Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условиях лесостепи ЦЧР

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условиях лесостепи ЦЧР"

На правах рукописи

ТАРАСОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ И БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РАСТЕНИЙ РОДА АМАКАГЧТНив Ь. В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ДЧР

06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 мдр гш

РАМОНЬ - 2012

005011278

005011278

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Воронежский государственный arpa ный университет имени К.Д. Глинки» и ФГОУ ВПО «Елецкий государстве ный университет имени И.А.Бунина»

Научный руководитель: доктор биологических наук

Никулин Анатолий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Боронтов Олег Константинович

кандидат сельскохозяйственных наук Слукин Алексей Серафимович

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и

статут кормов имени В. Р. Вильямса» Россельхозакадемии

Защита состоится «16» марта 2012 года в 13-30 часов на заседании ди сертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учрежден!-«Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имеь A.JI. Мазлумова» Россельхозакадемии по адресу: 396030, Воронежская о ласть, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26;

E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиоте ГНУ ВНИИСС.

Приглашаем Вас принять участие в заседании совета или прислать отзь на автореферат в двух экземплярах, подписанный и заверенный печатью учр ждения, по указанному выше адресу на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан и размещен на сайте www.gnuvniiss.narod.ru «8» Февраля 2012 г.. на сайте ВАК Минобрнауки РФ www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

О.И. Стогниенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России производство высо-качественных продуктов питания в достаточном количестве, как для людей, к и для системы животноводства является одной из важнейших проблем. В язи с этим особую актуальность имеют поиски и изучение новых, нетради-онных высокопродуктивных и высокобелковых растений с целью дальней-его внедрения в сельскохозяйственное производство. В настоящее время ос-вную массу пищевого белка дают растения, поэтому перспективы решения лковой проблемы связаны, прежде всего, с увеличением его массы, сбаланси-ванного по количеству незаменимых аминокислот. Одним из таких растений жет быть амарант.

Ранее проведенные исследования по ЦЧР (Лященко Г.А., 2007; уруа A.B., 2007; Мирошниченко Л.А., 2008) были направлены на изучение' ртов зернового амаранта.

Недостаточная изученность биологии, физиологии и агротехники видово-разнообразия растений рода Amaranthus L., сдерживает освоение сельскохо-йственным производством этой ценной кормовой культуры в условиях ЦЧР.

Решению этих вопросов и посвящена данная работа, тема которой являет-достаточно актуальной. Полученные результаты научных исследований, оведенные в ЦЧР, являются основой для расширения и применения этой льтуры.

Цель исследований - определить агротехнические и биоэкологические обенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условиях лесостепи Р, выявить высокопродуктивные и адаптивные виды.

Задачи исследований:

1. Установить влияние отдельных элементов технологии возделывания оки посева, глубина заделки семян, популяционная плотность) на рост и раз-тие растений амаранта.

2. Определить проявления биоморфологических показателей и устойчи-сть растений рода Amaranthus к неблагоприятным условиям внешней среды и явить наиболее адаптивные виды.

3. Выявить особенности прорастания семян амаранта в различных темпера-ных условиях.

4. Дать биоэнергетическую оценку видов.

Научная новизна исследований. Впервые в ЦЧР дана ботаническая ха-теристика 8 видов и 3 кормовых форм амаранта: A. mangostanus (К-149), cruentus (К-154), A.gigantes (К-179), A. edulis (К-27), A. hypochondriacus -61), A. viridis (К-79), A. groenbladig (К-80), A. caudatus (К-169), кормовые рмы (К-143, К-22 и К-203). Исследованы физиологические особенности ыуры, обуславливающие устойчивость к неблагоприятным факторам внеш" среды.

з

В условиях лесостепи ЦЧР определены оптимальные сроки посева (д зерновых видов - II декада мая; для кормовых и овощных - с II декады мая по декаду июня), глубина заделки семян (1,0 - 1,5 см) и густота стояния растени (100 - 150 тыс. шт./га).

Проведена биоэнергетическая оценка 8 видов и 3 форм амаранта и агр технических приемов возделывания в зависимости от характера использовани

Практическая значимость работы. Установлено, что в ЦЧР возмож возделывать различные виды Amaranthus L. (A. mangostanus, A. cruenta A.gigantes, A. edulis, A. hypochondriacus, A. viridis, A. groenbladig, A. caudatu кормовые формы) различного характера использования: зернового, кормового овощного.

Посев семян амаранта во второй декаде мая при температуре почвы 10 12 0 С на глубину 1 - 1,5 см при густоте стояния растений обеспечивают пол чение высоких урожаев зеленной массы (до 50,6 т/га).

Выявлены наиболее устойчивые к неблагоприятным факторам внешн среды виды амаранта: наиболее жаростойкой оказалась кормовая форма (К-2 родом из Индии, а для выращивания на засоленных почвах подходят - A. groe bladig (К-80), кормовая форма (К-143), A. cruentas (К-154), A. edulis (К-2 A. hypochondriacus (К-61).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на н учно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов В ронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки (В ронеж, 2003 - 2005 гг.); научно-практической конференции преподавателей, пирантов и студентов Елецком государственном университете имени И.А. Б нина (Елец, 2007 г.); Международной научно-практической конференции туальные проблемы реализации аграрной политики в Центрально-Черноземн Регионе" (Елец, 2008 г.); научной сессии Российской академии естествознан (Москва, 2008 г.); III Международной научно-практической конференции "И новации и информационные технологии в образовании" (Липецк, 2010 г.).

По материалам исследований опубликовано 10 статей, в том числе работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Погодные условия лесостепи ЦЧР позволяют выращивать амарант различ го назначения (зерновой, овощной и кормовой), получать при этом достаточ высокую урожайность, как зеленой массы, так и семян.

2. Семена амаранта прорастают при температуре почвы 10-12 С на глубине 1,5 см. Оптимальный срок посева семян вторая декада мая. При достаточно в сокой влажности почвы высокие урожаи зеленной массы 28,9-50,6 т/га в за симости от вида можно получать и при позднем посеве в первой декаде ию Лучшая густота стояния растений 100-150 тыс./га в зависимости от назначен культуры позволяет получать высокие урожаи зеленой массы при высоком честве корма до 44,6 т/га.

. Устойчивость различных видов амаранта к неблагоприятным факторам нешней среды обусловлена физиолого-биохимическими особенностями расте-ий и их происхождением.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 34 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и редложений производству. В работе содержится 25 таблиц, 9 рисунков. Спи-ок литературы включает 145 наименования, в том числе 23 иностранных. При-ожений - 14.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по изучению ботанической характеристики 8 видов ама-анта и 3 кормовых форм, физиологических особенностей и онтогенеза пролились на опытном участке Ботанического сада при ВГАУ имени .Д. Глинки. Тип почвы - чернозем выщелоченный среднемощный тяжелоглинистый, имеющий следующие агрохимические показатели: содержание муса в пахотном слое 4,3%, гидролитическая кислотность 2,0 мг-экв./100 г чвы, степень насыщенности почвы основаниями - 86,9 %; рНС0Л = 6,0, а держание подвижного фосфора и обменного калия составило соответ-венно 12,0 и 14,0 мг/100 г абсолютно сухой почвы.

Исследования по изучению влияния отдельных элементов технологии зделывания (сроки посева, глубина заделки семян, густота стояния растений) рост и развитие растений рода АтагапЛш Ь. проводились в 2004-2007 гг. на лях КФХ «Романов» Задонского района Липецкой области.

Основной фон почвенного покрова КФХ «Романов» представлен серыми сными почвами среднесуглинистого гранулометрического состава, которые еют следующую агрохимическую характеристику: содержание гумуса в па-тном слое - 6,0 %, гидролитическая кислотность 1,0 мг-экв./100 г почвы, сте-нь насыщенности почвы основаниями - 90 %; рНсал. = 6,8, а содержание под-жного фосфора и обменного калия составило соответственно 18,3 и ,2 мг/100 г абсолютно сухой почвы.

