Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоресурсный потенциал сои в сухостепной зоне Республики Тыва

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Биоресурсный потенциал сои в сухостепной зоне Республики Тыва"

На правах рукописи

УП>

'1

Серен Клавдия Доржуевна

БИОРЕСУРСНЫИ ПОТЕНЦИАЛ СОИ В СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЕ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

03.02.14 - биологические ресурсы 06.01.04 - агрохимия (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

10 ОКТ 2013

005534347

Новосибирск 2013

005534347

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет», ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

Галеев Ринат Раифович доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, зав. кафедрой растениеводства и кормопроизводства ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный

аграрный университет»

Официальные оппоненты:

Тихончук Павел Викторович доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры общего земледелия и растениеводства ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Маслова Ирина Яковлевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории агрохимия Института почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наук

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Хакасский

государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Защита состоится 1 ноября 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.04 при ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по адресу: 630039 г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, тел. факс (8-383)2670510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 30 сентября 2013 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Князев С.П.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одна из важных проблем сельского хозяйства в Республике Тыва - увеличение производства кормов высокого качества за счет введения в севообороты высокобелковых кормовых культур, к числу которых относятся зернобобовые. Дефицит белка является одной из причин, тормозящих повышение продуктивности животноводства. Белок служит основным критерием биологической полноценности корма, недостаток его в рационе ведет к увеличению расхода кормов.

В качестве кормовой зернобобовой культуры в республике возделывается горох. Нами предложена интродукция сои т.к. соя по сравнению с другими зернобобовыми культурами обладает некоторыми преимуществами биологического и технологического характера. До настоящего времени соя в Республике Тыва не возделывалась.

Семена сои содержат 17-26% жира, 36-48% хорошо сбалансированного по аминокислотному составу белка и более 20 % углеводов. Разнообразный химический состав семян сои позволяет использовать их для пищевых, кормовых и технических целей. Из них готовят молоко, масло, маргарин, сыр, муку, колбасные, кондитерские изделия и много других продуктов. Соя - ценная кормовая культура. В 100 кг сои, убранной в фазе цветения -налива бобов, содержится до 22 к. ед. и до 3 кг протеина. Для кормовых целей также используют жмых, шрот, соевую муку.

Соя как бобовая культура обогащает почву азотом. После ее уборки на 1 га накапливается 70-80 кг усвояемого азота (Кашеваров Н.И., 1999; Петибская, 200).

Эффективное использование биологического ресурса сои позволит обеспечить потребности населения в высокобелковых продуктах питания и укрепить сырьевую базу для кормления животных.

Цель исследований. Изучить биоресурсный потенциал сои, его рациональное использование в условиях рискованного земледелия Республики Тыва.

Задачи исследований:

1. Исследовать влияние экологических факторов региона возделывания на состояние биологических ресурсов сои.

2. Изучить эффективность интродуцирования сои для улучшения почвенного плодородия.

3. Установить влияние агротехнических приемов (орошение, использование удобрений, прием сеникация) на потенциал продуктивности и качество зерна сои.

4. Оценить биоресурсные возможности выращивания сои по продуктивности и качеству урожая.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Биологические ресурсы основных земледельческих зон Республики Тыва как основа для интродукции сои.

2. Повышение биоресурсного потенциала сои путем оптимизации условий ее произрастания с учетом влияния факторов внешней среды и агротехнических приемов возделывания.

3. Статистическая оценка взаимосвязи абиотических факторов с продуктивностью сои в условиях сухостепной зоны.

4. Агроэкологическая и биоэнергетическая оценка эффективности интродукции сои в сухостепной зоне Республики Тыва.

