется в течение вегетационного периода, при этом форма листовых пластинок чрезвычайно разнообразна.
Нами проведено сравнение показателей измерения площади листьев (м2) различными способами:
1 - измерение длины (а) и ширины (Ь) листа с последующим расчетом площади по формуле = а х Ь х 0,7;
2 - методом высечек известного радиуса (К), измеряя массу листа (т1), массу сырой высечки (т2), тогда S = Ш1/т2 х пК2;
3 - нанесение контуров на миллиметровую бумагу и расчетом площади [7];
4 - по сканированному изображению листа или нескольких листьев и расчетом площади по специально разработанной нами программе. Быстро и с максимальной точностью проводить измерения площади листьев нами рекомендуется по последнему способу, что под-
тверждается полученными в ходе опытов результатами. Так, если в качестве контроля принять метод нанесения контура листа на миллиметровую бумагу, то отклонение от контроля по методу 1 составляет ± 4,2%; по методу 2 ± 2,1%; по методу 4 ± 0,5%, что при максимальной площади листьев в посевах ячменя в 40 тыс. м2/га дает ошибку 1,7 тыс. м2/га; 0,9 тыс. м2/га; 0,2 тыс. м2/га соответственно. Кроме того, необходимо учитывать затраты времени на проведение измерений и технические сложности измерений по методу 2, особенно в условиях повышенных температур.
Максимальную листовую поверхность растения ячменя, как следует из результатов исследований, формируют в фазе колошения. Так, в контроле в экстремально жарких и засушливых условиях 2010 г. максимальная листовая поверхность составила 27,3 тыс. м2/га; в 2011 г. - 29,0; в 2012 г. - 35,1 тыс. м2/га. Обработка растений ЗСК и Цирконом способствовала повышению ассимиляционной поверхности по всем годам исследований в среднем на 7,5-8,5 тыс. м2/га. В 2012 г., как наиболее благоприятном по погодным условиям для роста и развития растений ячменя, было отмечено наибольшее увеличение (до 50,5 тыс. м2/га) площади листьев при обработке семян препаратами. Отмечено, что после фазы колошения, листовая поверхность начинает уменьшаться из-за естественного старения листьев и развития на них болезней (на 12-20%), при этом в вариантах с применением ЗСК наблюдалось увеличение продолжительности жизни листьев. Формирование наибольшей площади поверхности листьев и фотосинтетического потенциала посевов в вариантах применения ЗСК и Циркона обеспечило и более высокую продуктивность ячменя. Урожайность в среднем за три года на 15-43% выше, чем в контроле (таблица).
Изменение урожайности ярового ячменя (у) тесно связано с площадью листьев (х^ и показателем их вегетативной массы в фазе колошения. В экстремальных погодных условиях 2010 и 2011 гг. соответственно: у = 0,75x1 + 28,6 (Г = 0,62). у = 1,11x1 + 29,1 (Г = 0,71).
Данные урожайности показывают, что в 2010 г. из-за невысокой полевой всхожести и экстремальных погодных условий урожайность изменялась от 28,3 ц/га в контроле до 33,8 ц/га при обработке ЗСК-2. Прибавка составила 5,5 ц/га, что коррелирует с увеличением площади листовой поверхности на 3,5 тыс. м2/га.
В 2011 г. предпосевная обработка семян биопрепаратами не привела к увеличению урожайности ячменя, прибавка урожая составила 0,8-1,1 ц/га при НСР05, равной 1,76 ц/га. При этом площадь листовой поверхности
Урожайность ярового ячменя, ц/га
Вариант 2010 г. 2011 г. 2012 г. Среднее
Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га
Контроль 28,3 35,90 57,8 40,7
ЗСК-1 32,8 4,5 36,70 0,80 69,1 11,3 46,2 5,5
ЗСК-2 33,8 5,5 37,00 1,10 69,9 12,1 46,9 6,2
Циркон 32,5 4,2 36,90 1,00 62,2 4,4 43,9 3,2
НСР05 0,6 1,76 2,3
также изменилась несущественно - на 2,5-3,1 тыс. м2/га. Однако наиболее высокая урожайность отмечена в вариантах с Цирконом и ЗСК-2 (36,9 и 37,0 ц/га соответственно).
2012 г. оказался самым благоприятным для роста и развития растений ярового ячменя. Предпосевная обработка семян Цирконом и ЗСК достоверно повышала урожай ячменя. Наиболее эффективным оказалось применение ЗСК-2, где прибавка составила 12,1 ц/га, при этом площадь листовой поверхности также увеличилась практически на 30%. Менее эффективным оказалось применение Циркона, где прибавка урожая была ниже на 6,9-7,7 ц/га, чем при обработке семян ЗСК-1 и ЗСК-2, а максимальная площадь поверхности листьев составила в фазе кущения 35 тыс. м2/га.