Чернозем выщелоченный и серая лесная почва являются типичными для состепи ЦЧР и пригодны для возделывания основных сельскохозяйственных льтур, а также подходят для выращивания новых нетрадиционных растений, ких как амарант.

Погодные условия в годы исследований были разнообразными, что по-олило дать объективную оценку полученным результатам исследований.

2004 год был неблагоприятным для растений рода АтагапЙшз Ь.. Перепа-I в обеспечении теплом и влагой оказали отрицательное влияние на развитие стений амаранта. Высота растений была почти вдвое ниже обычной.

2005 год был очень благоприятным для растений амаранта, несмотря на равномерное распределение осадков в течение вегетационного периода

(среднемноголетняя норма на период выпала за первые 3 месяца), но благода хорошей обеспеченности теплом показатели по урожайности превысили знач ния 2007 года.

Неравномерное распределение осадков в течение вегетационного перио; 2006 года (основная часть осадков выпала в июле - сентябре) не оказало знач! тельного влияния на развитие растений амаранта, так как они используют вла1 экономно. А хорошая обеспеченность теплом позволила получить высок! урожай зеленой массы.

Погодные условия 2007 года для растений амаранта были в целом благ приятными, что положительно сказалась на урожайности культуры. Среди температура за период с апреля по сентябрь 2007 года была близка к среди многолетним данным (+15,4°С), а количество осадков немного выше средне: (336 мм за период).

В среднем за 4 года исследований количество осадков выпавших в теч ние вегетационных периодов превысило среднемноголетний показатель для п риода вегетации амаранта (апрель - сентябрь) на 7,6 %. Средняя за 4 перио вегетации температура составила +16,0° С, что превышает среднемноголетню температуру данного периода на 1,1° С. Среднегодовые показатели отличают еще меньше.

Результаты сравнения данных метеорологических наблюдений в го проведения опытов со среднемноголетними показателями позволяют сдела вывод о типичности погодных условий для данной климатической зоны.

В качестве объекта исследований служили виды и формы амаранта р личного географического происхождения и разной репродукции (табл. 1).

Таблица 1 - Список образцов используемых в исследованиях

№ п/п Название образца № каталога ВИР Происхождение Место репродукции

1. А. mangostanus К-149 Танзания Пушкин

2. А. cruentus К-154 США МКП

3. A.gigantes К-179 Венгрия Крым

4. А. edulis К-27 Аргентина Пушкин

5. А. hypochondriacus К-61 США МКП

6. А. viridis К-79 Вьетнам Крым

7. А. groenbladig К-80 Нидерланды вое

8. А. caudatus К-169 Боливия Сухуми

9. Кормовая форма К-143 Бангладеш Пушкин

10. Кормовая форма К-22 Индия УзНИИР

11. Кормовая форма К-203 Лаос Пушкин

б

Программа исследований включала в себя:

Опыт 1. Изучение ботанической характеристики различных видов и орм амаранта, исследование их физиологических особенностей и онтогенеза. сследования проводили на мелкоделяночных опытах.

Опыт 2. Особенности прорастания семян амаранта в различных темпе-атурных условиях изучались в четырех диапазонах температур: 2 - 4°С, 10 -2 С, 25 - 30 С и 35 - 40 С в четырехкратной повторное™.

Опыт 3. Изучение отдельных агротехнических приемов (сроки посева, убина заделки семян, густота стояния растений) на рост и развитие расте-ий рода Amaranthus L.

3.1. Влияние сроков определялось при раннем (III декада апреля), сред-ем (П декада мая) и позднем (I декада июня) посеве семян.

3.2. Глубина посева изучалась при заделке семян на 0,5 см, 1,0 см, 1,5 см 2,0 см.

3.3. Влияние густоты стояния растений на рост и развитие амаранта опре-елялось при расположении 5 шт./м2 (50 тыс.шт./га), 10 шт./м2 (100 тыс.шт./га),

шт./м2 (150 тыс.шт./га) и >20 шт./м2 (>200 тыс.шт./га).

Техника закладки и проведения опытов проводилась согласно общепри-той методике полевого опыта (Доспехов, 1985).

Опыт 4. Изучение устойчивости растений рода Amaranthus L. к небла-приятным условиям внешней среды (засухоустойчивость, жаростойкость, леустойчивость).

4.1. Жаростойкость растений определялась в разные фазы развития ама-нта при температуре 40° С, 45° С, 50°С, 55°С, 60°С по методике Мацкова .Ф. (1976).

4.2. Солеустойчивость семян различных видов амаранта определялась пум их проращивания в солевых растворах с предварительно определенным для х уровнем осмотического давления, дифференцирующим образцы на группы тойчивости к засолению (1,05%-й и 1,18-й растворы).

Наблюдения и учеты проводились по общепринятым методикам и Стам: фенологические наблюдения - по методике Государственного сорто-пытания сельскохозяйственных культур (1971); энергию прорастания и лабо-торную всхожесть семян амаранта определяли по ГОСТу 12038 - 85.; соле-тойчивость растений по методике ВНИИ растениеводства имени Н.И. Вави-ва (1989); жаростойкость видов по методу Ф.Ф. Мацкова (1976). Урожай учи-тался поделяночно. Надземная масса для анализов отбиралась со всеми орга-ми (стебли, листья, метелка) измельчалась и высушивалась до воздушно-хого состояния.

Статистическая обработка данных проводилась методом дисперсионного ализа (Доспехов Б.А, 1985; Моисейченко, 1996).

Биоэнергетическая эффективность возделывания видов рассчитывалась с пользованием компьютерной программы "Энергия".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ РОДА АМАЛАГЧТНШ Ь.

Сроки посева. Четырехлетнее исследование показало, что наступление последовательное прохождение всех фаз вегетации неодинаково как по вариан там, так и по характеру сельскохозяйственного использования растений (сред ние данные, табл. 2.).

Таблица 2 - Прохождение фаз развития амаранта, дни (среднее за 2004 2007 гг.)

Фазы Характер ис- Сроки посева амаранта

Поздний

развития пользования Ранний (III де- Средний (I декада

амаранта растении када апреля) (П декада мая) июня)

1 2 3 4 5

От посева до кормовой 22 12 6

всходов зерновой 20 14 7

овощной 23 12 5

От всходов до кормовой 14 12 4

1-2 пары н.л. зерновой 14 14 6

овощной 14 12 4

От 1-2 пары кормовой 16 12 8

н.л. до 3-4 па- зерновой 14 14 6

ры н.л. овощной 14 10 10

От 3-4 пары кормовой 18 16 12

н.л. до ветв- зерновой 18 18 10

ления побегов овощной 20 16 16

От ветвления кормовой 14 12 12

побегов до зерновой 14 14 14

выкидывания овощной 14 10 10

метелки

От выкидыва- кормовой 12 10 10

ния метелки зерновой 12 12 14

до цветения овощной 10 10 10

От цветения кормовой 40 40 40

до плодоно- зерновой 40 40 40

шения овощной 40 38 35

Растения раннего срока сева имеют больший временной период прохож-1ения полного жизненного цикла (132 - 136 дней в зависимости от характера [спользования вида), тогда как растения среднего и позднего - меньший (108 -126 и 90 - 97 дней соответственно).

За годы исследований установлено, что количество дней от посева до по-вления всходов также зависит от срока сева и характера использования. При аннем посеве фаза развития занимает 20 - 23 дня (в зависимости от вида), а ри среднем и позднем 12 - 14 и 5 - 7 дней, соответственно. При раннем сроке осева всходы появляются не дружные, в связи с тем, что почва еще не доста-очно прогрета. Средняя температура воздуха в этот период, за 4 года иссле-ований составила +7,8 С, тогда как минимальная температура, необходимая ля прорастания семян амаранта в лабораторных условиях составляет 10 - +12 С, в полевых условиях - +12 - +15° С.