Научная новизна. В условиях рискованного земледелия сухостепной зоны Республики Тыва успешно интродуцирована соя. Оценено использование сои как биологического ресурса для повышения плодородия почв. Установлено действие абиотических факторов на показатели продуктивности сои. Доказано положительное действие агротехнических приемов (орошение, использование минеральных удобрений, сеникация) на повышение урожайности и качество семян сои.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты по интродукции сои позволяют рекомендовать производству оптимальные для данной почвенно-климатической зоны агроприемы ее возделывания, обеспечивающие высокую продуктивность культуры. Результаты научной работы используются в преподавании курсов «Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений» и «Программирование урожая сельскохозяйственных культур» для студентов сельскохозяйственного факультета ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет».

Апробация работы. Материалы диссертации представлены и обсуждены на научно-практической конференции, посвященной 70-летию организации в Тыве первого научного сельскохозяйственного учреждения — Тувинской сельскохозяйственной опытной станции (Кызыл, 2004 г.); Сибирском почвенно-агрохимическом семинаре «Актуальные вопросы сохранения плодородия почвы и регуляция продукционного процесса растений» (Новосибирск, 2005 г.); международной научно-практической конференции «Экономические аспекты устойчивого развития сельского хозяйства в Центрально-Азиатском регионе» (Кызыл, 2007 г.); научных конференциях преподавателей ТывГУ (Кызыл, 2005 и 2008- 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, включённых в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 6 глав собственных исследований, обсуждения, выводов и предложений производству. Работа содержит 25 таблиц, 11 рисунков, 14 приложений. Библиографический список включает 174 наименований, из них 10 на иностранных языках.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом экспериментальных исследований, проведенных в 2000 — 2007 гг. Автором проведены полевые опыты, дана аналитическая оценка, обобщение, интерпретация полученных результатов. Основные экспериментальные данные получены самим автором, а часть материалов — с привлечением студентов сельскохозяйственного факультета ФГБОУ ВПО ТувГУ. Автор выражает

благодарность научному руководителю зав. кафедрой растениеводства и кормопроизводства ФГБОУ ВПО НГАУ, д-ру с.-х. наук, проф. P.P. Танееву, а также признательность за оказанную помощь в проведении исследований, подготовке научных публикаций вед. науч. сотр. лаборатории биогеоденологии ИПА СО РАН, д-ру биол. наук проф. JI.A. Игнатьеву, ректору ФГБОУ ВПО Ту в ГУ, д-ру биол. наук, проф. С.О. Ондар.

1. Особенности реализации потенциала сои как важного биологического ресурса в условиях Республики Тыва

1.1. Природно - климатические условия региона исследований

В публикациях К.А. Соболевской (1950), Б.Ф Петрова (1952), М.В. Кириллова (1947, 1953, 1954), С.А. Кушева (1957), H.A. Ефимцева (1957), Ф.Р. Зайдельман (1957), О.В Юрлова (1962), В .А. Носина (1957, 1963), В.И. Волковинцер (1978), С.С. Курбатской (1990, 2001, 2005), В.В. Чупровой, В.Н. Жулановой (2005, 2009), М.И. Дергачевой (2005) представлены особенности географического положения, основные черты орографии, рельеф, климат, гидрография, растительность и почвенный покров Тывы. Для региона характерна резкая континентальность климата, контрастность сезонов, короткое лето, небольшое летнее выпадение осадков и низкая влажность воздуха, что способствует появлению в климате черт крайней аридности. Почвы каштанового типа преобладают в условиях степей Тывы и являются основными посевными площадями (60% пашни) всей земледельческой территории Тывы. Степные почвы тувинских котловин следует относить к особому генетическому типу - степным криоаридным. Эти почвы характеризуются глубоким промерзанием почвенного профиля зимой, непромывным типом водного режима с сильным иссушением в зимне-весенний и осенний периоды, легким гранулометрическим составом, слабой напряженностью биологических процессов, малой мощностью гумусового горизонта.

