Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формирование продукционного процесса и урожайности зерновых бобовых культур под влиянием бактериальных препаратов и микроэлементов

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Формирование продукционного процесса и урожайности зерновых бобовых культур под влиянием бактериальных препаратов и микроэлементов"

На правах рукописи

Гаранин Михаил Николаевич

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА И УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР ПОД ВЛИЯНИЕМ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 06.01.01 — Общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

14 МАР 2013 005050586

Пенза 2013

005050586

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина»

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дозоров Александр Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, доцент, заведующая кафедрой ботаники, физиологии и биохимии растений ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» Карпова Галина Алексеевна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры общего земледелия и землеустройства ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» Ткачук Оксана Анатольевна

Ведущая организация - ГНУ Самарский НИИСХ им. Н.М. Тулайкова Рос-сельхозакадемии.

Защита состоится 29 марта 2013 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Автореферат разослан 21 февраля 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

В.А. Гущина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. За последние два десятилетия в Ульяновской области произошло резкое сокращение посевных площадей зерновых бобовых культур. В 2005 году посевная площадь сельскохозяйственных культур составила 769,6 тыс. га, из них под зерновыми бобовыми находилось 22 тыс. га или 2,8 %. В структуре посевных площадей горох занимал 8,9 тыс. га или 1,1%, на долю сои приходилось 2,1 тыс. га - 0,3%. К 2012 году за счет окультуривания и освоения заброшенных земель общая посевная площадь возросла до 993,0 тыс. га, зерновые бобовые культуры располагались на 17,4 тыс. га (1,7%), из них горох занимал 8,5 тыс. га (0,8%) и соя 6,4 тыс. га (0,6%). В 70-х годах прошлого века при посевной площади в 1,7 млн. га, только под горохом площадь составляла более 200 тыс. га (12%). В настоящее время приоритетным направлением сельхозпроизводителей является возделывание культур, пользующихся большим спросом на рынке зерна. Несовершенство структуры посевных площадей в Ульяновской области с низким процентным содержанием бобовых культур неизбежно приведет к снижению валовых сборов и острому дефициту растительного белка не только в животноводстве, но и в питании человека.

В связи с этим, актуальной и стратегически важной задачей является всесторонняя оценка и подбор для условий Ульяновской области наиболее адаптивных и высокоурожайных зерновых бобовых культур, отличающихся высоким содержанием и выходом белка с единицы площади, а также разработка и изучение отдельных агротехнических приемов, их научно-обоснованное применение в технологиях возделывания зерновых бобовых культур.

Цель исследований - сравнительная оценка продукционных процессов зерновых бобовых культур, выявление из них наиболее адаптированных к местным условиям и обоснование целесообразности предпосевной обработки семян в технологии получения устойчивых урожаев зерна высокого качества.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

- изучить особенности роста и развития растений зерновых бобовых культур;

- установить влияние предпосевной обработки' семян на фотосинтетическую деятельность культур по фазам развития и за вегетацию;

- выявить эффективность приема активизации симбиотической деятельности на формирование симбиотического аппарата;

- изучить динамику азота в растениях и определить долю участия биологического азота в питании растений и формировании урожая зерна;

- определить урожайность и качество семян бобовых культур, выявить эффективность применения инокуляции;

- рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания зерновых бобовых культур.

Научная новизна. Применительно к местным почвенно-климатичес-ким условиям определены закономерности формирования параметров продукционного процесса, урожайности и белковой продуктивности зерновых бобовых культур при инокуляции семян специфичными штаммами ризобий совместно с молибденовыми и марганцевыми микроэлементами.

Практическая значимость. В условиях Ульяновской области выявлены и рекомендованы производству продуктивные зерновые бобовые культуры: люпин узколистный, соя и кормовые бобы. Предпосевная обработка семян при оптимальных гидротермических условиях обеспечивает получение урожайности 2,90...3,96 т/га и выход белка высокого качества - 0,99...1,06 т с 1 га. Результаты исследований прошли производственную проверку в ООО «Ульяновская Нива».

Основные положения выносимые на защиту:

- формирование плотности агроценозов;

- фотосинтетическая и симбиотическая деятельность зерновых бобовых культур при разной активности симбиоза;

- формирование продуктивности традиционных и интродуцируемых в Ульяновской области зерновых бобовых культур;

- динамика азота в растениях в зависимости от предпосевной обработки семян;

- экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности инокуляции семян зерновых бобовых культур.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных конференциях Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии (2010-2012гг.); на IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновск, 2012) .

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 3 работах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 175 страницах компьютерного текста, состоит из введения и 7 глав, выводов и предложений производству, включает 21 таблицу, 10 рисунков и 12 таблиц в приложении. Список литературы содержит 166 наименований, в том числе 14 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методика проведения исследований. Экспериментальная работа по изучению влияния предпосевной обработки семян на продукционные процессы зерновых бобовых культур проведена в 2010-2012 гг. в полевых условиях опытного участка Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина и в 2012 году на производственных площадях ООО «Ульяновская Нива».

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднемощный среднесуглинистый. Характеризуется следующими агрохимическими показателями: реакция среды в пахотном слое почвы рНКс| - 6,5, содержание гумуса - 4,3%, подвижного фосфора и обменного калия по Чирикову соответственно 105 и 200 мг/кг почвы. Степень насыщенности почвы основаниями составляет 96,4 - 97,9%, сумма поглощенных оснований - 25,5 - 27,8 мг-экв/100 г почвы. Обеспеченность почвы молибденом и марганцем низкая — 0,1 - 0,2 и 25 - 40 мг/кг почвы соответственно.

Климатические условия в годы исследований характеризовались следующим образом: наиболее благоприятным для возделывания зерновых бобовых культур являлся 2011 год (ГТК - 1,6), когда за период май-август выпало 259,8 мм осадков, сумма активных температур составила 2209сС. Менее благоприятным был 2012 год (ГТК - 1,0), когда за вегетационный период выпало 215,1 мм осадков, причем 97,7 мм пришлось на август, что совпадает с периодом созревания и уборки большинства культур. Май и июнь характеризовались недостаточным количеством выпавших осадков - 31,7 мм и 36,0 мм или 59% и 57% от среднемноголетней нормы этих месяцев, сумма температур выше 10°С составила 2435°С. Неблагоприятным для возделывания зерновых бобовых культур был 2010 год (ГТК - 0,4), характеризующийся острой засухой при высоких положительных температурах. Среднемесячная температура превышала среднемноголетние значения на 10...27%, сумма активных температур составила 2656°С. Количество выпавших осадков за аналогичный период было на 41 - 84% меньше среднемноголетних данных и всего за вегетацию выпало 76,6 мм.

Объект исследований - зерновые бобовые культуры: горох Самариус, люпин узколистный Снежеть, вика Льговская 22, кормовые бобы Пензенские 16, соя УСХИ 6, фасоль Гелиада.

Для достижения поставленной цели был заложен двухфакторный полевой опыт по следующей схеме: Фактор А - культуры: горох, люпин, вика, кормовые бобы, соя, фасоль. Фактор В - инокуляция семян ризоторфином совместно с микроэлементами (Мо + Мп).