Ранний срок сева приводит к зарастанию посевов сорняками. Видовой со-тав сорняков в агроценозе почти полностью представлен марью белой (Cheno-odium album) и щирицей запрокинутой (Amaranthus retroflexus).

Поэтому семена рекомендуется высевать, начиная со 2-й декады мая, кода установится стабильная теплая погода и почва прогреется до 12-15° С. Что <асается позднего срока сева (1-я декада июня), то всходы появляются уже че-ез 5-7 дней после посева. Однако нужно помнить, что для получения таких ре-ультатов посев должен производиться во влажную почву.

Основной рост растений различных видов амаранта происходит в момент т фазы ветвления побегов до фазы цветения (рис. 1).

Среднесуточный прирост растений от фазы 1-2 пары н.л. до ветвления юбегов составил: у кормовых видов на раннем сроке - 1,1 см, среднем - 1,6 см, озднем - 2,2 см; овощных видов - 0,3 см, 0,6 см, 0,9 см; зерновых видов -,2 см, 1,3 см, 1,6 см соответственно; от фазы ветвления побегов до цветения реднесуточный прирост составил: у кормовых видов на раннем сроке - 3,0 см, реднем - 4,4 см, позднем - 6,5 см; овощных видов - 1,4 см, 2,1 см, 2,9 см; зер-овых видов - 3,3 см, 4,5 см, 6,6 см соответственно.

После наступления фазы цветения рост растения замедляется, и растение ереходит в фазу репродуктивного развития.

В зависимости от погодных условий и срока посева, в значительной стегни изменялась продуктивность амаранта, о чем свидетельствуют данные таб-шцы 3.

Погодные условия в годы проведения исследований сложились неодно-начными, как по количеству выпавших осадков, так и по температурному ре-иму, что позволило в полевых условиях дать объективную оценку возделы-аемых видов по конкретным вариантам опыта.

а) кормовой

120

5 110

и 100

)Х 90

X £ 80

ь 70

и л 60

Си 50

л н 40

о 30

3 20

са 10

0

-г-

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 вегетационный период, дни

- ранний срок посева - средний срок посева —••• поздний срок посева

б) зерновой

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

-У-

У

гт:

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 вегетационный период, дни

• * - ранний срок посева - «- средний срок посева —■ поздний срок посева

в) овощной

'У ■

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

вегетационный период, дни

• ■» - ранний срок посева - средний срок посева —- • поздний срок посева

Рис. 1. Динамика роста амаранта, среднее за 2004-2007 гг.

ю

Таблица 3 - Влияние сроков посева на формирование продуктивности астений, среднее за 2004-2007 гг.

Объект Сроки посева

исследований ранний средний поздний

К-22 15.0 37.5 49.5

3,7 9,3 12,2

К-27 12.0 37.1 40.2

3,0 9,2 10,0

К-61 10.4 23.7 28.9

2,6 5,9 7,2

К-79 10.0 17.3 30.9

2,5 4,3 7,7

К-80 10.3 18.8 32.6

2,6 4,7 8,1

К-143 25.7 42.4 48,7

6,4 10,5 12,1

К-149 10.2 17.0 28.6

2,5 4,2 7,1

К-154 18.0 36.1 40.5

4,5 9,0 10,0

К-169 19.0 37.9 44,3

4,7 9,4 11,0

К-179 29.2 44.2 50.6

7,2 11,0 12,6

К-203 21.1 41.0 47,0

5,6 10,2 11,7

СР05 0,9-1,1

Примечание: в числителе - зеленая масса в т/га, в знаменателе - сухое ещество в т/га.

При раннем сроке посева продуктивность амаранта не зависимо от вида и арактера использования ниже, чем при среднем и позднем. Так, лродуктив-юсть амаранта при раннем сроке посева у кормовых видов составила 0,3-29,2 т/га, зерновых - 10,4-19,0 т/га, овощных - 10,2 т/га, при среднем позднем у кормовых видов - 18,8-44,2 т/га и 32,6-50,6 т/га, зерновых -3,7-37,9 т/га и 28,9-44,3 т/га, овощных - 17,3 т/га и 28,6-30,9 т/га соответ-твенно.

Глубина заделки семян. При глубине заделки семян 0,5 см и 2 см, у ормовых видов всходы появляются через 9-11 и 12-18 дней соответственно, у ерновых-9-14 и 13-18 дней, у овощных-9-11 и 13-17 дней, при этом всходы е дружные; при глубине 1 см и 1,5 см всходы дружные и появляются у кормо-

11

вых видов через 10-13 и 11-16 дней соответственно, у зерновых - 11-16 и Р 16 дней, у овощных- 10-12 и 11-14 дней.

Растения некоторых видов амаранта при мелкой заделке семян (0,5 см полегают. Так, например, 20 июля 2004 г и 8 августа 2006 г наблюдалось пол гание растений таких видов как A. caudatus и A. gigantes при глубине заделк семян 0,5 см и 1 см. Растения в этот период находились в фазе цветения. Пр1 чиной полегания явился сильный ветер и дождь. А поскольку общая масса ко невой системы составляет 15 - 17 % от общего веса всего растения, все эт привело к тому, что при мелкой глубине заделки семян корневая система в koi це вегетационного периода не в состоянии поддерживать растение в вертикат ном положении, тем самым повышается вероятность полегания. Все это можс затруднить механическую уборку. Однако необходимо отметить, что растени при глубине заделки семян 1 см возвращаются в вертикальное положение чере 10-12 дней в зависимости от силы ветра и дождя, тогда как растения при боле мелкой заделке остаются полегшими вплоть до уборки урожая.

Таблица 4 - Продуктивность различных видов амаранта в зависимости о глубины заделки посева семян, среднее за 2004 - 2007 гг.

Объект исследований Глубина заделки посева семян

0,5 1,0 1,5 2,0

К-22 27,0 29,2 32,0 26,0

К-27 24,4 27,2 30,2 23,9

К-61 23,4 27,2 30,5 23,7

К-79 15,0 17,6 18,7 12,6

К-80 32,0 37,0 40,7 30,1

К-143 47,0 49,2 50,8 40,2

К-149 15,9 18,2 20,1 15,2

К-154 32,6 35,8 36,0 32,2

К-169 33,3 37,9 38,3 30,9

К-179 30,2 33,1 36,4 28,1

К-203 21,3 23,6 27,5 20,5

HCPos 1,2-2,2

Наибольшую продуктивность в среднем за четыре года из кормовых в дов имел К-143 (кормовая форма) 49,2 и 50,8 т/га при глубине заделки семя 1 и 1,5 см соответственно; из овощных - К-79 (А. viridis) и К-149 (A. mangost nus) имели практически одинаковую урожайность 17,6-18,7 и 18,2-20,1 т/гапр глубине заделки семян 1 и 1,5 см соответственно; из зерновых отличилис К-154 (A. cruentus) 35,8-36,0 т/га и К-169 (A. caudatus) 37,9-38,3 т/га при глуб не заделки семенного материала 1 и 1,5 см соответственно.

Густота стояния растений. В среднем за 4 года исследований наибольшую высоту растений перед уборкой из исследуемых образцов имел вид A. gigantes кормового назначения при следующей густоте стояния: 50 тыс.шт./га -I 197,0 см; 100 тыс.шт./га - 240,0 см; 150 тыс.шт./га - 236,2 см; >200 тыс.шт./га -136,7 см. Из зерновых видов наибольшую высоту 194, 2 см имели A. caudatus при 150 тыс.шт./га и A. edalis при 100 тыс.шт./га, а из овощных - A. viridis (102,8 см - при 100 тыс.шт./га).