1.2. Биоресурсы основных земледельческих зон Республики Тыва, определяющие возделывание сельскохозяйственных культур

На основании научных и исторических публикаций приводятся данные об истории земледелия Республики Тыва (Радлов В. В., 1861; Андрианов А. В., 1888; Кон Ф. В., 1934; Дулов В. И., 1952; Солдатов В. П., 1967; Тарасов Г. JL, Бобровник В. JI.., 1973; Кызласов Л. Р., Вайнштейн С. И., Длужневская В. П., Потапов JI. П., Маннай-оол М. X., 2001; Прудникова Т. Н„ 2002; Монгуш Л. С., 2002; Севостьянов В.Г., 2008). Земледелие в Тыве имеет тысячелетнюю историю и всегда было приурочено к благоприятным по увлажнению территориям и плодородным почвам, носило очаговый характер, играло подчиненную роль по отношению к скотоводству и в силу климатических условий было в основном не богарное, а поливное. Основными возделываемыми культурами были просо, ячмень, пшеница.

На основании климатических, почвенных условий и направлению хозяйственной деятельности территория Тывы разделена на четыре экономические зоны: Северо-Восточная, Южная, Западная и Центральная (Осипова В.В., 1963, Солдатов В. П., 1967). Основной земледельческой

территорией Тывы являются Центральная и Западная экономические зоны, на долю которых приходится 53% сельскохозяйственных угодий, в том числе 46% пашни. Тепловые ресурсы и продолжительность вегетационного периода этих зон позволяют возделывать сорта сельскохозяйственные культур со средним или коротким периодом вегетации.

1.3. Характеристика биологической видоспецифичности сои применительно к почвенно-климатическим условиям основной земледельческой территории Республики Тыва

Соя по требовательности к климатическим факторам относится к группе теплолюбивых растений. По биологической специфике ее преимуществом можно считать, кроме технологических свойств, меньшую требовательность к почвенному плодородию, поскольку по азотному питанию она находится на самообеспечении. При наличии в почве специфической расы клубеньковых бактерий соя может осуществлять фиксацию азота воздуха в процессе «растение хозяин - азот - фиксирующий вид бактерий». Мощная пространственно развитая корневая система в отдельные фазы развития обеспечивает засухоустойчивость. Вегетационный период сои - 100-130 дней с суммой активных температур 1700-2300 "С.

Для реализации биологического потенциала сои в сухостепной зоне Тывы наиболее оптимальными являются следующие климатические показатели. При минимальном количестве осадков 120 мм 70 % выпадает в период вегетации растений. Кислотность почвенного раствора рН равная 6,0 - 7,0 является оптимальной для роста и развития сои. Среднее значение суммы активных температур выше 10 °С в регионе, по многолетним данным, около 1800 - 2000. В течение вегетационного периода преобладает ясная солнечная погода, поэтому большое количество безоблачных дней с продолжительным световым периодом обеспечивает полноценное использование растениями тепловых ресурсов. Высокие температуры в период вегетации, низкая относительная влажность воздуха вносят корректировку в общепринятую для данной культуры сумму активных температур, вызывают ускоренное развитие растений и предопределяют минимальный риск возделывания сои в данном регионе, но эффективное использование биоресурсного потенциала сои возможно только на орошении и при оптимизации минерального питания растений.

2. Объекты и методы исследований

Экспериментальные исследования по определению биологических ресурсов сои проводили в 2000-2007 гг. на опытном поле ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет», расположенном в центральной части Улуг-Хемской котловины. Территория относится к сухостепной зоне, характеризующейся резко-континентальным климатом. Почвы опытного поля светло-каштановые маломощные, укороченного профиля, по гранулометрическому составу лёгкий опесчаненный суглинок. Содержание гумуса очень низкое - 1,5%, валового азота (по Кьельдалю) - 0,05-0,13%. Обеспеченность почвы подвижными формами фосфора средняя, калием -низкая (по методу Мачигина), рНводн 7,1-7,2. Удельный вес почвы в слое 0-20

см составляет 1,26 - 1,28 г/м3. Наименьшая полевая влагоемкость почвы в слое 0-60 см колебалась в пределах 17,8 - 22,9 %.