Исследования проводили по методике закладки мелкоделяночных опытов. Площадь делянки первого порядка - 40 м2 (учетная - 30 м2), делянки второго порядка 20 м2 (учетная - 15 м2). Повторность в опыте четырехкратная, размещение делянок систематическое со смещением. Предшественник -озимая пшеница. Посев проводили селекционной сеялкой ССФК-6-10. Способ посева широкорядный (45 см) - соя, фасоль и рядовой (15 см) - горох, люпин, вика, кормовые бобы. Норма высева семян: горох - 1,2 млн. всхожих семян на 1 га; люпин - 1,1 млн.; вика - 2,1 млн.; кормовые бобы и соя - 0,6 млн.; фасоль - 0,45 млн. всхожих семян на 1 га. Уборка урожая осуществлялась селекционным комбайном Террион 2010 с дальнейшим измельчением вегетативной массы.

Опыты закладывали в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехова(1985).

Фенологические наблюдения и биометрические измерения проводили в основные фазы развития зерновых бобовых культур, определение структуры и учет урожая - по методике Государственного сортоиспытания (ГОСТ 10842-64).

Густоту стояния растений подсчитывали в фазу полных всходов и перед уборкой методом учетных площадок.

По данным биометрического анализа рассчитывали динамику накопления сухого вещества по Пильщиковой (1980); динамику площади листьев определяли методом вьгсечек - по H.H. Третьякову, A.C. Лосевой (1990) и методом промеров. Фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза- по формуле Кидда, Веста и Бриггса (А.А.Ничипорович, 1970).

Симбиотический потенциал и продолжительность бобово-ризобиаль-ного симбиоза рассчитывали по формуле и методике Г.С. Посыпанова(1991).

Количество фиксированного азота определяли по активному симбио-тическому потенциалу и удельной активности симбиоза; долю участия азота в питании растений и формировании семян - по Г.С. Посыпанову (1991).

Азот определяли по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-83), содержание белка в семенах — по В.Г. Рядчикову (1982) (ГОСТ 10846-74).

Оценка биоэнергетической эффективности проводилась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции (С.И. Базаров, Е.В. Глинка, A.A. Мамонтова, 1983).

Данные результатов исследований подвергались математической обработке с вычислением средней величины и ее ошибки по Г.Н. Зайцеву (1973), а также методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов (Б.А. Доспехов, 1985) на ПК с использованием Excel 2007, Statistica 6.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Рост, развитие и фотосннтетнческая деятельность зерновых бобовых культур. Полевая всхожесть является одним из основных элементов, определяющих оптимальную структуру агроценозов (табл. 1). Существенное влияние на данный показатель оказывают гидротермические условия периода посев - всходы. В 2010 году (ГТК - 0,4) этот показатель у культур был наименьший - 70...84%. За 2011 - 2012 гг. исследований (ГТК - 1,6 и 1,0) полевая всхожесть изучаемых культур составила 79...98%.

Таблица 1 - Формирование плотности агроцгноза зерновых бобовых культур (2010 - 2012 гг.)_

Культура Инокуляция семян Густота всходов, шт./м2 Полевая всхожесть, % Густота перед уборкой, шт./м2 Сохранность, %

Горох Контроль 90,9 83,3 85,4 93,6

250а +Мо+Мп 95,4 87.0 88,7 93,0

Люпин Контроль 83,0 83,3 73,6 88,3

ЗбЗа+Мо+Мп 83,3 83,6 76,3 91,3

Вика Контроль 199,8 82,3 189,8 95,0

1-32 +Мо+Мп 202,9 83,6 194,6 95,6

Кормовые бобы Контроль 59,9 85,6 54,6 90,6

96 +Мо+Мп 60,7 85,6 55,5 91,6

Соя Контроль 49,9 78,6 47,9 95,6

6346 +Мо+Мп 50,2 79,0 48,4 96,3

Фасоль Контроль 39,1 79,6 36,3 92,6

653а +Мо+Мп 39,4 82,3 37,3 92,0

Оптимальная густота стояния растений в фазе всходов является важным показателем, определяющим продуктивную деятельность фотосинтеза в посевах зерновых бобовых культур. В среднем за годы исследований плотность аг-роценоза формировалась на оптимальном уровне.

Количество сохранившихся растений к уборке характеризует индивидуальную биологическую стойкость вида к неблагоприятным условиям внешней среды. Изучаемые в опытах культуры проявили устойчивый характер сохранности в различных погодных условиях. В 2010 году отмечалась наименьшая сохранность растений к уборке (78...95%), причем максимальная гибель растений наблюдалась у кормовых бобов (сохранность -78...80%). В 2011 - 2012 гг. процент сохранившихся к уборке растений составил 88...98. На варианте с предпосевной обработкой семян вышеуказанные показатели имели тенденцию к увеличению по сравнению с контрольным вариантом.

Наступление фаз развития и продолжительность вегетации культур в значительной степени зависели от складывающихся агрометеорологических условий. Погодные условия 2011 г. характеризовались доступностью влаги и оптимальным температурным режимом, близким к среднемноголетним значениям, что благоприятно отразилось на продолжительности вегетационного периода всех изучаемых культур. По сравнению с 2010 г. продолжительность его по культурам была больше на 11 ...21 дней.

Независимо от погодных условий наиболее короткий вегетационный период по годам был отмечен у гороха, люпина и вики - 60...78 дней, 63...79 и 66...82 дней соответственно, наиболее продолжительный - у сои и фасоли - 99...115 и 81...102 дней. У кормовых бобов вегетационный период составил 75. .86 дней. Значительных различий в продолжительности периода вегетации по вариантам обработки семян не наблюдалось.

Одним из наиболее динамичных показателей фотосинтетической деятельности растений является развитие листовой поверхности оптимальных размеров, способной поглощать максимальное количество солнечной радиации. Изучая динамику ассимиляционного аппарата культур за годы исследований был выявлен ряд особенностей и закономерностей (табл. 2).

Таблица 2 - Динамика площади листьев зерновых бобовых культур, __тыс. м 2/га (2010 - 2012 гг.)___

Культура Инокуляция семян Фаза развития

Стеблевание, третий наст, лист Бутонизация -цветение Начало налива семян Полный налив семян

Горох Контроль 3,3 28,1 42,0 27,2

250а +Мо+Мп 3,5 31,6 44,4 29,4

Люпин Контроль 3,6 J 24,8 35,4 27,2

ЗбЗа+Мо+Мп 4,1 27,1 39,2 31,1

Вика Контроль 3,7 27,8 39,2 27.5

1-32 +Мо+Мп 4,4 29,8 41,6 30,9

Кормовые бобы Контроль 3,0 28,2 45,1 32,7

96 +Мо+Мп 3,4 30,6 48,0 36,1

Соя Контроль 6,3 21,8 34,9 22,1

6346 +Мо+Мп 6,5 23,4 36,9 23,7

Фасоль Контроль 8,1 16,6 19,7 13,3

653а +Мо+Мп 9,0 18,4 21,1 13,7

Во все годы исследований максимальных значений величина листовой поверхности изучаемых культур достигает к фазе начала налива семян. В среднем у кормовых бобов и гороха она составила 45,1...48,0 тыс. м 2/га и 42,0...44,4 тыс. м 2/га, у люпина, вики и сои — 34,9...41,6 тыс. м г/га. Растения фасоли сформировали наименьшую площадь листьев - 19,7. ..21,1 тыс. м 2/га.

