Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Сотовая специфичность вики посевной по активности симбиотической азотфикации, урожайности и белковой продуктивности

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Кривцов, Илья Иванович, Москва

Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева

На правах рукописи

Кривцов Илья Иванович «Сортовая специфичность вики посевной по активности симбиотической азотфиксации, урожайности и белковой продуктивности.»

Специальность - 06.01.09 - растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных

наук.

Научный руководитель: Доктор с/х наук, профессор Храмой Виктор Кириллович

МОСКВА - 1999 г.

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

ГЛАВА 1. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ВИКИ ПОСЕВНОЙ....................................................................5

1.1. Использование и народнохозяйственное значение вики...........................................5

1.2. Морфологические признаки культуры............................................................................8

1.3. Сортовое разнообразие вики посевной.........................................................................10

1.4. Требования вики посевной к факторам внешней среды...........................................12

1.5. Симбиотическая фиксация азота воздуха..................................................................16

1.6. Методы определения размеров азотфиксации............................................................20

1.7. Особенности агротехники вики посевной..................................................................21

Заключение................................................................................................................................23

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕСТО, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА......................................25

ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................................................25

Методы исследований............................................................................................................30

ГЛАВА 3. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ МЕЖФАЗНЫХ ПЕРИОДОВ И СУММА АКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР.............................................................................................................................................32

Заключение................................................................................................................................37

ГЛАВА 4. СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СОРТОТИПОВ...............................39

ВИКИ ПОСЕВНОЙ......................................................................................................................39

4.1. Формирование симбиотического аппарата................................................................39

4.2. Усвоение азота воздуха сортами вики посевной......................................................44

Заключение................................................................................................................................47

ГЛАВА 5. ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОРТОТИПОВ ВИКИ ПОСЕВНОЙ.......................................................................................................49

5.1. Фотосинтетическая деятельность................................................................................49

5.2. Семенная продуктивность и структура урожая..........................................................55

Заключение................................................................................................................................58

ГЛАВА 6. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ СОРТАМИ ВИКИ ПОСЕВНОЙ..................................................................................................................................................61

Заключение................................................................................................................................70

ГЛАВА 7. БЕЛКОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ СОРТОТИПОВ............................................72

ВИКИ ПОСЕВНОЙ.......................................................................................................................72

Заключение................................................................................................................................78

ГЛАВА 8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................................................80

8.1. Энергетическая оценка сортов вики посевной...........................................................80

при возделывании на семена..................................................................................................80

8.2. Производственная проверка результатов исследований..........................................82

Заключение................................................................................................................................83

ВЫВОДЫ.........................................................................................................................................84

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ......................................................................................87

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................88

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................................106 -128

ВВЕДЕНИЕ

Вика посевная является важной кормовой культурой Нечерноземной зоны. В настоящее время ведется интенсивная селекция вики посевной на создание скороспелых сортов зернового и универсального направления с высоким содержанием белка в зеленой массе, семенах и с комплексной устойчивостью к болезням. За последние десятилетия селекционными центрами страны создано более сорока сортов вики, отличающихся по скороспелости, темпами роста, продуктивностью, устойчивостью к болезням (Дебелый и др., 1989; Измалков, 1989; Куценко, 1982; Муратова, 1979; Сидорчук, 1993; Тюрин, 1990). Каждый из этих сортов соответствует конкретным агроклиматическим условиям и целям возделывания. Для успешного возделывания их в производстве необходимо обосновать критерии подбора сортов к конкретным почвенно-климатическим условиям региона. Важным свойством вики является ее способность усваивать азот воздуха. К сожалению, селекция на усиление азотофиксации практически не производится. Поэтому особое значение приобретает оценка сортов по формированию симбиотического аппарата и усвоению ими азота воздуха, что позволяет впоследствии выделить формы, обладающие повышенной азотофиксацией и использовать их в селекционной работе.

Нашими исследованиями впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны определены динамика формирования симбиотического аппарата и размеры усвоения азота воздуха сортами трех групп скороспелости, изучена динамика накопления биомассы и формирования семян в зависимости от генотипа сорта и агроклиматических условий. Показано, что в условиях супесчаных почв Калужской области максимальное накопление биомассы и сырого белка имеют среднеспелые и

позднеспелые сорта, а наиболее семеноводство обеспечивают раннеспелые и среднеспелые сорта вики посевной. Накопление сырого белка в биомассе достигает 12-13 ц/га, урожай семян 20 - 23 ц/га.