В опытах высевали сою сорта СибНИИК-315. Схема опытов представлена в табл.1.

Таблица 1 — Схема опыта

№ опы та Содержание эксперимента Годы Число вари антов Характеристика изучаемых факторов

1 Влияние возделывания сои на фоне минеральных удобрений на плодородие светло-каштановых почв 20002002 3 1. Контроль (без удобрешш). 2. Р45К45- фон. 3. Фон + N20

2 Влияние минеральных удобрешш и орошения на зерновую продуктивность сои 2000, 2001 3 Фактор А (режим орошения) 1. Увлажнение почвы до 50-60% НВ 2. Увлажнение почвы до 70-80% НВ Фактор В (внесение минеральных удобрений) 1. Контроль (без удобрений). 2. Р45К45- фон. 3. ФонЯЧіо

20032005 5 Фактор А ( режим орошения) 1. Увлажнение почвы до 50-60% НВ 2. Увлажнение почвы до 70-80% НВ Фактор В (внесение минеральных удобрении) 1. Контроль (без удобрений). 2. N45 —Фон. 3. Фон+Рбо. 4. Фон+Р6оК45- 5. Фон+Р6оК9о. 1. Контроль (без удобрений). 2. N20. 3. N45

3 Определение оптимальной дозы азотнокислого аммония 2002, 2007 4 1. Контроль (опрыскивание водой) 2. Опрыскивание листьев сои 2,5%-м раствором ЫНдИОз 3. Опрыскивание листьев сон 5%-м раствором ІЧНдМОз 4. Опрыскивание листьев сои 7,5%-м раствором N1 ГдЬЮз

4 Сеникацпя сои на различном уровне увлажнения почвы 20032005 4 Фактор А (режим орошения) 1. Увлажнение почвы до 70-80% НВ 2. Увлажнение почвы до 50-60% НВ Фактор В (сроки сеиикации сои) 1. Коїгтроль (опрыскивание водой) 2. Опрыскивание листьев сои 5%-м раствором ОТЦЫОз в фазу наполнения зерном бобов на 50% - зелёные, на 70% — сизые, на 100% - бурые бобы

По данным ГУ ТувЦГМОС, метеорологические условия в период проведения экспериментов были типичными для данной зоны: начало вегетационного периода характеризовалось минимальным количеством

осадков, 2000, 2005 гг. были теплыми, умеренно увлажненными. Первая декада августа 2000 г. в связи с повышением среднесуточных температур была засушливая. В 2001, 2005 гг. засушливыми периодами были июнь и первая декада июля. 2002, 2004, 2007 гг. характеризовались повышением среднедекадных температур и снижением суммы осадков (ГТК — 0,6). Снижение суммы осадков ниже среднемноголетней в 2002 г. наблюдалось в первой, второй декаде июня и во второй, третьей декаде июля, в 2004 г. - в третьей декаде августа. Наибольшее повышение среднедекадных температур, снижение суммы осадков было отмечено в 2007 г. Исключение составил 2003 г. в июле выпало осадков на 60 мм выше среднемноголетних показателей, в августе температура воздуха была на 1,3 °С ниже среднемноголетней.

Агротехника разрабатывалась с учётом почвозащитных мероприятий. Норма высева сои - 600 тыс. всхожих семян на 1 га. В качестве удобрений использовали карбамид, двойной гранулированный суперфосфат и сернокислый калий. Удобрения вносили весной перед посевом с последующей заделкой культиватором на глубину 12-15 см. Опыты закладывали в четырёхкратной повторности, учётная площадь делянки составляла 10 м2. Полевые опыты, анализы и наблюдения проводили в соответствии с общепринятыми методиками. Почвенные пробы отбирали на глубину 60 см через 20 см.