На варианте с применением инокуляции и микроэлементов этот показатель был на 2...4 тыс. м 2/га больше контрольных значений.

Интенсивный рост листовой поверхности способствовал активной деятельности фотосинтеза, что в конечном итоге повлияло на накопление сухого вещества посевами зерновых бобовых культур (табл. 3).

Методом корреляционно - регрессионного анализа выявлена зависимость площади листьев от массы активных клубеньков (11= 0,83...0,98).

Таблица 3 - Динамика накопления сухого вещества за период вегетации посевами зерновых бобовых культур, кг/га (2010 —2012гг.)

Культура Инокуляция семян Фаза развития

Стеблевание, третий наст, лист Бутонизация - цветение Начало налива семян Полный налив семян Полная спелость семян

Горох Контроль 223 1933 4726 5443 4301

250а +Мо+Мп 224 2157 5062 6414 5045

Люпин Контроль 218 2351 4653 6190 5437

363а +Мо+Мп 248 2701 5523 7298 6598

Вика Контроль 172 2433 4403 5835 4313

1-32 +Мо+Мп 217 2774 4936 6406 4583

Кормовые бобы Контроль 221 2323 5636 7064 6715

96 +Мо+Мп 242 2584 6169 7941 7713

Соя Контроль 416 1526 4540 5882 4908

6346 +Мо+Мп 466 1690 4923 6396 6038

Фасоль Контроль 522 1306 2251 3809 3348

653а +Мо+Мп 567 1447 2472 4060 3885

Исследования показали, что наиболее интенсивное накопление сухой биомассы отмечено до фазы начала налива семян. Дальнейшее увеличение сухого вещества происходит за счет развития генеративных органов и достигает максимума в фазу полного налива семян, причем наибольшую массу в среднем за 2010 —2012 гг. сформировали кормовые бобы - 7064. ..7941 кг/га, наименьшую фасоль - 3809...4060 кг/га. Применение инокуляции и микроэлементов увеличивало накопление сухого вещества в среднем на 5... 14 % по сравнению с контрольным значением.

Для получения высоких урожаев важно не только формирование листового аппарата оптимальных размеров, но и продолжительность его деятельности с большей продуктивностью. Физиологическим параметром, объединяющим эти показатели, является фотосинтетический потенциал (ФП). Интенсивность фотосинтетической деятельности посевов оценивали по величине чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) (табл. 4).

Таблица 4 — Показатели фотосинтетической деятельности посевов зерновых бобовых культур, ФП-мин. м~ • дн./га, ЧПФ-г/м2. ■ сут.__

Культура Инокуляция семян Год исследований

2010 2011 2012

ФП ЧПФ ФП ЧПФ ФП ЧПФ

Горох Контроль 0,560 4.81 2,322 3.74 1,612 3,21

250а +Мо+Мп 0,636 4,89 2,475 4,05 1,709 3,47

Люпин Контроль 0,613 4,77 2,163 4,22 1,365 4.83

ЗбЗа+Мо+Мп 0,699 4,84 2,390 4,36 1,492 5,37

Вика Контроль 0,688 3,18 2,213 3,75 1,832 3,79

1-32+Мо+Мп 0,757 3,22 2,334 3,66 1,981 3,95

Кормовые бобы Контроль 0,875 3,58 2,535 4,14 1,856 3,58

96 +Мо+Мп 0,923 3,61 2,738 4,45 1,993 3,72

Соя Контроль 1,138 2,33 2,126 3,97 1,294 3,86

6346 +Мо+Мп 1,235 2,41 2,271 4,06 1,400 3,97

Фасоль Контроль 0,750 3,65 1,168 4,41 0,774 4,72

653а +Мо+Мп 0,839 3,80 1,210 4,52 0,822 4,77

Наибольших размеров ФП изучаемых культур сформирован в 2011 г. и составил по культурам - 1,168...2,738 млн. м2 • дн./га, наименьших - в 2010 году - 0,560... 1,235 млн. м2 ■ дн./га. В среднем за годы исследований кормовые бобы сформировали максимальный ФП на уровне - 1,885 млн. м2 • днУга. Оптимизация условий симбиотической деятельности зерновых бобовых культур повышает значения ФП на 5... 13%. Показатели ЧПФ колебались у всех культур по годам. В среднем за годы исследований люпин узколистный накапливал максимальное количество сухого вещества в сутки, величина ЧПФ его находилась в пределах 4,60...4,85 г/м2 • сутки.

Активизация процессов симбиотической деятельности зерновых бобовых культур и её эффективность. Исследованиями установлено, что предпосевная обработка семян в благоприятные по погодным условиям годы способствует более раннему появлению в клубеньках леггемоглобина: у гороха на один день, кормовых бобов и сои на два дня, люпина - на четыре дня раньше, чем на контрольном варианте. В острозасушливом 2010 году этой разницы по вариантам у культур не наблюдалось.

Наибольших размеров симбиотический аппарат растений был сформирован в 2011 году (табл. 5). Максимального значения масса активных клубеньков достигла у люпина в фазу начала налива семян по вариантам -793,5... 1211,6 кг/га, у кормовых бобов и сои в фазу бутонизация - цветение по вариантам этот показатель составил 375,6...477,9 и 335,6...462,3 кг/га.

Таблица 5 — Динамика сырой массы активных клубеньков в зависимости от

условий выращивания, кг/га

Инокуляция семян (фактор В) Фаза развития

Культура (фактор А) Стеблевание, третий Бутонизация - Начало налива Полный налив

наст, лист цветение семян семян

2010 год

Горох Контроль 11,4 1,6 - -

250а +Мо+Мп 17,3 1,8 - -

Люпин Контроль 4,0 68,0 6,0 -

363а +Мо+Мп 20,0 85,0 9.0 -

Вика Контроль 28,1 2,7 - -

1-32+Мо+Мп 34,2 5,2 - -

Кормовые бобы Контроль 24,2 33,2 0.5 -

96 +Мо+Мп 21.6 36,6 0.9 -

Соя Контроль 5,0 7,8 1,7 -

6346 +Мо+Мп 5,3 8,8 2,0 -

НСР05 1 Фактор 1 А 0,73 1,54 0,21 -

В 1,26 2,66 0,36 -

2011 год

Горох Контроль 45,7 65,6 31,4 -

250а +Мо+Мл 46,0 111,6 67,9 -

Люпин Контроль 1,4 586,4 793,5 115

ЗбЗа+Мо+Мп 8,3 1203,7 1211,6 278

Вика Контроль 22,0 25,6 0 -

1-32 +Мо+Мп 41,5 47,2 0 -

Кормовые бобы Контроль 43,5 375,6 159,0 40

96 +Мо+Мп 50,2 477,9 434,9 174

Соя Контроль 22,3 335,6 219,3 125

6346 +Мо+Мп 44,0 462,3 424,7 262

НСР05 Фактор А 2,97 22,75 16,99 14,27

В 5,15 39,40 29,42 24,72

2012 год

Горох Контроль 24,9 19,2 6,7 -

250а +Мо+Мп 33,4 38,0 17,2 -

Люпин Контроль 25,1 207,4 150,6 41,2

363а +Мо+Мп 105,4 601,5 1078,9 387

Вика Контроль 68,3 0 - -

1-32+Мо+Мп 94,0 0 - -

Кормовые бобы Контроль 49.3 289,6 210,8 51,8

96 +Мо+Мп 59,8 442,2 318,7 172,1

Соя Контроль 82,5 278,3 223,4 117,8

6346 +Мо+Мп 100,8 335,6 325,6 209,1

НСР05 Фактор А 4,22 15,46 22,99 7,81

В 7,32 26,77 39,82 13,53

Наиболее продолжительным активный симбиоз был во все годы исследований у сои — 30...64 дней, у кормовых бобов — 35...59 и люпина — 28...54 дней. У гороха и вики во все годы наблюдался наименьший по продолжительности функционирования активный симбиоз - 28...42 дней и 22...25 дней соответственно (табл. 6).