Между высотой растений и урожайностью установлена высокая положительная связь, о чем свидетельствует коэффициент корреляции, который в зависимости от вида варьировал от 0,95 до 1,00.

В среднем за 4 года при популяционной плотности посевов 50 тыс.шт./га урожайность зеленной массы в зависимости от вида колебалась от 12,7 до 35,4 т/га. По мере повышения популяционной плотности растений урожайность амаранта возрастала и достигла оптимума при густоте стояния от 100 тыс.шт./га до 150 тыс.шт./га в зависимости от вида. При увеличении популяционной плотности растений >200 тыс.шт./га независимо от вида растений, урожайность заметно снизилась.

□ К-22 0К-27

□ К-61 ЕЭК-79 SK-80 Н К-143 0 К-149

□ К-154

■ К-169 0К-179

■ К-203

Рис. 2. Влияние популяционной плотности растений различных видов амаранта на урожайность, среднее за 2004 - 2007 гг.

Наибольшую урожайность зеленной массы (44,6 т/га) имел образец К-179 кормового характера использования при популяционной плотности 100 тыс.шт./га, тогда как минимальную урожайность имел образец К-149 (9,0 т/га) овощного характера использования при глубине заделки >200 тыс.шт./га.

ПРОЯВЛЕНИЕ БИОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ РОДА AMARANTHUS

К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ УСЛОВИЯМ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ И ВЫЯВЛЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ВИДОВ

Фенология растений. Для успешной интродукции видов амаранта важно изучение фенологии растений.

Согласно Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур были выделены 4 основные фазы развития для амаранта: вегетативная, бутонизации, цветения, плодоношения.

Фенологические наблюдения за амарантом проводились, придерживаясь основных положений методики Бейдемана (1954). Началом фазы считается период, когда в неё вступило 10-15% растений. Если в неё вступило 70-75% растений, фаза считается полной.

Продолжительность вегетационного периода в зависимости от вида амаранта, характера использования, погодных условий и других факторов составляет 90-136 дней.

Для амаранта на основе фенологических наблюдений были установлены следующие возрастные состояния:

I. Период покоя (латентный). Семена находятся в состоянии покоя.

II. Прегенеративный (виргинильный). В этот период растения находятся в различных возрастных состояниях: проростки (всходы); ювенильные; имматур-ные (прематурные); виргинильные (молодые вегетативные, взрослые вегетативные).

III. Генеративный.

IV. Постгенеративный (старческий, сенильный). Возрастные состояния особей - субсенильные (старые вегетативные) и сенильные.

На этапе всходов определяется всхожесть амаранта, причем полевая всхожесть, всегда намного ниже лабораторной, что определяется рядом причин. Одной из них является неравномерное созревание семян в метелках. Это приводит к тому, что при механической уборке не все семена имеют доразвивший-ся зародыш.

Всходы у амаранта мелкие, проростки с надземным прорастанием, две семядоли выносятся вверх, наружная сторона темно-зеленая, внутренняя -фиолетово-пурпурная. Форма семядолей - овально-ланцетовидная, гипокотиль - розово-фиолетового цвета. Появление всходов зависит от погодных условий, в основном от суммы положительных температур и влажности.

Ювенильное возрастное состояние растений у амаранта специфично, так как наблюдается скрытый рост. Спустя неделю - две после прорастания в зависимости от сроков посева, замедляется рост надземной части (стебель высотой 4,5 - 9,8 см в зависимости от вида растений) и в течение 3-4 недель происходит интенсивное развитие только корневой системы. Именно в этот период не-

обходима тщательная прополка молодых растений, иначе они будут заглушены сорняками, что в свою очередь скажется на продуктивности культуры.

Ювенильный период у амаранта в зависимости от вида и формы составляет 40 - 45 дней.

Пройдя успешно критический период роста и развития, наступает имма-турный этап, который характеризуется начинающимся ветвлением главного стебля, началом бурного вегетативного роста.

На вегетативном этапе вместе с ростом стебля начинается образование листовых формаций (низовой, серединной, верховой).

Начало генеративного этапа - появление метелок, начало бутонизации, четче проявляются морфологические различия листьев различных формаций, различный характер ветвления у разных видов и форм амаранта.

Ботаническая характеристика различных видов и форм амаранта. Амарант багряный, или метельчатый - Amaraníhus cruentas =А. paniculatus

Высота растений достигает 120-190 см. Листья удлинённо-яйцевидные с вытянутой верхушкой, буровато-красные. Цветки мелкие, кроваво - красные в прямостоячих метельчатых соцветиях.

Амарант печальный - Amaraníhus hypochondriacus. Высота растений может достигать до 150 см. Листья продолговато-ланцетные, заострённые зеленовато-пурпурные. Соцветия - вертикально стоящие, колосовидные метёлки пурпурного цвета.

Амарант хвостатый - Amaraníhus caudatus = Amaraníhus edulis. Высота растений этого вида достигает 150-200 см. Листья крупные, удлинённо-яйцевидные, зелёные или пурпурно-зелёные. Цветки мелкие малиновые.

По характеру использования все три вида амаранта относятся к зерновым, но могут использоваться и в кормовых целях, т.к. эти виды позволяют одновременно получать достаточное количество зерна и высокопитательной зеленой массы.

Amaraníhus gigantes. Высота растений составляет более 200 см. Листья черешчатые, крупные, продолговато-эллиптические. Соцветие - метёлка зелёного цвета, длина которой в зрелом состоянии достигает 90 см. Семена кремового цвета, блестящие.

Amaraníhus groenbladig. Растение однолетнее травянистое, высота которого может достигать 130 см. Стебли мощные, прямостоячие зеленого цвета. Листья зеленые, крупные, имеющие ланцетную форму. Цветки мелкие, желто-зеленого цвета, собранные в прямостоячее плотное соцветие метелка.

A.gigantes и A. groenbladig по характеру использования относятся к кормовым.

Кормовая форма. Растение этой формы однолетнее, достигающее высоты 190 см. Листья крупные, продолговато-эллиптические с длинными черешками, острые к верхушке. Соцветие - пышная метёлка, длиной 60 см. Для этой формы характерно срастание широко фасциированных ветвей соцветия.

Амарант трёхцветный - Amaranthus tricolor = Amaranthus mangostanus. Высота растений этого вида составляет 70-90 см. Стебли прямостоячие, образуют куст пирамидальной формы. Листья удлинённо-яйцевидные трёхцветной окраски (сочетание красного, жёлтого и зелёного цвета), особенно яркие в молодом возрасте.

Amaranthus viridis. Высота растений достигает до 100 см. Листья цельные, без прилистников, зелёного цвета. Цветки мелкие, актиноморфные, собранные в соцветие метёлка жёлто-зелёного цвета.

А. mangostanus и А. viridis относятся по характеру использования к овощным видам, но могут использоваться и как кормовые.

Поскольку рассматриваемые образцы имеют различный характер использования (зерновой, кормовой, овощной), возникает необходимость оценить посевные качества семян амаранта.

Таблица 5 - Посевные качества семян амаранта

Название образца № каталога ВИР Масса 1000 семян, г Энергия прорастания, % Лабораторная всхожесть, %

1 2 3 4 5

А. mangostanus К-149 1,38 91,8 97,6

A. cruentus К-154 0,86 98,7 99,8

A.gigantes К-179 1,16 87,0 99,5

A. edulis К-27 0,80 98,6 99,9

A. hypochondriacus К-61 1,20 97,9 99,6

A. viridis К-79 1,44 86,3 96,8

A. groenbladig К-80 1,08 89,0 99,7

A. caudatus К-169 0,74 96,9 99,8

Кормовая форма К-143 1,26 97,7 98,8

Кормовая форма К-22 1,40 95,4 99,6

Кормовая форма К-203 1,10 98,2 99,8

Масса 1000 семян составила от 0,74 г до 1,44 г в зависимости от вида растений, лабораторная всхожесть варьирует от 96,8 до 99,9%.