Агрохимический анализ почвенных и растительных образцов выполняли в ФГУ ГСАС «Тувинская» и в лаборатории биогеоценологии ИПА СО РАН. Анализ почвы и растений проводили стандартными агрохимическими методами: гумус определяли по Тюрину в модификации ЦИНАО; нитратный азот — ионометрическим методом по Мачигину в модификации ЦИНАО; подвижный фосфор и обменный калий - по Мачигину в модификации ЦИНАО; емкость поглощения - по Аскинази-Алешину в модификации ЦИНАО (-Ягодин Б.А., 1987); гранулометрический состав почвы — по H.A. Качинскому. Биохимические анализы растительных образцов выполняли после мокрого озоления в смеси серной и хлорной кислот по Гинзбург. Азот определяли по Къельдалю (ГОСТ-133964-83); редуцирующие сахара - по Бертрану. Растительные пробы на биометрический анализ собирали с каждого варианта в 4-кратной повторности по фазам развития растений. Азотфиксирующую способность сои в полевых условиях определяли по количеству клубеньков на корнях растений (Посыпанов, 1991).

По данным биометрического анализа рассчитывали динамику накопления сухого вещества; густоту стояния растений подсчитывали в фазу полных всходов и перед уборкой методом учетных площадок; фенологические наблюдения проводили согласно методике государственного сортоиспытания (ГОСТ 10842-64); пробные снопы для структурного анализа урожая отбирали с делянки площадью 1м2. Для установления элементов водного баланса, норм полива использовали следующие методики: определение строения и объемной массы пахотного слоя почвы методом насыщения в цилиндрах (Доспехов Б.А. и др., 1977); максимальной гигроскопической влажности почвы (ГОСТ 28268-89); предельной полевой влагоёмкости методом заливаемых площадок; влажность

почвы определяли весовым методом; составляющие водного режима почвы рассчитывали с помощью уравнения водного баланса А.Н. Костякова (Костяков, 1960). Метеорологические показатели представлены по данным Тув ЦГМОС. Для расчета энергетической эффективности возделывания сои использовалась «Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве» (1995). Экономическую эффективность рассчитывали по «Методике определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники» (1998). Цифровой материал подвергали математической обработке методами дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) на ПЭВМ с использованием программ Excel 97, Statistica 6.0.

3. Результаты исследований

3.1. Экологические показатели, определяющие темпы роста и развитие интродуцированной сон

Соя — короткодневное тропическое растение, поэтому главными экологическими показателями, определяющими темпы роста, развития, уровень продуктивности, являются продолжительность светового периода, температура воздуха в период цветения и плодоношения и рН почвенного раствора. Благоприятные условия для формирования наибольшей биологической урожайности сои в этот период возможны при среднесуточной температуре воздуха 20,5-21,0 "С, длине дня 13-15 ч, высоте солнца 60°, рН почвенного раствора - 6, 0 - 6,5 (Степанова, 1985).

Установлено, что длительность дня в межфазный период цветение -плодоношение 15 — 16 ч. Температура в период посев - всходы оптимальная (16-21 °С), в период формирования продуктивных стеблей — достаточная (1921°С), в период созревания - минимальная (8-10 °С), рН почвенного раствора светло-каштановых почв преобладающих в регионе равна 6,0 - 7,0. Благоприятное сочетание трех факторов: температурного режима, продолжительности светового периода и рН почвенного раствора свидетельствует, что территория Тывы расположена в зоне, целесообразного возделывания сои. Соя в условиях сухостепной зоны Тывы вызревает и дает урожайность 0,9 - 2,0 т/га. Применительно к сое климатические условия Тывы могут быть благоприятными при возделывании скороспелых засухоустойчивых сортов.