Таблица 6 - Продолжительность общего и активного симбиоза

Культура Инокуляция семян Год исследований

2010 (ГТК - 0,4) 2011 (ГТК - 1,6) 2012 (ГТК - 1,0)

Общий Активный Общий Активный Общий Активный

Горох Контроль 35 28 53 39 46 37

250а+Мо+Мп 35 28 55 42 47 39

Люпин Контроль 40 28 63 49 50 43

ЗбЗа+Мо+Мп 40 28 64 54 52 47

Вика Контроль 31 23 40 22 38 22

1-32+Мо+Мп 31 23 40 25 38 23

Кормовые бобы Контроль 47 35 77 56 66 52

96 +Мо+Мп 47 35 78 59 67 56

Соя Контроль 52 30 85 60 77 47

634б+Мо+Мп 52 30 87 64 78 51

Фасоль Контроль - - - - - -

653а+Мо+Мп - - - - - -

Эффективность процесса фиксации биологического азота у зерновых бобовых отражает показатель - активный симбиотический потенциал (АСП) культур, выражающийся произведением массы активных клубеньков на продолжительность их функционирования (рис. 1).

269«

12'63

105У5

горох

лкшмн вика кормовые

бобы

Шконтршкь

Рисунок 1 - Активный симбиотический потенциал зерновых бобовых культур за вегетацию, кг • дн./га (2010 —2012 гг.)

За годы исследований наибольший АСП был сформирован у люпина узколистного (11615...26903 кг • дн/га), кормовых бобов (7933... 12763 кг - дн/га) и сои (6902... 10595 кг • дн/га). На варианте с инокуляцией и микроэлементами АСП культур был выше контрольных значений на 35...57%, причем эффективность данного приема повышалась в благоприятные по гидротермическим показателям годы.

Важным показателем деятельности симбиотической системы бобовых культур является количество фиксированного азота воздуха (рис. 2).

[орчх попнн BHfva kf,p\i.m[.U' <4(1

бобы

□ контроль Ертоторфнн+Мо+Мп

Рисунок 2 - Количество фиксированного азота воздуха, кг/га (2011 - 2012 гг.)

Исходя из данных значений АСП и У АС было рассчитано количество биологически фиксированного азота воздуха. Из-за низких значений активного симбиотического потенциала изучаемых зерновых бобовых культур в острозасушливом 2010 году количество усвоенного из воздуха азота не определялось. Максимальное количество биологического азота в среднем за годы исследований фиксируют посевы люпина узколистного (70... 182 кг/га), кормовых бобов (76...139 кг/га) и сои (109...176 кг/га). Предпосевная обработка семян специфичным штаммом ризобий совместно с микроэлементами увеличивает количество фиксированного азота воздуха на 38.. .62%.

УРОЖАЙ И БЕЛКОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР

Урожай и его структура под влиянием инокуляции семян. В полевых опытах на формирование урожая семян изучаемых зерновых бобовых культур основополагающее воздействие оказывали метеорологические условия, складывающиеся в период вегетации (прежде всего влагообеспечен-ность) и биологические особенности культур.

Благоприятные погодные условия в 2011 г. способствовали активной деятельности фотосинтетического и симбиотического аппаратов, что позволило изучаемым культурам сформировать урожай, близкий к потенциально возможному для условий Ульяновской области (табл. 7).

Таблица 7 - Урожайность семян бобовых культур, т/га

Культура (фактор А) Инокуляция семян (фактор В) Год исследований Средняя

2010 (ГТК-0,4) 2011 (ГТК-1,6) 2012 (ГТК - 1,0)

Горох Контроль 1,87 4,07 2,19 2,71

250а +Мо+Мп 2,05 4,56 2,81 3,14

Люпин Контроль 1,86 3,66 2,23 2,58

ЗбЗа+Мо+Мп 2,17 4,42 2,73 3,11

Вика Контроль 2,38 3,08 2,46 2,64

1-32 +М0+М11 2,51 3,54 2,70 2,91

Кормовые бобы Контроль 2,26 5,1 3,59 3,65

96 +Мо+Мп 2,30 5,7 3,89 3,96

Соя Контроль 1,72 3,3 2,46 2,49

6346 +М0+М11 2,0 3,84 2,87 2,90

Фасоль Контроль 0,27 3,18 1,76 1,73

653а+Мо+Мп 0,28 3.34 1,78 1,80

НСР05 Фактор А 0,08 0,11 0,10 -

В 0,14 0,18 0,17 -

Методом корреляционно - регрессионного анализа выявлена зависимость урожайности изучаемых культур от площади листьев в фазу начала налива семян (И= 0,75...0,93); АСП культур (Я= 0,89...0,97); динамики накопления сухого вещества в фазу полного налива семян 0,88...0,97); ФСП изучаемых культур (К= 0,75.. .0,98).

В среднем за годы исследований наибольшую урожайность сформировали кормовые бобы - 3,65...3,96 т/га, по гороху, люпину, вике и сое получена урожайность - 2,90... 3,14 т/га при инокуляции семян. Наименьший урожай получен у фасоли обыкновенной. В среднем за 2010 - 2012 гг. было сформировано семян по вариантам 1,73...1,80 т/га. При использовании ризо-торфина и микроэлементов (Мо+Мп) урожайность изучаемых культур была выше на 5...22%. Достоверная разница у фасоли по урожаю между вариантами наблюдалась только в 2011 году.

Исследованиями установлено, что колебания урожайности по годам являются результатом изменчивости её структурных компонентов под воздействием различных факторов внешней среды (табл. 8).

Таблица 8 - Структура урожая зерновых бобовых культур (2010-2012 гг.)

Культура Инокуляция семян Высота растения, см Количество сохранившихся к уборке растений на 1 м2 Количество на 1 растении. Масса 1000 семян, г Масса семян с 1 растения, г

Бобов Семян

Горох Контроль 76,2 85 3,7 17,3 218 3,82

250а+Мо+Мп 76,3 89 4,1 18,7 220 4,20

Люпин Контроль 46,4 74 7,5 25,7 165 4,29

ЗбЗаШо+Мп 47,9 76 8,9 27,0 167 4,55

Вика Контроль 91,3 190 4,5 27,7 56 1,56

1-32+Мо+Мп 89,0 194 4,7 29,1 56 1,65

Кормовые бобы Контроль 79,0 ээ 6,7 19,5 373 7,35

96 +Мо+Мп ' 77,6 55 7,3 20,6 379 7,91

Соя Контроль 53,2 48 18,0 39,0 151 5,96

634б+Мо+Мп 53,0 48 21,9 44,4 152 6,75

Фасоль Контроль 38,6 36 6,6 19,3 245 5,31

653а+Мо+Мп 40,7 37 6,1 19,3 253 5,41

Наибольшее количество бобов на одном растении отмечено у сои -18,0...21,9 шт. и сформировавшихся в них семян в среднем за годы исследований составило 39,0...44,4 шт. по вариантам опыта. Максимальная продуктивность одного растения - 7,35...7,91 г и масса 1000 семян 373...379 г наблюдалась у кормовых бобов, наименьшие значения этих показателей отмечены у вики - 1,56... 1,65 г и 56 г соответственно.