Тема диссертационной работы входит в проблему "Биологический азот". В процессе экспериментальной работы и подготовки диссертации методическую помощь оказывал доктор с/х наук, профессор Посыпанов Г. С.

В решении отдельных вопросов принимали участие студенты КФ МСХА: Лазутин В., Снетков В., Джараев Н., за что выражаю им искреннюю благодарность.

Глава 1. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ВИКИ

ПОСЕВНОЙ

1.1. Использование и народнохозяйственное значение вики

В настоящее время вика посевная используется исключительно как кормовое растение, хотя имеются сведения, что на заре земледелия она употреблялась в пищу (Леокене, 1980). Возделывается она преимущественно для получения зеленой массы; из нее приготавливают сено, сенаж, силос, витаминную травяную муку, брикеты, гранулы (Митрофанов, 1950, 1969, 1970; Митрофанов, Рожков, 1961; Рогов, 1976). В последнее время вика стала использоваться в качестве зернофуражной культуры (Дебелый и др., 1985; Рыбникова, 1989; Репьев, Макаров, 1989; Храмой, 1995, Рогов и др., 1990). Мировая площадь посевов вики на семена составляет около 2 млн. га, из них около 1,0 млн. приходится на Россию (Леокене, 1980; Эдберг и др., 1981; Наумкина, Грядунова, 1990).

Зеленая масса вики имеет высокие кормовые достоинства: в ней содержится в пересчете на сухое вещество сырого белка 17,1-23,3%, жира 2,8%, БЭВ 37,4%, клетчатки 36,5%, золы 6,6% (Алтунин и др., 1986; Калинина и др., 1981; Куценко, 1982; Лукина, 1986). В 1 кг викового сена в среднем содержится 0,47 корм, ед., 123 г сырого или 82 г переваримого белка, что значительно больше, чем в клеверном сене (Дебелый и др., 1985). В состав белка входят все незаменимые аминокислоты; особенно велико содержание лизина - 7,2-8,8 г на 1 кг сухого вещества, или 5,7% от сырого белка, а также метионина - до 2,5 г/кг (Вавилов, Посыпанов, 1983; Репьев и др., 1983; Лукина, 1989). Белок представлен в основном легкорастворимыми фракциями, благодаря чему он легко усваивается организмом животных (Темина, 1970, 1975). На 1 корм. ед. в зеленой массе приходится в зависимости от фазы уборки 135-224 мг каротина и 170-182 г белка (Рогов, 1976; Боднар, Лавриненко, 1977). В семенах вики содержится 26-30%) сырого белка (Чмелева и др., 1984; Тюрин, Ившин, 1991). Имеются сорта с содержанием белка 34-37% (Репьев, 1988).

Основным фактором, ограничивающим использование семян вики на фуражные цели, является содержание в них токсичного цианогенного глюкозида вицилина, при гидролизе которого освобождается синильная кислота. У сорта Льговская 31/292 может накапливаться до 8-9 мг синильной кислоты на 100 г семян (Репьев, Бенкен, 1989 г.). Благодаря целенаправленной селекции в последнее время созданы сорта и исходные селекционные материалы с низким содержанием вицианина - 1,8 мг на 100 г семян. К таким формам относятся сорта Белоцерковская 199, Южноуральская 153, Белоцерковская 287/38 (Чмелёва и др., 1987). В ВИРе получены низкоцианистые линии вики методом химического мутагенеза (Репьев, Бенкен, 1989). На базе этих генотипов создаются новые сорта с низким содержанием вицилина.

На кормовые цели вика возделывается преимущественно в смеси с овсом, так как она имеет сильно полегающий стебель. Вико-овсяная смесь широко используется в зеленом конвейере, поскольку ее зеленая масса долго не грубеет, сохраняет высокую облиственность, и скашивать ее можно в течение длительного времени - от фазы бутонизации до начала созревания семян (Митрофанов, 1961; Кукреш, 1970, 1971; Окнина, 1974; Храмой^рйвцо^ 199*|). На сено ее убирают в фазе образования бобов, а на сенаж и силос - в период налива семян, когда увеличивается содержание Сахаров (Колесников, 1975; Дебелый и др., 1985).