3.2. Поливной режим сои при возделывании в условиях сухостепной зоны Республики Тыва

В сухостепной зоне Тывы создать благоприятные для роста и развития сои условия увлажнения возможно только с помощью орошения. В связи с этим в задачу исследований входила оценка влияния орошения на суммарное водопотребление и продуктивность сои. Полевой опыт включал в себя следующие варианты: 1) поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 50-60% НВ; 2) поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ.

Установлено, что заданный порог влажности почвы в период вегетации сои достигается проведением определенного числа поливов. Величина

суммарного водопотребления варьировала в широких пределах в зависимости от погодных условий и заданного предполивного «нижнего порога» влажности.

Установлено, что в структуре суммарного водопотребления наибольший удельный вес составила оросительная вода. В зависимости от гидротермических условий вегетационного периода ее доля достигала 81,091,5%. Обильные осадки в 2003 г., выпавшие в июле, пополняли запасы продуктивной влаги почвы и способствовали снижению оросительной нормы до 53,6-59,5% (табл. 2).

Таблица 2 - Структура суммарного водопотребления сои по годам исследований_

Уровень Использовано влаги за счет Суммарное водопотреб ление, м3/га Коэффи

увлажне ния почвы, % Год запасов продуктивной влаги в почве Орошения Урожайность т/га циент водопотреб ления,

HB м3/га % MJ/ra % м3/т

2001 423,0 19,0 1800 81,0 2223,0 1,27 1750,4

50-60 2003 833,0 46,4 960,9 53,6 1793,9 1,48 1245,3

2004 311,0 11,5 2400 88,5 2711.0 1,24 2186,3

2001 486,0 14,8 2800 85,2 3286,0 1,90 1729,5

70-80 2003 1006,0 40,5 1480 59,5 2486,0 1,61 1544,1

2004 332,8 8,5 3600 91,5 3932,0 1,52 2586,8

Поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% HB привело к повышению урожайности сои. Так, в 2001 г. она возросла на 49%, в 2003 г. - на 8,1, в 2004 г. - на 22,6% относительно варианта с поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 50-60% HB. На фоне благоприятного гидротермического режима в межфазный период цветение — плодообразование поддержание предполивного порога влажности на уровне 70-80% HB привело к снижению коэффициента водопотребления (см. табл. 2).

Оптимальным при возделывании сои оказался режим орошения с поддержанием предполивного порога влажности на уровне 70-80 % HB. Для прогнозирования уровней урожайности на фоне оптимальной влагообеспеченности необходимо учитывать погодные условия, складывающиеся в период закладки генеративных органов, определяющих урожай сои, и всего вегетационного периода.

3.3. Влияние возделывания сои на фоне минеральных удобрений на плодородие светло-каштановых почв

Превращение соединений азота, фосфора, калия определяет продуктивность растений. Установлено, что в условиях орошения под посевами сои наблюдалось накопление значительного количества нитратного азота и подвижного фосфора. Исходное содержание нитратного азота в почве в слое 0-60 составило 2,64 мг/кг почвы, подвижного фосфора — 22,7, после уборки урожая содержание этих элементов повышается на 96,5 и 73,9 % соответственно. Содержание легкоусвояемого калия снижалось на 11,9%.

Нитратный азот. Наблюдалось снижение содержания нитратного азота под посевами сои к моменту массового цветения. После уборки урожая, на

неудобренных делянках отмечено накопление N-N03 при внесении РК, весенние запасы нитратного азота не восстанавливаются. Полное минеральное удобрение способствовало усилению процессов нитрификации и накоплению N-N03 в почве (рис. 1).

Рисунок 1 — Содержание N-N03 в почве под посевами сои в слое 0-60 см в зависимости от применения минеральных удобрений (2000 - 2002гг.)

Подвижный фосфор. Исследования показали, что возделывание сои обеспечивает мобилизацию труднорастворимых фосфатов почвы. Снижение количества подвижного фосфора к моменту массового цветения относительно весенних запасов на неудобренных участках связано с интенсивным использованием этого элемента на формирование урожая. Удобрения сдвигают степень подвижности фосфора к моменту массового цветения в сторону ее увеличения. Существенное влияние на увеличение содержания подвижных форм фосфора оказывало предпосевное внесение К20Р45К45 (рис. 2).