Белковая продуктивность растений бобовых культур. В процессе изучения и производства продукции зерновых бобовых культур важно учитывать не только урожайные характеристики культуры, но и качество урожая.

Результаты исследований показали, что содержание белка в семенах изучаемых культур зависит от вида бобового растения, метеорологических условий вегетационного периода и предпосевной обработки семян специфичными штаммами ризобий и микроэлементами (табл. 9).

По содержанию белка в семенах и выходу его с единицы площади наиболее продуктивными оказались: соя - 35,3...36,7% (0,86...1,05 т/га), люпин - 31,1 ...32,0% (0,79...0,99 т/га) и кормовые бобы - 25,8...27,4% (0,93... 1,06). Наименьший сбор белка был отмечен у фасоли - 0,41...0,42 т/га.

Таблица 9 - Содержание и сбор белка с урожаем

Культура (фактор А) Инокуляция семян (фактор В) Содержание белка, % Сбор белка, т/га

Год исследований

2010 2011 2012 Среднее 2010 2011 | 2012 Среднее

Горох Контроль 27,0 22,6 23,2 24,2 0,50 0,91 | 0,51 0,64

250а +Мо+Мп 28,0 25,0 24,1 25,7 0,57 1,14 0,68 0,79

Люпин Контроль 31,8 30,3 31,4 31,1 0,59 1,10 0,70 0,79

363а +Мо+Мп 32,2 31,6 32,3 32,0 0,70 1,39 0,88 0,99

Вика Контроль 26,0 25,1 23,2 24,8 0,62 0,77 0,61 0,66

1-32 +Мо+Мп 26,8 25,2 24,0 25,3 0,67 0,89^ 0,65 0,73

Кормовые бобы Контроль 25,8 24,1 27,6 25,8 0,58 1,23 0,99 0,93

96 +Мо+Мп 27,3 25,2 29,7 27,4 0,62 1,43 1,15 1,06

Соя Контроль 38,5 34,4 33,0 35,3 0,66 1,13 0,81 0,86

6346 +Мо+Мп 39,8 34,9 35,6 36,7 0,79 1,34 1,02 1,05

Фасоль Контроль 27,1 23,1 24,5 24,9 0,07 0,73 0,43 0,41

653а +Мо+Мп 27,7 23,2 25,0 25,3 0,07 0,77 0,44 0,42

НСР05 Фактор А 0,32 0,32 0,35 - 0,006 0,013 0,009 -

В 0,55 0,55 0,61 - 0,010 0,022 0,016 -

Оптимизация условий симбиотической деятельности увеличивает содержание белка в семенах изучаемых культур на 0,5... 1,6% и существенно повышает сбор белка на 11...20%. Исследованиями установлено, что содержание белка в семенах изучаемых культур и сбор его с единицы площади коррелируют с активностью симбиотической деятельности (Я= 0,77... 0,97).

Динамика азота в растениях зерновых бобовых культур. Во все годы исследований динамика содержания азота в органах изучаемых растений была сходной. Наименьшее содержание азота отмечено в корнях, несколько выше в стеблях, наибольшее в листьях, причем в фазу стеблевания, третьего настоящего листа значения этого показателя были максимальными. В фазу бутонизация - цветение и начало налива семян наблюдается снижение азота в листьях, стеблях и корнях и увеличение содержания его в бобах с момента их появления до фазы полного налива семян. Такое перераспределение азота в органах изучаемых культур объясняется усиливающейся потребностью этого элемента, обусловленной синтезом белка при формировании урожая семян. В клубеньках динамика содержания азота более стабильна и снижается только при их разрушении.

В полевых опытах с зерновыми бобовыми культурами за 2010 - 2012 гг. было установлено, что лучшее развитие симбиотического аппарата обуславли-

вало более высокое содержание азота в органах растений: в листьях на 0,08...0,24 %, в стеблях на 0,02...0,23 %, в корнях на 0,09...0,28 %, в клубеньках на 0,21... 0,46 %, вбобах на0,08...0,24%.

В течение вегетационного периода начиная с ранних фаз развития растения зерновых бобовых культур активно потребляли азот, достигая максимальных значений к фазе полного налива семян (табл. 10).

Таблица 10 - Динамика потребления азота растениями бобовых культур, кг/га (2010 -2012 гг.)

Культура Инокуляция семян Фаза развития

Стеблевание, третий наст, лист Бутонизация -цветение Начало налива семян Полный налив семян Полная спелость семян

Горох Контроль 9 52 113 142 102

250а+Мо+Мп 10 61 129 182 130

Люпин Контроль 9 64 116 174 135

363а +Мо+Мп 9 85 150 212 172

Вика Контроль 8 64 99 127 89

1-32 +Мо+Мп 11 78 124 151 104

Кормовые бобы Контроль 9 67 154 193 152

96 +Мо+Мп 11 79 175 214 183

Соя Контроль 16 49 136 190 130

6346 +Мо+Мп 19 59 157 218 169

Фасоль Контроль 15 29 44 69 59

653а +Мо+Мп 17 33 50 81 73

Максимальные значения в потреблении азота были отмечены у сои (190...218 кг/га), кормовых бобов (193...214 кг/га) и люпина (174...212 кг/га). Инокуляция ризоторфином и микроэлементами семян способствует большему потреблению азота (в фазе их максимальных значений) на 10...22%.

Показатели выноса азота определяли в период уборки урожая, что соответствовало фазе полной спелости семян. Максимальное потребление этого элемента определяли в фазу полного налива семян. Наибольшим потреблением и выносом азота 1 тонной семян отличились соя и люпин - 64...73 кг/т и 49. ..58 кг/т семян (табл. 11).

Таблица 11 -Максимальное потребление и вынос азота 1 т семян

Максимальное потребление, кг/т Вынос, кг/т

Культура Год Вариант

Контроль Штамм +Мо+Мп Контроль Штамм +Мо+Мп

2010 50 60 38 36

Горох 2011 52 56 37 42

2012 56 59 41 42

Среднее 53 58 39 40

2010 62 65 55 59

Люпин 2011 62 63 44 44

2012 69 79 51 72

Среднее 64 69 50 58

2010 34 36 21 23

Вика 2011 50 53 40 41

2012 59 65 37 40

Среднее 48 51 33 35

2010 53 60 44 49

Кормовые бобы 2011 54 55 42 43

2012 51 52 40 49

Среднее 53 56 42 47

2010 51 55 35 40

Соя 2011 90 90 63 70

2012 74 73 50 55

Среднее 72 73 49 55

2010 - - - -

Фасоль 2011 20 23 15 18

2012 34 39 1 31 37

Среднее 27 31 1 | 23 27

Проведенные исследования позволили установить, что доля участия источников азота в питании растений зависела от складывающихся почвенно-климатических условий и активности симбиоза (рис. 3).