Урожай зеленой массы вики и вико-овсяной смеси составляет в оптимальных условиях 300-500 ц/га (Шевченко, 1997; Илчева и др., 1988; Репьев, 1988). Урожай семян вики в чистом виде достигает 20-40 ц/га (Петков, 1975; Васянин, 1980, 1987; Репьев, Бенкен, 1989; Петухов, 1989). Средний урожай семян вики по данным ФАО составляет 8-13 ц/га (Эдберг и др., 1981).

Большое значение имеет вика как предшественник. При возделывании в занятом пару она является прекрасным предшественником для озимых зерновых. Кормовые посевы вики с овсом при ранней уборке являются хорошей покровной культурой для многолетних трав. Используется вика и в повторных посевах (Орлов и др., 1986; Храмой и др., 1992).

Ценность вики как предшественника определяется способностью усваивать азот воздуха в симбиозе с клубеньковыми бактериями, благодаря чему она меньше обедняет почву азотом. Усвоение азота воздуха колеблется в зависимости от условий выращивания от 12 кг/га до 200 кг/га (Храмой, 1990; Петухов, 1990, 1992, 1996). В пожнивно-корневых остатках вико-овсяной смеси содержится 30-60 кг/га азота (Карягин, 1968; Трошин, 1972; Strommer, 1991), благодаря чему зерновые после нее дают прибавку урожая 3-5 ц/га.

1.2. Морфологические признаки культуры

Вика посевная (Vicia sativa L.) относится к семейству бобовых (Leguminosae Juss.), подсемейству мотыльковых (Papilionatae Taub.). Это однолетнее травянистое растение. Стебли сочные, ребристые, полегающие, длиной до 200 см. Листья парноперистые, заканчивающиеся разветвленными усиками. Листочки продолговато-ланцетные, цельнокрайние, в верхней части усеченные, средняя жилка выступает за край листа. Соцветия сидячие, с 1-3 цветками на короткой цветоножке. Цветки крупные, пурпурно-сиреневые, розовые или белые. Бобы линейные, до 8 см длиной, опушенные. Семена округло-сдавленные, угловатые, с хорошо заметным длинным рубчиком. Окраска семян от белой до черной, с рисунком или однотонная. Рисунок в виде пятнистости, мраморности или точечности. Масса 1000 семян 45-70 г (Леокене, 1964, 1966, 1978; Репьев, 1988; Репьев, Станкевич, 1989). Корень у вики стержневой, с большим количеством мелких, сильно разветвленных корешков. Основная масса корней (80%) располагается в пахотном слое (Митрофанов, 1961; Юрина, 1969).

У вики посевной выделяют 10 разновидностей. Определение разновидностей проводится по следующим признакам: окраска венчика, окраска семян, рисунок на семенах. Подлинность сорта и сортовую чистоту определяют дважды: во время полного цветения и перед уборкой (Репьев, 1988). В настоящее время нет единой внутривидовой классификации вики посевной, которая была бы принята во всех странах. В России получила распространение классификация, предложенная С.И.Репьевым и А.К.Станкевичем (1989), согласно которой выделяется 10 разновидностей в пределах 2 подвидов и 12 форм.

При прорастании семян вики семядоли на поверхность не выносятся, на поверхности сразу появляется стебелек. Верхушечная почка разворачивается двумя первыми сложноперистыми листьями, и каждый лист имеет одну пару листочков (Коренев, Костромитин, 1975). Через каждые 2-3 дня формируется новая пара сложноперистых листьев с большим количеством листочков. Через 8-12 дней начинается ветвление. В фазе массового стеблевания рост главного стебля прекращается, он отмирает и начинается активный рост боковых побегов (Храмой и др., 1992). До начала бутонизации прирост стебля идет медленно - 1,5 см в сутки. В период цветения-начала образования бобов темпы прироста достигают максимума и составляют 4-10 см в сутки (Кукреш, 1989, 1991; Храмой и др., 1992). Длина стебля достигает 120-150 см и более (Куценко, 1971, 1982; Рыбникова, 1985, 1989). Накопление биомассы продолжается до начала созревания семян в нижнем ярусе. Масса корней возрастает до фазы образования бобов.