в зависимости от применения минеральных удобрений (2000-2002гг.)

Подвижный калий. Минимальное количество подвижного калия наблюдалось в почве весной перед посевом. На неудобренных делянках и при внесении РК максимальное содержание калия отмечали в период массового цветения. К осени оно несколько снижалось. Применение полного минерального удобрения усиливает подвижность калия и способствует обогащению почвы этим элементом (рис. 3).

ш Перед посевом

а Массовое цветение

о После уборки урожая

Рисунок 3 - Содержание подвижного калия под посевами сои в слое 0-60 см, в зависимости от применения минеральных удобрений (2001-2002гг.)

Гумус. Установлено, что возделывание сои на светло - каштановой почве в условиях орошения привело к увеличению содержания гумуса относительно исходного. В варианте без удобрений отмечена тенденция к его повышению. Улучшение пищевого режима при внесении минеральных удобрений способствовало более интенсивному накоплению гумуса. Наибольшее накопление гумуса - 7,6 т/га относительно исходного наблюдалось при внесении NPK (табл. 3).

Таблица 3 - Влияние минеральных удобрений на содержание гумуса в светло-каштановой почве под посевами сои____

Сроки определения Вариавт Глубина отбора проб, см Содержание гумуса Изменение содержания гумуса, т/га

% т/га

Исходное, весна 2000 г. Без внесения удобрений 0-20 1,03 24,7 -

20-40 0,59 14,2

В слое 0-40 38,9

После уборки урожая в 2000-2002гг. Контроль (без внесения удобрений) 0-20 0,95 22,8 +0,2

20-40 0,68 16,3

В слое 0-40 39,1

Р45 К45 0-20 1,05 25,2 + 1,7

20-40 0,64 15,4

В слое 0-40 40,6

№ОР45К45 0-20 1,11 26,6 +7,6

20-40 0,83 19,9

В слое 0-40 46,5

НСР05 = 0,96 т/га

3.4. Продуктивность и качество урожая сои при внесении минеральных удобрений на фоне орошения

3.4.1. Длина побега сои в зависимости от орошения и внесения минеральных удобрений. Соя отзывчива к изменениям светового режима.

Контроль б/у Р45 К45 Р45 К45 N20

Длительность дня влияет на продолжительность фаз развития и на высоту растений. Сокращение продолжительности периода ветвление — цветение способствовало уменьшению длины побега и числа междоузлий. Установлено, что оптимизация условий обеспеченности влагой, минеральные удобрения оказывали положительное влияние на рост побега.

В варианте без внесения удобрений при увлажнении почвы до 70-80% НВ отмечено превышение длины стебля относительно варианта с увлажнением почвы до 50-60% НВ на 26,5 % (фаза формирования бобов). Наиболее интенсивный рост стебля на двух фонах влагообеспеченности наблюдался при внесении азотных удобрений (рис. 4).

Рисунок 4 - Длина побегов сои в зависимости от увлажнения почвы до 50-60 и 70-80% НВ и применения минеральных удобрений

Рисунок 5 - Изменение надземной сухой массы сои в зависимости от применения минеральных удобрений

3.4.2. Динамика накопления сухой надземной массы. Установлено, что интенсивное увеличение скорости накопления сухой надземной массы наблюдалось в фазе цветение - формирование бобов. Поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ обеспечивало более высокие темпы накопления сухой надземной массы относительно порога 50-60% НВ. Максимальный прирост биомассы сои был отмечен в варианте с внесением азотных удобрений в благоприятном по влагообеспеченности 2003 г. при увлажнении почвы до 50-60% НВ, в засушливом 2004 г. - при поддержании влажности почвы до 70-80% НВ (рис. 5).