В среднем за 3 года независимо от условий вегетационного периода обработка семян биопрепаратами способствовала повышению урожая ячменя при этом повышение урожайности достигалось интенсификацией фотосинтеза.
Изменение урожайности ярового ячменя в экстремальных климатических условиях, как показано в наших опытах и с другими культурами, тесно связано с фотосинтетической деятельностью посевов и качеством получаемой продукции [8-13], при этом лимитирующей стадией образования биомассы служит диффузия СО2 внутрь листа. При закрытии устьиц и уменьшении площади поверхности листа, как это происходит в условиях повышенной температуры и засухи, снижается испарение воды, а также и диффузия углекислого газа.
По нашим оценкам, чистая продуктивность фотосинтеза составляла в период кущение-колошение в среднем 7,5 г/м2 х сут., колошение-налив семян - 6,5 г/м2 х сут., что соответствует образованию примерно 3 г углерода или поглощению 11 г СО2. Таким образом, в наших опытах 1 га посевов в сутки поглощал до 440 кг углекислого газа, при этом действие биопрепаратов, увеличивая объем биомассы, также способствовало росту поглощения СО2, достигая в некоторых вариантах 500 кг.
Для оценки эффективности действия биопрепаратов используют различные критерии [14]. По результатам наших исследований предлагается использовать коэффициент Б = Кбп/Кк, где Кбп отношение урожайности к максимальной площади листовой поверхности с биопрепаратом, Кк - такое же отношение в контроле без применения биопрепарата. Величина Б > 1 свидетельствует о положительном действии биопрепарата на урожай, что подтверждается данными опытов.
Таким образом, предпосевная обработка семян ячменя биопрепаратами способствует улучшению фотосинтетической деятельности посевов, повышая ассимиляционную поверхность растений в среднем на 7,5 тыс. м2/га. Биопрепараты ЗСК-2 и Циркон повышали урожайность в среднем за три года на 15-21%. Установлена высокая коррелятивная зависимость между урожайностью и площадью листовой поверхности ячменя (г = 0,71). Для повышения точности расчета площади листовой поверхности использована методика на основе сканирования листа.
Литература
1. Ничипорович А.А. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах (методы и задачи учета в связи с формированием урожаев). - М., 1961. - 135 с.
2. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Чаповская Г.В. Формирование и продуктивность работы фотосинтетического аппарата сельскохозяйственных растений в севообороте // Известия ТСХА, 1969, Вып. 6. - С. 18-26.
3. Коданев И.М. и др. Ячмень. - М.: Колос, 1964. - 98 с.
4. Шатилов И.С., Чаповская Г.В., Замараев А.Г. Фотосинтетический потенциал и урожай зерновых культур // Известия ТСХА, 1979, Вып. 4. - С. 18-30.
5. Захаренко А.В., Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Разумеева Л.Н. Влияние защитно-стимулирующих комплексов на урожай льна и качество волокна // Достижения науки и техники АПК, 2009, № 9. - С. 34-37.
6. Калабашкина Е.В., Белопухов С.Л., Дмитревская И.И. Влияние препаратов физиологически активных веществ на основные показатели фотосинтетической деятельности льна-долгунца // Агрохимия, 2013, № 4. - С. 55-59.
7. Третьяков Н.Н., Карнаухова Т.В., Паничкин Л.А. Практикум по физиологии растений. - М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.
8. Нефедьева Е.Э., Белопухов С.Л., Верхотуров В.В., Лысак В.И. Роль фитогормонов в регуляции прорастания семян // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2013, № 1. - С. 61-66.
9. Шатилова Т.И., Витол И.С., Герчиу Я.П., Белопухов С.Л., Семко В.Т. Действие препаратов-фиторегуляторов на формирование качества зерновых культур // Достижения науки и техники АПК, 2010, № 12. - С. 47-48.
10. Прусакова Л.Д., Кефели В.И., Белопухов С.Л., Вакуленко В.В., Кузнецова С.А. Роль фенольных соединений в растениях // Агрохимия, 2008, № 7. - С. 86-96.
11. Прусакова Л.Д., Малеванная Н.Н., Белопухов С.Л., Вакуленко В.В. Регуляторы роста растений с антистрессовыми и иммунопротекторными свойствами // Агрохимия, 2005, № 11. - С. 76-86.
12. Савич В.И., Седых В.А., Белопухов С.Л., Измайлова С.А. Изучение гумата калия из птичьего помета // Агрохимический вестник, 2012, № 4. - С. 21-23.
13. Карпиленко Г.П., Белопухов С.Л., Витол И.С. и др. Препарат-фиторегулятор «Новосил» и его влияние на бел-ково-протеиназный комплекс пивоваренного ячменя / Бутлеровские сообщения, 2013, Т. 35, № 9. - С. 78-83.
14. Будыкина Н.П., Алексеева Т.Ф., Хилков Н.И. Оценка биопотенциала новых регуляторов роста растений // Агрохимический вестник, 2007, № 6. - С. 24-25.