Вика посевная относится к самоопылителям. Оплодотворение завязи у нее происходит в закрытом цветке. В условиях жаркой и сухой погоды может происходить и перекрестное опыление (Макашова, 1973). Цветение очень растянуто. У раннеспелых сортов оно продолжается 15-20 дней, у позднеспелых - 30 дней и более. Число междоузлий до первого соцветия колеблется от 10 у раннеспелых до 16 у позднеспелых сортов (Рыбникова, 1989; Тюрин, Ившин, 1991). Созревание семян недружное, зависит от погодных условий и генотипа сорта. Продолжительность вегетационного периода от всходов до полной спелости у разных сортов колеблется от 60 до 120 дней (Леокене, Тимофеев, 1972; Леокене, 1978). При этом на продолжительность вегетационного периода большое влияние оказывают погодные условия в период цветение-созревание. В прохладную и влажную погоду период созревания удлиняется (Дебелый и др., 1989).

1.3. Сортовое разнообразие вики посевной

Вика посевная отличается высокой пластичностью, благодаря чему она занимает очень широкий ареал (Быков, Гаврикова, 1976). До середины 20-го века возделывались в основном местные сорта вики посевной. В настоящее время районировано более 60 сортов вики (Куценко, 1971, 1975, 1982; Муратова, 1979; Сидорчук, 1979, 1993; Васянин, 1980; Дебелый и др., 1985; Тюрин, Новоселова, 1990; Середа, 1989, 1991). С.И.Репьев (1988) разделил все сорта на 3 группы по характеру роста:

I - сорта с медленным ростом до цветения и интенсивным продолжительным от цветения до созревания - позднеспелые;

II - сорта с равномерным ростом со второй декады после всходов - ранне- и среднеспелые;

III - сорта с быстрым темпом роста до цветения и резким прекращением его после образования первых бобов - ультраскороспелые.

Для возделывания в Нечерноземной зоне наиболее пригодными считаются сорта второй и третьей группы.

К первой группе относятся сорта Льговская 31/292, Льговская 28, Льговская 65, Красноуфимская 49, Белоцерковская 66, Узуновская 83 (Дебелый и др., 1989; Куценко, 1982; Сидорчук, 1993).

Ко второй группе можно отнести сорта Орловская 84, Лос-5, Луговская 85, Луговская 83, Немчиновская 84 (Муратова, 1989; Измалков, 1989; Тюрин, 1990).

К группе ультраскороспелых относятся сорта Немчиновская 72, Чувашская ультраскороспелая и скороспелые линии 3952 мутант, 1170 мутант, 299, 329, полученные во ВНИИ ЦРНЗ, и Л-151, 152, 177, 178, полученные в ВИРе (Калинина и др., 1981; Дебелый и др., 1989; Репьев, Макаров 1989).

А.А.Митрофанов и М.М.Рожков (1961) выделяют следующие группы сортов по продолжительности вегетационного периода (всходы-полная спелость): раннеспелые - 80...100 дней; среднеспелые - 100...110 дней; позднеспелые - 110... 120 дней.

По мнению В.И.Измалкова (1977), более стабильным показателем при определении скороспелости сорта или формы является продолжительность периода всходы-цветение, так как он более стабилен и мало зависит от погодных условий. Продолжительность периода цветение-созревание в большей степени зависит от погодных условий и определяет продуктивность сорта или формы.

На продолжительность вегетационного периода оказывает большое влияние температурный режим (Karjalainen, Körtet, 1987; Кукреш, 1991). При повышении температуры воздуха продолжительность вегетационного периода уменьшается.

В настоящее время ведется интенсивная селекционная работа по созданию высокопродуктивных скороспелых сортов вики. Для этого в гибридизации используются среднеранние и ультраскороспелые формы с периодом до цветения 25-46 дней и от цветения до созревания 42-50 дней из анатолийской, кавказской и южноевропейской эколого-географических групп (Дебелый и др., 1989).

Другим приоритетным направлением является создание сортов зернового и универсального направления (Середа, 1989). Исходным материалом служат формы с высоким количеством бобов, семян и массой 1000 семян. По крупности семян выде