Контроль

Горох

92% i

Ризоторфин+Мо+Мп

66%

Люпин

Вика

Кормовые бобы

Соя

Фасоль

Рисунок 3 - Участие источников азота в питании растений зерновых бобовых культур, % от оби/его потребления (2011 - 2012 гг.)

Растения гороха и вики использовали в питании в основном почвенный азот, на долю азота воздуха у них по вариантам приходится 13...24 кг/га (8...11%) и 8...14 кг/га (5...8%).

У люпина, кормовых бобов и сои доля участия азота воздуха в контрольном варианте составляет 70кг/га, 76 и 109 кг/га (34%, 33 и 45%). На варианте с предпосевной обработкой семян количество фиксированного азота по этим культурам значительно превышает процент почвенного источника и составляет у люпина - 73% (182 кг), кормовых бобов - 55% (139 кг) и сои 65% (178 кг) от общего потребления.

Экономическая и биоэнергетическая эффективность возделывания зерновых бобовых культур. Наиболее эффективными культурами для возделывания в условиях Ульяновской области являются люпин, кормовые бобы и соя. Уровень их рентабельности составляет (59,5... 191,5%), коэффициент энергетической эффективности - 2,36. ..3,10. Применение предпосевной обработки семян ризоторфином и микроэлементами повышает уровень рентабельности культур на 1,2. ..26,8%, количество энергии, накопленной в урожае на 4. ..17% и повышает биоэнергетическую эффективность возделывания культур на 3... 14%.

ВЫВОДЫ

1. Предпосевная обработка семян микроэлементами и ризоторфином повышает полевую всхожесть семян на 0,3...3,7%, сохранность растений на 0,6...3,0%. Под влиянием погодных условий культуры с разной биологией обеспечивают различный по продолжительности вегетационный период: горох, люпинивика-60...82 дней, кормовые бобы, соя и фасоль - 75... 115 дней.

2. Фотосинтетическая деятельность посевов зависит от влагообеспечен-ности в период вегетации и от активности симбиотической деятельности (Я= 0,83...0,98). Кормовые бобы формируют наибольшую листовую поверхность -45,1...48,0 тыс. м 2/га. Инокуляция семян специфичным штаммом ризобий совместно с микроэлементами увеличивает площадь листовой поверхности культур на3...5 тыс. м 2/га, значения фотосинтетического потенциала на 5... 13%.

3. Независимо от погодных условий в годы исследований бобовые культуры к фазе полного налива семян достигают максимальных значений в накоплении сухого вещества. Кормовые бобы накапливают наибольшую сухую биомассу - 7064 и 7941 кг/га, наименьшую - фасоль (3809 и 4060 кг/га). Предпосевная обработка семян повышает данные показатели на 0,51... 1,10 т/га (5... 14%).

4. Активизация симбиотической деятельности способствует более раннему образованию в клубеньках леггемоглобина - на 1...4 дня, увеличению массы активных клубеньков в 1,5...2 раза, значений АСП - на 35...57 % и количество фиксированного азота воздуха на 38...62%.

5. Формирование высоких стабильных урожаев семян изучаемых культур ограничивалось гидротермическими условиями и активностью симбиоза. Предпосевная обработка семян ризоторфином и микроэлементами увеличивала урожайность семян на 0,27...0,53 т/га (4... 14%). Среди изученных культур кормовые бобы являются наиболее урожайными (3,65...3,96 т/га).

6. Содержание белка в семенах и сбор его с урожаем зависят от активности симбиоза (11= 0,77... 0,97). Кормовые бобы, соя и люпин по содержа-

нию (25,8...36,7%) и выходу белка (0,79...1,06 т/га) наиболее продуктивны. Предпосевная обработка семян повышает данные показатели соответственно на 0,5...1,6% и 11...20%.

7. Максимальное количество азота бобовые растения потребляют в фазу полного налива семян. Наибольшие значения этого показателя отмечены у сои, кормовых бобов и люпина- 174...218 кг/га. Вынос азота 1 тонной семян этих культур составил - 42...58 кг/га. На варианте с инокуляцией повышается потребление азота растениями (в фазу максимальных значений) на 10... 22%.

8. Доля фиксированного азота в питании растений определяется биологией изучаемых культур и активностью деятельности симбиотического аппарата. Долевое участие его в питании растений гороха и вики составляет -5... 11%, люпина, кормовых бобов и сои - 33...73%. Оптимизация условий симбиоза увеличивает долю азота воздуха на 3.. .39%.

9. Изученный прием предпосевной обработки семян обеспечивает экономическую и биоэнергетическую его эффективность: рентабельность увеличивается на 1,2...26,8%, коэффициент биоэнергетической эффективности на 3,0... 14,0%.

Предложения производству

1. В целях решения проблемы дефицита белка и оптимизации структуры посевных площадей в Ульяновской области рекомендуем внедрять в производство люпин узколистный, сою и кормовые бобы. Кормовые бобы целесообразней высевать в более благоприятные по гидротермическим показателям годы.

2. Для реализации потенциала симбиотической деятельности с целью увеличения урожайности и качества семян зерновых бобовых культур рекомендуем проводить предпосевную обработку семян специфичным, вирулентным, активным штаммом ризобий (300 г на гектарную норму высева) совместно с растворами сульфата марганца и молибдата аммония (0,5% раствор в расчете 2 л на 1 ц семян).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Дозоров, A.B. Влияние активизации симбиотической деятельности на формирование урожайности зернобобовых культур / A.B. Дозоров, М.Н. Гаранин // Вестник УГСХА. - 2012. - № 4. - С. 4-9.

2. Дозоров, A.B. Динамика азота и продуктивность зерновых бобовых культур / A.B. Дозоров, М.Н. Гаранин // Вестник УГСХА. - 2013. — № 1. — С. 4-9.

3. Дозоров, A.B. Фотосинтетическая деятельность и урожайность зернобобовых культур в условиях Ульяновской области / A.B. Дозоров, М.Н. Гаранин // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2013. — № 1. -С. 62-64.

Подписано в печать 18.02.13. Объем 1,0 усл. пл. Тираж 100 экз.

__Заказ № 33.__

Отпечатано с готового оригинал-макета в мини-типографии. Свидетельство № 5551. 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Гаранин, Михаил Николаевич, Ульяновск

00 ю

со

ю

см

СО °

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»

На правах рукописи

Гаранин Михаил Николаевич

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА И УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР ПОД ВЛИЯНИЕМ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ И

МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени

О)

кандидата сельскохозяйственных наук

^ g Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, CD профессор Дозоров A.B.