Диагностика устойчивости растений рода Атагап^ш Ь. Окружающая среда характеризуется разнообразным сочетанием условий для существования растений. Очень часто растения испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, которые при определенных условиях могут быть опасными для жизни или вызывать отклонения в ходе физиологических процессов. Растения вынуждены постоянно приспосабливаться к изменяющимся

сочетаниям факторов среды в различных климатических зонах и поддерживать относительно устойчивое равновесие физиологических процессов.

Из неблагоприятных факторов наиболее часто встречаются: почвенная и атмосферная засуха, высокая и низкая температура, избыток солей и недостаток кислорода в почве, действие вредных газов, пыли и тяжелых металлов в воздухе. Очень чувствительны растения к поселению различных паразитов и к действию токсинов, выделяемых патогенными микроорганизмами (Верзилина, 2003).

В лаборатории кафедры ботаники и физиологии растений ВГАУ имени К.Д. Глинки проводились исследования по определению жаростойкости листьев различных видов и форм амаранта по методу Ф.Ф. Мацкова. Данный метод определения жаростойкости растений основан на способности цитоплазмы клеток до некоторой степени, противостоять действию повышенной температуры.

Жароустойчивость изменяется в ходе онтогенеза. Так, наиболее чувствительны растения в молодом возрасте, в период появления всходов, так как в условиях стресса, прежде всего, повреждаются те звенья метаболизма, которые связаны с активным ростом. Затем по мере роста и развития устойчивость растений к стрессовым воздействиям постепенно возрастает вплоть до созревания семян. Однако необходимо отметить такой факт, что период цветения также является критическим, поскольку растения в это время высокочувствительны к стрессу и реагируют на действие стрессоров снижением продуктивности.

Наиболее жаростойким из исследуемых образцов оказался вид кормового назначения (К-22, родом из Индии), поскольку степень повреждения листьев в баллах при температуре 60° С в фазе плодоношения составило 0,5, а менее жаростойким - К-80 из Нидерландов (степень повреждения листьев составило 3 балла).

Установлено, что все виды амаранта засухоустойчивы, а некоторые из них способны переносить повышенные температуры в течение длительного периода.

Однако продолжительные засухи и повышенные температуры могут привести еще к одной проблеме - засолению почв.

Физиологические особенности амаранта, меняющиеся в онтогенезе растений и имеющие критический уровень в начальный период развития, определяют его устойчивость к засолению почв (Архипова, 1993; Бреус, 1994).

В связи с этим возникает необходимость изучения солеустойчивости растений амаранта, с целью выявления образцов, пригодных для возделывания в условиях повышенной минерализации почв (Никулин, Тарасова, 2007).

Оценку солеустойчивости образцов проводили в лабораторных условиях. В основу метода определения солеустойчивости растений по прорастанию семян в солевых растворах положен стандартный метод определения всхожести, в котором наряду с проращиванием семян на дистиллированной воде вводятся варианты параллельного проращивания их на солевых растворах (Удовиченко,

1988). Предварительно определялась всхожесть семян амаранта, которая должна быть не ниже 80 %.

Исследования характера изменения солеустойчивости растений показали, что солеустойчивость семян амаранта при уровне засоления 1,18% снизилась в 1,1-1,3 раза по сравнению с уровнем засоления 1,05%. Это обусловлено тем, что при накоплении солей в клетке семени происходят физиологические изменения, а именно повышение осмотического потенциала, изменение водного режима, приводящие к снижению активности гидролитических ферментов в перисперме, способствующих прорастанию семени. Наиболее устойчивым (солеустойчивость 82%) из исследуемых образцов оказался А. groenbladig (К-80). Такая высокая устойчивость вида объясняется тем, что его родиной является Нидерланды, где почвы отличаются высокой степенью засоленности.

Таким образом, различная устойчивость растений рода Amaranthus L., очевидно, является генетически обусловленным признаком, проявляющимся в организме при действии неблагоприятных факторов внешней среды.

ОСОБЕННОСТИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН АМАРАНТА В РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

Одной из основных предпосылок ростовых процессов является достаточное количество тепла. В лабораторных условиях установлены минимальный, оптимальный и максимальный уровни температуры, необходимой для прорастания семян (табл.6).

Установлено что семена при температуре +2 - +4°С не прорастают, ни через 3 суток, ни через 7 суток (табл. 6). Минимальная температура для прорастания семян амаранта составляет +10 - +12° С, всхожесть семян при такой температуре в зависимости от вида составляет 49 - 76 %. Максимальной температурой для прорастания семян является +35 - +40° С. Это связано с тем, что амарант является культурой тропического происхождения. Однако необходимо отметить, что семена при температуре +35 - +40° С имеют 100 % всхожесть, но длительное действие ее на рост растения приводит к тому, как показали дальнейшие исследования, что стебель становится слабым, вытягивается, а листья -тонкими, такие растения в поле полегают. Все это ведет к снижению урожайности. Оптимальной температурой для прорастания семян амаранта исследованных видов является +25 - +30° С (всхожесть семян - 97 - 100 % в зависимости от вида), именно при такой температуре среднесуточный прирост надземной части составляет 5 - 6 см в сутки, что приводит к формированию крупных растений с большим фотосинтетическим потенциалом, а следовательно к высокой продуктивности растений.

Таблица 6. - Влияние температурного режима на прорастание семян амаранта (средние данные)

№ образца каталога ВИР Энергия прорастания,% (на 3-й сутки) Всхожесть,% (на 7-е сутки)

и +25 ...+30° С +35 ...+40° С +2 ...+4°С +10 ...+12° С +25 ...+30° С +35 ...+40° С

1 2 3 4 5 6 7 8 9

к-149 0 43 92 99 0 49 98 100

к-154 0 50 100 100 0 55 100 100

к-179 0 49 97 100 0 52 100 100

к-27 0 66 100 100 0 76 100 100

к-61 0 52 100 100 0 58 100 100

к-79 0 40 90 98 0 46 97 100

к-80 0 62 100 100 0 72 100 100

к-169 0 47 97 100 0 54 100 100

к-143 0 51 99 100 0 58 100 100

к-22 0 63 95 99 0 73 99 100

к-203 0 54 98 100 0 66 100 100

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВИДОВ АМАРАНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Для интродуцируемых культур, новых видов и сортов сельскохозяйственных растений, новых технологических приемов или комплекса приемов, используемых в конкретных экологических условиях, требуется объективная оценка их преимуществ или недостатков. Такой объективной оценкой может быть определение энергетической эффективности возделывания культуры, сорта, применения технологического приема. Для этого необходимо учесть все энергозатраты на возделывание культуры или использование технологического приема и энергосодержание урожая, выявить степень окупаемости энергозатрат энергосодержанием урожая.

Биоэнергетическими выгодными из изучаемых оказались виды зернового характера использования - А. caudatus (К-169) и А. cruentus (К-154), т.к. коэффициент энергетической эффективности у этих видов составляет 6,3 и 6,0 соответственно; кормового - кормовая форма (К-143) с коэффициентом энергетической эффективности 7,3; овощного - А. viridis (К-79) и А. mangostanus (К-149), имеющие равный коэффициент энергетической эффективности 3,1.

Биоэнергетическая эффективность возделывания всех видов амаранта зависит от технологии возделывания, а именно от ее элементов: сроков посева, глубины заделки семян и густоты стояния растений.

Коэффициент энергетической эффективности зависит, в основном, от выхода энергии с урожаем основной продукции, так как затраты техногенной энергии по срокам посева и характеру использования изменяются незначительно (минимальные затраты - 11,4 при раннем посеве овощных видов, а максимальные - 12,7, при позднем сроке посева кормового амаранта). Поскольку оценка проводилась по выходу энергии с урожаем зеленой массы, то наиболее энергетически эффективным для всех видов оказался поздний срок посева; коэффициент энергетической эффективности у зерновых видов равен 6,3, у 'кормовых - 7,2, у овощных - 5,0.

В результате исследований было установлено, что коэффициент энергетической эффективности наибольший для растений всех видов амаранта при глубине заделки 1,0 - 1,5 см. У зерновых видов он составляет 5,3 и 5,4 при глубине заделки 1,0 и 1,5 см соответственно, у кормовых - 5,6 и 6,1, у овощных -3,1 и 3,4.

Минимальная энергетическая эффективность, при глубине заделки 2,0 см, связана с недружностью всходов, и следовательно, с уменьшением количества растений на 1 га (густота стояния) и урожайностью.

Энергетическая эффективность максимальна при популяционной плотности растений 100 тыс.шт./га. Коэффициент у зерновых видов равен - 5,5, у кормовых - 6,0, у овощных - 3,0. Незначительно коэффициент у всех видов снижается при плотности популяции растений равной 150 тыс.шт./га (зерновые - 5,3, кормовые - 5,9, овощные - 2,9). В связи с тем, что при густоте стояния > 200 тыс.шт./га урожайность, и следовательно, выход накопленной энергии с 1 га, значительно снижается, то коэффициент энергетической эффективности при этом становится очень низким и составляет у зерновых видов -2,5, у кормовых - 2,7, у овощных - 1,6.

ВЫВОДЫ

1. В результате исследований установлено, что почвенно-климатические и биоэкологические условия лесостепи ЦЧР позволяют выращивать амарант различного направления (зерновой, овощной и кормовой), получать при этом достаточно высокую урожайность, как зеленой массы, так и семян.

2. Наибольшую высоту среди зерновых видов амаранта имели растения А. саи-datus (К-169) (до 194,2 см) и A. edulis (К-27) (до 194,2 см), среди кормовых -A. gigantes (К-179) (до 240,0 см) и кормовая форма (К-203) (до 228,6 см). Овощные виды более низкорослы и имеют максимальную высоту около 1 м.

3. Минимальная температура для прорастания семян в лабораторных условиях составляет +10°... +12° С, в полевых - +12° ... +15° С. При этом семенам амаранта при поглощении воды, необходимо увеличить свою массу на 28-30 %.

4. Оптимальным сроком посева семян амаранта является вторая декада мая, когда почва прогреется на +12°... +15° С. Высокие урожаи зеленой массы можно

получать и при посеве в первой декаде июня, при достаточном увлажнении почвы. Наибольшая урожайность зеленой массы (в среднем за 4 года) при посеве во второй декаде мая составила 44,2 т/га, при посеве в первой декаде июня -50,6 т/га.

5. Семена амаранта необходимо сеять на глубину 1,0 - 1,5 см, так как при меньшей глубине заделки образующиеся растения сильно подвержены полеганию, а при большей - снижается всхожесть, что приводит к уменьшению урожайности на 5,0 - 7,0 т/га.

6. Оптимальной густотой стояния растений является 100-150 тыс. шт./га, которая обеспечивает получение высоких урожаев (до 44,6 т/га зеленой массы) при хорошем качестве. При увеличении или снижении плотности популяции растений урожайность заметно снижается.

7. Физиологические особенности амаранта как растения - С4 коррелируют с его засухоустойчивостью и жаростойкостью. Наиболее жаростойкой оказалась кормовая форма (К-22) родом из Индии (степень повреждения листьев при температуре 60° С составляет 0,5 балла).

8. Для выращивания на засоленных почвах наиболее подходят следующие виды: кормовые A. groenbladig (К-80), кормовая форма (К-143) и зерновые A. cruentus (К-154), A. edulis (К-27) и A. hypochondriacus (К-61).

9. Наиболее биоэнергетически эффективными зерновыми видами являются A. caudatus (К-169) и A. cruentus (К-154), имеющие коэффициент энергетической эффективности 6,3 и 6,0 соответственно. Из кормовых видов выделяются кормовая форма (К-143) и A. gigantes (К-179) с коэффициентом 7,3 и 6,8 соответственно. Овощные виды энергетически равнозначны и имеют коэффициент эффективности равный 3,1.

10. Максимальная биоэнергетическая эффективность возделывания изученных видов амаранта Amaranthus L. достигается при посеве во второй декаде - первой декаде июня на глубину заделки семян 1,0 - 1,5 см и плотности продуктивной популяции 100-150 тыс. растений/га.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

При возделывании амаранта в условиях лесостепи ЦЧР в зависимости от характера хозяйственного использования целесообразно высевать семена со второй декады мая (зерновой, кормовой, овощной) по первую декаду июня (кормовой, овощной) на глубину 1,0-1,5 см, при этом густота стояния растений должна составлять 100-150 тыс. шт./га.

В связи с неравномерным созреванием семян амаранта и характерным для них явлением барохории, они сильно засоряют последующие посевы культур, необходимо использовать амарант в качестве сидератной культуры, богатой содержанием кальция, магния и калия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в издания, рекомендованных ВАК РФ

1. Никулин A.B. Особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Фундаментальные исследования. - № 5. - 2008. - С. 237-238.

2. Никулин A.B. Влияние сроков посева амаранта на рост и развитие растений/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Кормопроизводство. - № 12. - 2008. - С. 19-20.

3. Никулин A.B. Определение зависимости прорастания семян от степени набухания/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Успехи современного естествознания, - №5.-2011.-С. 128-129.

В других изданиях

1. Никулин A.B. Морфолого-биологические особенности растений рода Amaranthus L./ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Аспекты современных агротехнологий". - Воронеж: Изд-во ВГАУ им. К.Д. Глинки. - 2005. - С .52-54.

2. Никулин A.B. Морфолого-физиологические особенности растений рода Amaranthus L./ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.З. - № 2.-Томск. - 2006. - С. 134-135.

3. Никулин A.B. Влияние плотности популяции на рост и развитие растений рода Amaranthus L.b условиях лесостепи Центрального Черноземья/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Научные исследования и разработки в агропромышленном комплексе Липецкой области". - Елец: - Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2006. - С. 233-235.

4. Никулин A.B. Физиологические особенности растений амаранта как С4-растения/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.4. - № 1. - Томск, 2007. -С. 46-48.

5. Никулин A.B. Определение солеустойчивости семян различных видов амаранта/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.4. -№ 1.-Томск, 2007. - С. 81-83.

6. Никулин A.B. Влияние глубины заделки семян амаранта на рост и развитие растений/ A.B. Никулин, И.Н. Тарасова // Вестник Елецкого государственного университета имени И.А. Бунина. - Выпуск 21. - Сельскохозяйственный факультет. - Серия "Сельское хозяйство", часть 1. - Елец: Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2008. - С .38-40.

7. Тарасова И.Н. Особенности выращивания различных видов амаранта в условиях лесостепи ЦЧР/ И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Актуальные проблемы реализации аграрной политики в ЦентральноЧерноземном регионе ". - Елец: Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2008 -С. 256-258.

Подписано в печать 06.02.2012 г. Формат 60x80i/i6. Бумага офсетная. П.л. 1,0. Гарнитура Times. Заказ № 337, тираж 100 экз. МУП «Типография» г. Ельца, г. Елец, ул. Свердлова, 11. ИНН 4821006962

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Тарасова, Ирина Николаевна, Рамонь

61 12-6/570

ФГОУ впо

«Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» «Елецкий государственный университет имени И.А.Бунина»

На правах рукописи

Су

'ол

Тарасова Ирина Николаевна

Агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода АтагапШиз Ь. в условиях лесостепи ЦЧР

диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук специальность 06.01.01 - общее земледелие

Научный руководитель: Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор биологических наук, профессор Никулин А. В.