Ульяновск -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................6

1.1 Белковая продуктивность различных зерновых бобовых культур..............6

1.2 Биологический азот - как фактор биологизации земледелия............................12

1.3 Условия симбиотической деятельности и факторы, усиливающие её активность........................................................................................................................................................17

2 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ....................28

2.1 Агрохимические показатели почвы опытного участка..........................................28

2.2 Методика проведения исследований и схема полевого опыта........................29

2.3 Метеорологические условия в период проведения исследований................36

3 РОСТ, РАЗВИТИЕ И ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР....................................................................................41

3.1 Плотность агроценоза, продолжительность межфазных и вегетационного периодов..................................................................................................................42

3.2 Динамика формирования листовой поверхности........................................................46

3.3 Динамика накопления сухого вещества..............................................................................50

3.4 Фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза 52

4 АКТИВИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СИМБИОТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР И ЕЁ ЭФФЕКТИВНОСТЬ..............................................................................................................................56

4.1 Особенности формирования симбиотического аппарата с применением инокуляции семян............................................................................................................................58

4.2 Влияние инокуляции семян на активность симбиоза..............................................69

5 УРОЖАЙ И БЕЖОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР..........................................................................................................................76

5.1 Урожай и его структура под влиянием инокуляции семян................................76

5.2 Белковая продуктивность растений бобовых культур............................................83

6 ДИНАМИКА АЗОТА В РАСТЕНИЯХ ЗЕРНОВЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР.................................................................................. 88

6.1 Динамика содержания азота в органах изучаемых культур, потребление и вынос его единицей урожая.............................................. 88

6.2 Участие источников азота в питании растений и формировании урожая семян зерновых бобовых культур.......................................... 99

7 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИЕМА ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН СОВМЕСТНО С МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ.................................... 108

7.1 Экономическая оценка возделывания зерновых бобовых культур....... 108

7.2 Биоэнергетическая эффективность приемов в технологии зерновых

бобовых культур.................................................................... 111

ВЫВОДЫ................................................................................ 115

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................... 118

ПРИЛОЖЕНИЕ..................................................................... 137

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. За последние два десятилетия в Ульяновской области произошло резкое сокращение посевных площадей зерновых бобовых культур. В 2005 году посевная площадь сельскохозяйственных культур составила 769,6 тыс. га, из них под зерновыми бобовыми находилось 22 тыс. га или 2,8 %. В структуре посевных площадей горох занимал 8,9 тыс. га или 1,1%, на долю сои приходилось 2,1 тыс. га - 0,3%. К 2012 году за счет окультуривания и освоения заброшенных земель общая посевная площадь возросла до 993,0 тыс. га, зерновые бобовые культуры располагались на 17,4 тыс. га (1,7%), из них горох занимал 8,5 тыс. га (0,8%) и соя 6,4 тыс. га (0,6%). В 70-х годах прошлого века при посевной площади в 1,7 млн. га, только под горохом площадь составляла более 200 тыс. га (12%). В настоящее время приоритетным направлением сельхозпроизводителей является возделывание культур, пользующихся большим спросом на рынке зерна. Несовершенство структуры посевных площадей в Ульяновской области с низким процентным содержанием бобовых культур неизбежно приведет к снижению валовых сборов и острому дефициту растительного белка не только в животноводстве, но и в питании человека.

В связи с этим, актуальной и стратегически важной задачей является всесторонняя оценка и подбор для условий Ульяновской области наиболее адаптивных и высокоурожайных зерновых бобовых культур, отличающихся высоким содержанием и выходом белка с единицы площади, а также разработка и изучение отдельных агротехнических приемов, их научно-обоснованное применение в технологиях возделывания зерновых бобовых культур.

Цель исследований - сравнительная оценка продукционных процессов зерновых бобовых культур, выявление из них наиболее адаптированных к местным условиям и обоснование целесообразности предпосевной обработки семян в технологии получения устойчивых урожаев зерна высокого качества.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

- изучить особенности роста и развития растений зерновых бобовых культур;

- установить влияние предпосевной обработки семян на фотосинтетическую деятельность культур по фазам развития и за вегетацию;

- выявить эффективность приема активизации симбиотической деятельности на формирование симбиотического аппарата;

- изучить динамику азота в растениях и определить долю участия биологического азота в питании растений и формировании урожая зерна;

- определить урожайность и качество семян бобовых культур, выявить эффективность применения инокуляции;

- рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания зерновых бобовых культур.

Научная новизна. Применительно к местным почвенно-климатичес-ким условиям определены закономерности формирования параметров продукционного процесса, урожайности и белковой продуктивности зерновых бобовых культур при инокуляции семян специфичными штаммами ризобий совместно с молибденовыми и марганцевыми микроэлементами.

Практическая значимость. В условиях Ульяновской области выявлены и рекомендованы производству продуктивные зерновые бобовые культуры: люпин узколистный, соя и кормовые бобы. Предпосевная обработка семян при оптимальных гидротермических условиях обеспечивает получение урожайности 2,90...3,96 т/га и выход белка высокого качества - 0,99... 1,06 т с 1 га. Результаты исследований прошли производственную проверку в ООО «Ульяновская Нива».

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Белковая продуктивность различных зерновых бобовых культур

В настоящее время благодаря государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 гг. планируется существенно сократить зависимость производства животноводческой продукции от импортных закупок белковых компонентов за счет ускоренного развития кормовой базы животноводства на основе внедрения и использования высокобелковых культур.

В структуре кормовой базы животных процент содержания бобовых в зернофураже составляет немногим больше 2%, остальное приходится на долю зерновых (В.И. Зотиков, В.М. Косолапов, В.М. Лукомец, 2008). В результате на первое место встает вопрос о дефиците и воспроизводстве качественных высокобелковых кормов, без наличия которых прирост и продуктивность поголовья невозможны (В. Федоренко, 2005).

Основное достоинство зернобобовых культур - высокое содержание в них белка (J.Burstin, G.Duc, 2007). В зерне и зеленой массе различных зерновых бобовых культур может содержаться от 20 - 50 % белка высокого качества (Г.С. Посыпанов, В.Е. Долгодворов, Б.Х Жеруков и др., 2006; C.B. Бобков, О.В. Уварова, 2010). Поэтому наиболее важная роль в решении проблемы растительного белка несомненно, принадлежит растениям бобовых, в России они являются основными источниками производства высокобелкового зерна.

В семенах бобовых содержится в 1,5-3,0 раза больше белка в сравнении с зерновыми злаковыми культурами. Кроме того растительный белок бобовых растений значительно превосходит белок злаковых культур по переваримости и улучшает использование животными кормов других низкобелковых культур (Ю.К.Новоселов, 1972).

Не менее значимым является потребление белка для человека, необходимость белка в сутки составляет около 100 г. В России этот показатель составляет 55 - 70 г, что значительно меньше показателей развитых стран мира (В.В. Федорин, 1972; Г.С. Посыпанов, 1989; В.И. Зотиков, В.В. Карпачев, В.М. Косолапов, и др., 2009). Причем человек должен потреблять белок полноценный по питательности, сбалансированный по аминокислотному составу. Полноценность белка приближает белок растительный к белку животному, и тем самым уменьшается нагрузка на продукты животного происхождения в питании человека. Кроме того из-за недостатка белка в пище человека происходит дисбаланс, как отдельных систем, так и всего организма в целом (P.C. Литвинюк, 1989; Г.С. Посыпанов, 1989).

Биологическая ценность кормовых белков в основном определяется качественным составом основных незаменимых аминокислот, к которым относится аргинин, гистидин, лизин, лейцин, изолейцин, валин, метионин, треонин, фенилаланин и триптофан. Белки зернобобовых культур в основном состоят из водорастворимых фракций (альбуминов и глобулинов). По содержанию суммы незаменимых аминокислот в единице веса первое место занимает соя, затем люпин, кормовые бобы. При этом состав аминокислот в белке бобовых находятся в сбалансированных количествах необходимых для нор-,-' мального развития основных жизненных процессов в организме человека и животных. Кроме этого зернобобовые культуры в сумме дают наибольший выход аминокислот с гектара посевов. (В.В. Федорин, 1972; A.C. Митрофанов, 1972; H.H. Бабич., В.О. Степанцов, 1996; A.J.M. Jansman, 1996).