Рамонь - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

1. Обзор литературы 10

1.1. Происхождение и классификация 10

1.2. Морфолого-биологические особенности растений рода АшагапЛиБ Ь. 19

1.3. Биохимический состав 26

1.4. Амарант как сельскохозяйственная культура 33

2. Почвенно-климатические условия, объект, схемы опытов и методика проведения исследований 44

2.1. Почвенно-климатические условия региона исследований 44

2.2. Погодные условия в годы проведения исследований 47

2.3. Объекты исследований, схемы опытов, методика проведения 52 исследований

3. Влияние агротехнических приемов на рост и развитие растений

рода АшагапШиэ Ь. 56

3.1. Сроки посева 56

3.2. Глубина заделки 62

3.3. Густота стояния растений 66

4. Биоэкологическая характеристика растений рода АтагапМиэ Ь. 73

5. Проявление биоморфологических показателей и устойчивость растений рода Атагап^иэ Ь. к неблагоприятным условиям внешней среды и выявление адаптивных видов 83

6. Особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях 102

7. Биоэнергетическая оценка видов амаранта в зависимости от различных условий внешней среды 110

Выводы 118

Предложения производству 120

Список литературы 121

Приложения 135

Введение

Для увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения биосферы необходимо внедрение нетрадиционных (Надежкин, 1997) культур и применение новых агротехнологий.

К числу наиболее интересных растений универсального использования относится амарант (Алтунин, 1992; У теш, 1991).

Из зерна этой культуры можно получать муку, крахмал, отруби, масло, а широколиственные формы можно использовать как зеленое растение, богатое каротином, аскорбиновой кислотой, железом, кальцием и некоторыми микроэлементами. При этом в зерне и листьях баланс углеводов, жира и протеина таков, что количество соответствующего пищевого продукта, полученного из амаранта, которое обеспечивает поступление в организм необходимой энергии и позволяет утолить голод, меньше по сравнению с другими культурами (Же-лезнова, 2008).

Эффективное функционирование аспартатного варианта С4- пути углерода при фотосинтезе способствует интенсивному биосинтезу и значительному накоплению белка в семенах (15-20%) и листьях (до 58%) амаранта (Дуйяр, 1991; Singhal, 1990). В белке высоко содержание незаменимых по питательной ценности и усвоению аминокислот, превосходящее многие белки растительного и животного происхождения (Saunders, 1984). Так если за 100 баллов взять содержание восьми незаменимых аминокислот, то пшеница набирает - 57; соя - 63; молоко - 72 и амарант - 75.

Кроме того, масло амаранта содержит 8 % комплексного углеводорода сквалена, который служит сырьем для производства стероидных лекарств. У некоторых сортов амаранта в масле обнаружено 25 % сквалена.

При озеленении скверов, садов и приусадебных участков применяют декоративные виды амаранта, растения которого могут быть природными фильтрами для очистки воздуха с повышенным содержанием углекислого газа (Же-лезнова, 2008).

Интродукция и использование новой или нетрадиционной кормовой культуры зависит, прежде всего, от глубины всестороннего ее изучения по различным параметрам, одним из которых являются показатели качества, определяющие целесообразность выращивания кормовой культуры в определенных почвенно-климатическом условиях (Алтунин, 1992).

Так, большое значение амарант имеет как уникальная кормовая культура, имеющая большие преимущества перед традиционными кормовыми растениями, возделывающих в ЦЧР. Одним из таких является высокая биологическая продуктивность культуры, позволяющая получать урожайность зеленной массы около 500 ц/га. Зеленую массу можно использовать как на зеленый корм, так и для приготовления сенажа и силоса.

Из кормового амаранта в смеси с кукурузой, подсолнечником или сорго получается хороший смешанный «розовый» силос. Он намного питательней и полезнее, поскольку в амаранте много протеина и мало сахара, а в кукурузе, например, наоборот много сахара и мало протеина.

Использование такого силоса на корм крупному рогатому скоту приводит к увеличению жирности молока, среднесуточных надоев, привеса живой массы и к уменьшению расхода кормов по сравнению с традиционным рационом.

Высокими кормовыми достоинствами обладают также травяная мука, гранулы и брикеты, изготовленные из измельченной массы амаранта по обычной технологии, которые имеют высокое содержание белка (18-21%) и каротина (240 мг на кг) и могут быть использованы в качестве белковой добавки (10-15%) повышающей питательную ценность обычных кормов.

На 1 кормовую единицу в кормах из амаранта приходится в среднем около 200 г переваримого протеина, а по сбору белка, аминокислот, витаминов, макро и микроэлементов с единицы площади превосходит традиционные и зернобобовые культуры (Богомолов, 1996; Чернов, 1992).

Актуальность исследований. В настоящее время в России производство высококачественных продуктов питания в достаточном количестве, как для людей, так и для системы животноводства является одной из важнейших про-

блем. Так, в России по сравнению с другими странами мира не достаточно используется видовое многообразие возделываемых культур. Из пяти тысяч введенных в культуру человеком видов используется, в настоящее время, не более трехсот. Коммерческое значение имеют около 150 видов, а широкое распространение получили лишь 15-20. Резкое сокращение видов привело к негативным последствиям, прежде всего к однообразному питанию человека, что пагубно отражается на состоянии его здоровья. Ведущие специалисты в области питания считают, что рост числа таких заболеваний как рак, сахарный диабет, сердечно-сосудистых заболеваний, связан с однообразным питанием человека.

Кроме того, пища человека и корма животных должны быть полноценными. Недостаток белка в пище отрицательно сказывается на здоровье человеческого и животного организмов, особенно молодого. В результате может возникнуть болезнь белковой недостаточности, которая выражается в недоразвитии костей скелета, мышц, головного мозга, а, в крайнем случае, белкового голодания может наступить смерть.

Ученые всего мира (селекционеры, физиологи, биохимики) ведут поиски и изучение новых, нетрадиционных высокопродуктивных и высокобелковых растений с целью дальнейшего внедрения в сельскохозяйственное производство. Поскольку основную массу пищевого белка дают растения, перспективы решения белковой проблемы связаны, прежде всего, с увеличением массы именно растительного белка.

Частично эту проблему можно решить за счет бобовых культур, но при этом не решается вопрос сбалансированности незаменимых аминокислот в белке. А ведь известно, что важнейшим показателем пищевой ценности белка является наличие лизина - незаменимой аминокислоты, которая не синтезируется в организме человека и животных, а поступает вместе с пищей. Поэтому необходимы растения с высоким содержанием белка, сбалансированного по количеству незаменимых аминокислот (лизин, метионин, цистин, триптофан). Одним из таких растений может быть амарант, который имеет ряд преимуществ перед другими традиционными сельскохозяйственными растениями: высокую уро-

жайность, хорошую отзывчивость на агротехнику, высокую окупаемость удобрений, приспособленность к различным почвенно-климатическим условиям, ценность химического состава (Железнов, 1992) как семян, так и фитомассы, низкую норму высева семян, интенсивный рост, устойчивость к болезням и вредителям.

Обладая такими ценными качествами, амарант входит в число растений наиболее перспективных для интродукции на новых территориях. Так, в неблагоприятных природно-климатических условиях северной зоны Среднего Поволжья (Республика Татарстан, Марий Эл, Чувашия и др.) при строгом соблюдении агротехнологий амарант эффективно использует ФАР и ограниченный ресурс питательных элементов дерново-подзолистых и серых лесных почв и за 100 дней вегетации образует около 20-30 тонн сухого вещества на гектар (Чернов, 2005).