В настоящее время из целого блока бобовых культур горох в посевных площадях занимает основное место. Предпочтение этой культуре перед другими видами бобовых отдается в большей степени из-за важного продовольственного значения и скороспелости, что позволяет ее возделывать в качестве предшественника озимых, тем самым происходит насыщение и увеличение продуктивности севооборотов. Горох культура универсальная в плане

возделывания и использования на пищевые и кормовые цели. Благодаря

7

большому вниманию селекционеров к гороху созданы сорта, обладающие высокой пластичностью приспособленные к возделыванию в различных поч-венно-климатических зонах страны. Кроме того возделываемые сорта гороха могут содержать в семенах до 26 % качественного белка, при урожайности более 4 т/га (М.В. Кашукоев, Х.А. Гажев, 2006; В.И. Морозов, М.И. Подсева-лов, A.A. Асмус, 2007; В.И. Зотиков, В.М. Косолапов, В.М. Лукомец, 2008; П.М. Хлопюк, М.С. Хлопюк, 2008; В.И. Зотиков, В.В. Карпачев, В.М. Косолапов, и др., 2009). Благодаря перечисленным достоинствам горох на протяжении многих лет является основным звеном в решении проблемы воспроизводства и потребления растительного белка в Ульяновской области (A.B. Дозоров, 2003; В.А. Семенов, 2007).

Немалые площади, около 20 % от площади зернобобовых культур, отводятся под производство вики и вико-овсяной смеси на семена в Ульяновской области. Немалое распространение вика получила благодаря ряду достоинств которыми обладает горох, в том числе и такому важному показателю, как экологическая пластичность, но вика обладает одним существенным недостатком - сильная полегаемость культуры, что значительно затрудняет ее уборку (З.И. Глазкова, В.И. Зотиков, М.В. Титенок, 2012). В основном вику возделывают в смеси со злаковыми культурами, получая при этом сбалансированный по белку, высокопитательный корм для животных (К.В. Ливанов, H.H. Ельчанинова, В.Е. Ильмендеев, 1977). Однако не менее важным направлением является возделывание вики на семена (Н.П. Якименко, В.П. Пьяных, 1972; М.В. Серегин, 2007). При определенных условиях вика посевная способна сформировать достаточно высокую урожайность семян, более 2,5 т/га и обеспечить стабильный выход полноценного белка с единицы площади (А.Г. Трошин, 1972; Л.Н. Гнетиева, 1972).

Назрела необходимость в расширении набора возделываемых видов бобовых. Причина этому снижение излишних трудностей при уборочных и других полевых работах, а также резких колебаний валовых сборов по годам

(В.А. Семенов, 2007; В.Г. Васин, A.B. Васин, 2008; М.А. Вишнякова, 2008; C.B. Серегин, В.Н. Золотарев, 2008).

Для увеличения производства полноценного бобового белка и насыщения почвы биологическим азотом, в условиях Пензенской области, возникла необходимость расширения видового, по биологическим особенностям, разнообразия зернобобовых культур. Альтернативными вариантами, традиционной культуре Среднего Поволжья - гороху, представлены кормовые бобы, соя, люпин и чечевица (Е.В. Заинчиковская, 2009).

Проблемой расширения видового разнообразия культур семейства бобовых в севооборотах занимаются многие ученые. Например, из-за трудностей в уборке и повреждений брухусом посевы гороха в Центральном Черноземье резко сократились. В связи с этим актуальной и важной задачей является изучение перспективных, в сравнении с традиционными, зернобобовых культур в условиях северной части Центрального Черноземья (В. Федотов, О. Столяров, 2004).

Из-за ряда причин вследствие несовершенства структуры посевных площадей, а также низкой оснащенности материально - технической базы, значительно сократились посевные площади зернобобовых культур в Самарской области. Учеными Самарской ГСХА были отмечены серьезные изменения климатических условий региона. Поэтому назрел вопрос создания разумного, с научной точки зрения, набора бобовых культур адаптированных под местные условия (A.B. Васин, 2006; Ю.А. Александров, 2009).

В качестве альтернативной культуры, наряду с горохом и викой, при

размещении в занятом пару можно отметить люпин узколистный. Во-первых,

люпин имеет неполегающий стебель, во-вторых, не сильно требователен к

плодородию почв и совершенно не нуждается в азотных удобрениях. Эту

культуру возделывают в качестве сидерата, при этом значительно улучшая

плодородие бедных песчаных почв (Н.В. Новик, 2009). Среди зернобобовых

культур люпин является наилучшим азотфиксатором, при благоприятных

почвенно-климатических условиях размер азотфиксации может достигать

9

300 кг/га. Кроме того люпин обладает фосфатмобилизующей способностью и другими средоулучшающими свойствами (И.П. Такунов, 1996; М.А. Яковлев, 2001; И.П. Такунов, Т.Н. Слесарева, С.Н. Кузюков, 2008; А.Г. Васильчиков, В.М. Новиков, 2012). Большой вклад в увеличении выхода растительного белка с единицы площади могут внести смешанные посевы люпина узколистного в смеси со злаковыми культурами (Ф.Ф. Юхимчук, В.М. Бурлачук, 1971; Т.Н. Слесарева, 2008; Т.Ф. Персикова, H.J1. Почтовая, 2010). Не менее важный интерес представляет выращивание люпина узколистного на семена. Урожайность в благоприятные годы достигает 2,0 - 3,0 т/га, при содержании белка в зерне от 30 - 40 % и более (Г.Г. Гатаулина, 1991, Н.В. Новик, Б.С. Лихачев, 2008; Л.И. Пимохова, Т.В. Яговенко, Б.С. Лихачев, 2008). По содержанию суммы незаменимых аминокислот в белке люпин незначительно уступает только сое и практически в два раза превосходит горох (A.C. Митрофанов, 1972).

Во многих странах с развитым животноводством проблему белка решают за счет расширения площадей под соей (Карл Бокхольт, 2012),. Особенно высокими темпами наращивают производство сои в США, где ее посевы за последние 50 лет увеличились в 20 раз, а производство соевого зерна составляет 50 % от мирового сбора (A.A. Фадеев, М.Ф. Фадеева, Л.В. Во- , робьева, 2008). За последнее десятилетие значительно возрос интерес на производство семян сои в России, в частности, статистические данные по Ульяновской области за последних несколько лет показывают, что в 2005 году посевная площадь сои составила 2,1 тыс. га, а уже к 2010 году площадь возросла до 18,8 тыс. га, практически в десять раз. Главное достоинство и отличие сои от других зернобобовых культур - высокое содержание белка в семенах от 28 до 52 % (Г.С. Посыпанов, 2007; Л.А. Луцепнко, 2008; В.Н. Зайцев, А.И. Зайцева, В.И. Мазалов, 2008; П.И. Голенков, И.Я. Моисеенко, 2009). Причем соевый белок наиболее полноценный, сбалансированный по аминокислотному составу. В этом она значительно превосходит другие растения этого семейства. Благодаря уникальному химическому составу зерна, соя завоевала

Ю

место практически во всех нишах пищевой промышленности. Кроме того сою рекомендуют использовать для диетического питания больных сахарным ди