Амарант относят к числу растений универсального назначения - пищевого, кормового, лекарственного и декоративного (Чернов, 1992; Segura-Nieto, 1944).

Ранее проведенные исследования по ЦЧР (Лященко Г.А., 2007; Сту-руа А.В., 2007; Мирошниченко JI.A., 2008) были направлены на изучение сортов зернового амаранта.

Недостаточная изученность биологии, физиологии и агротехники видового разнообразия растений рода Amaranthus L., сдерживает освоение сельскохозяйственным производством этой ценной кормовой культуры в условиях ЦЧР.

Решению этих вопросов и посвящена данная работа, тема которой является достаточно актуальной. Полученные результаты научных исследований, проведенные в ЦЧР, являются основой для расширения и применения этой культуры.

Цель исследований - определить агротехнические и биоэкологические особенности растений рода Amaranthus L. в условиях лесостепи ЦЧР, выявить высокопродуктивные и адаптивные виды.

Задачи исследований:

1. Установить влияние отдельных элементов технологии возделывания (сроки посева, глубина заделки семян, густота стояния растений) на рост и развитие растений амаранта.

2. Определить проявление биоморфологических показателей и устойчивость растений рода Amaranthus L. к неблагоприятным условиям внешней среды и выявить наиболее адаптивные виды.

3. Выявить особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях.

4. Дать биоэнергетическую оценку видов.

Объектами исследований служили 8 видов и 3 формы растений рода Amaranthus L. различного географического происхождения.

Научная новизна исследований. Впервые в ЦЧР дана ботаническая характеристика 8 видов и 3 кормовых форм амаранта: A. mangostanus (К-149), A. cruentas (К-154), A. gigantes (К-179), A. edulis (К-27), A. hypochondriacus (К-61), A. viridis (К-79), A. groenbladig (К-80), A. caudatus (К-169), кормовые формы (К-143, К-22 и К-203). Исследованы физиологические особенности культуры, обуславливающие устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды.

В условиях лесостепи ЦЧР определены оптимальные сроки посева (для зерновых видов - II декада мая; для кормовых и овощных - с II декады мая по I декаду июня), глубина заделки семян (1,0-1,5 см) и густота стояния растений (100- 150 тыс. шт./га).

Проведена биоэнергетическая оценка 8 видов и 3 кормовых форм амаранта и агротехнических приемов возделывания в зависимости от характера использования.

Практическая значимость работы. Установлено, что в ЦЧР возможно возделывать различные виды Amaranthus L. (A. mangostanus, A. cruentas, A. gigantes, A. edulis, A. hypochondriacus, A. viridis, A. groenbladig, A. caudatus,

кормовые формы) различного характера использования: зернового, кормового и овощного.

Посев семян амаранта во второй декаде мая при температуре почвы 10 -12 0 С на глубину 1 - 1,5 см при густоте стояния растений 100 - 150 тыс. шт./га обеспечивают получение высоких урожаев зеленной массы (до 50,6 т/га).

Выявлены наиболее устойчивые к неблагоприятным факторам внешней среды виды амаранта: наиболее жаростойкой оказалась кормовая форма (К-22) родом из Индии, а для выращивания на засоленных почвах подходят - A. groen-bladig (К-80), кормовая форма (К-143), A. cruentus (К-154), A. edulis (К-27), A. hypochondriacus (К-61).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки (Воронеж, 2003 - 2005 гг.); научно-практической конференции преподавателей, аспирантов и студентов Елецком государственном университете имени И.А. Бунина (Елец, 2007 г.); Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы реализации аграрной политики в Центрально-Черноземном Регионе" (Елец, 2008 г.); научной сессии Российской академии естествознания (Москва, 2008 г.); III Международной научно-практической конференции "Инновации и информационные технологии в образовании" (Липецк, 2010 г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 10 статей, в том числе три работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Погодные условия лесостепи ЦЧР позволяют выращивать амарант различного назначения (зерновой, овощной и кормовой), получать при этом достаточно высокую урожайность как зеленной массы, так и семян.

2. Семена амаранта прорастают при температуре почвы 10-12°С на глубине 1-1,5 см. Оптимальный срок посева семян вторая декада мая. При достаточно высокой влажности почвы высокие урожаи зеленной мае-

сы 28,9-50,6 т/га в зависимости от вида можно получать и при позднем посеве в первой декаде июня. Лучшая густота стояния растений 100150 тыс.шт./га в зависимости от назначения культуры позволяет получать высокие урожаи зеленой массы до 44,6 т/га.

3. Устойчивость различных видов амаранта к неблагоприятным факторам внешней среды обусловлена их происхождением и физиолого-биохимическими особенностями растений.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 163 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству. В работе содержится 25 таблиц, 9 рисунков. Список литературы включает 145 наименования, в том числе 23 иностранных. Приложений - 15.

Глава 1. Обзор литературы 1.1. Происхождение и классификация

Все началось с того исторического момента, когда человек в поисках более надежного источника питания впервые взрыхлил примитивным орудием участок земли и посеял в почву семена диких растений, используемых им в пищу. Произошло это, очевидно, более 20 тыс. лет назад.

Введение растений в культуру в последующем стало сопровождаться отбором нужных человеку типов растений.

На сегодняшний день насчитывается свыше 5000 полностью окультуренных видов сельскохозяйственных растений. Фонд возделываемых культур с учетом растений, используемых в декоративном садоводстве, составляет примерно 20000 видов.

Практически на всей территории России можно встретить растение, которое одновременно является и злостным сорняком, и ценнейшей кормовой культурой, дающей злакоподобные семена.

Речь идет об амаранте (Медведев, 1979), имеющий древнюю и драматическую историю. К сожалению, этот процесс носил импульсивный характер без глубоких фундаментальных и прикладных исследований.

Амарант начали культивировать давно, во времена существования ацтеков и инков (Домрачеев, 1990). В основном его возделывали на зерно, из которого готовили кашу, лепешки, освежающий напиток (Вавилов, 1987; Устимен-ко, 1994).

Насколько важную роль играло возделывание зерновых амарантов в ацтекском государстве, свидетельствует следующий факт (списки дани): последний император ацтеков Монтесума ежегодно принимал от своих подданных более 70000 гл (гектолитры) зерна амаранта наряду с 81000 гл бобов и 100000 гл кукурузы.

Кроме того, важность этой культуры для ацтеков и инков подтверждает и тот факт, что амарант использовали в ритуальных целях. Из амарантовой муки и зерен кукурузы, смешанных с медом и соком агавы, сооружали большие фигуры богов, которые разламывали на части в конце праздничных церемоний эти фигуры жрецы и раздавали верующим, которые с благоговением их съедали. Потребление другой пищи в этот день было строго запрещено.

С приходом испанских конкистадоров и внедрением христианства, языческие ритуалы стали вытесняться, в том числе и имеющий к ним отношение амарант.

Основными продовольственными культурами остались кукуруза и фасолью. Так испанские завоеватели положили конец использованию амаранта, как продовольственной культуры Нового Света, что значительно замедлило распространение этого высокопитательного продукта в мировом сельском хозяйстве (Hunziker, 1971; Laetsch, 1968; Saunders, 1984).

Однако после многовекового забвения благодаря исследованиям физиологических и биохимических свойств амаранта, эта культура получила новое распространение.

Амарант, как декоративное растение, приобрел широкую популярность в XVI в., когда был завезен из Америки в Европу.

Многочисленные формы амаранта хвостатого широко известны как декоративные растения под названием «петушиный хвост». Они имеют длинные, свисающие, сложные метельчатые соцветия, состоящие из мелких цветков, малинового или красного цвета. Шведская королева Христина Августа в 1653 году основала орден кавалеров Амаранта.

Возделывание амаранта, как пищевой культуры, возобновилось только в конце XIX в., когда он был завезен в го