3.4.3. Зерновая продуктивность сои. Установлено, что в среднем за годы исследований на долю орошения приходится до 42,1- 21,1%, удобрений — 28,6-17,1, погодных условий - 40,4-17,9% от общего вклада в формирование урожая. Это объясняется особенностями биологии сои и почвенно-климатическими условиями региона.

ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ. В годы исследований была отмечена положительная корреляционная зависимость между ГТК и суммой осадков за вегетационный период (г = 0,91), ГТК и длиной вегетационного периода (г = 0,86), отрицательная корреляционная взаимосвязь между суммой активных температур > 10 °С и среднемесячной температурой воздуха (г = -0,79).

Погодные условия оказывали существенное влияние на формирование продуктивности сои. На основе проведения корреляционно-регрессионного анализа выявлена взаимосвязь при р>0,05 между урожайностью сои и метеорологическими условиями года исследований. Было показано, что в варианте без удобрений сильная корреляционная зависимость наблюдалась между урожайностью зерна сои и ГТК (г = 0,59), суммой осадков за вегетационный период (г = 0,86), длиной вегетационного периода (г = 0,92), среднемесячной температурой воздуха за период вегетации (г = -0,91).

Наиболее тесно связана урожайность сои с гидротермическими условиями, складывающимися в межфазный период посев - ветвление и цветение -

плодообразование (коэффициент детерминации равен 0,780 и 0,575 соответственно) (табл. 4).

Таблица 4 - Зависимость продуктивности сои от суммы осадков Б (мм) и

Период Уравнение регрессии R1

Посев — ветвление Y = -4,302 - 0,075*S + 1,139*Т 0,780

Ветвление — цветение Y = 7,475 - 0,001*S + 0,389*Т 0,052

Цветение - образование бобов Y = 16,808 + 0,098*S - 0,208*Т 0,575

Образование бобов - полная спелость Y = 20,885 + 0,005 *S - 0,467*Т 0,108

ОРОШЕНИЕ. Исследованиями 2000-2004 гг. было показано, что в годы с засушливыми погодными условиями орошение оказало определяющее влияние на формирование урожайности сои. Данные таблицы 5 свидетельствуют, что в варианте без внесения удобрений поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80 % в среднем за 2 года позволило повысить продуктивность сои на 0,39 т/га относительно порога 50-60% HB.

Таблица 5 - Урожайность сои в зависимости от применения минеральных удобрений и уровня увлажнения почвы (полевой опыт 2000-2001 гг.)

Уровень увлажнения почвы,% HB (фактор В) Минеральные удобрения (фактор С) Урожайность, т/га, по годам исследований (фактор А) Средняя за 2 года, т/га Прибавка урожайности, т/га

2000 2001 ц/га %

50-60 Контроль б/у 0,89 1,44 1,16 - -

Р45К45 (фон) 1,01 1,55 1,28 0,12 10,3

Фон + Nbo 1,18 1,62 1,40 0,24 20,7

70-80 Контроль б/у 1,19 1,92 1,55 - -

Р45К45 (фон) 1,44 2,13 1,78 0,23 14,8

Фон + N20 1,82 2,21 2,01 0,46 29,7

НСР05 = 0,18 т/га. Разница между любыми средними, превышающими 0,18 т/га, значима на 5%-м уровне значимости.

НСР05 (А,В)= 0,07 т/га Доля фактора А= 17,9%

НСР05 (АВ)=0,09 т/га Доля фактора В=42,1 %

НСР05 (С)=0,10 т/га Доля фактора С=28,6%

НСР05 (АС, ВС)=0,06 т/га Доля парных взаимодействий

ВС = 3,3%, АВ=3,8,%, АС=2,9% Аналогичные данные были получены при возделывании сои в острозасушливом 2004 г. В варианте без удобрений при поддержании предполивного порога влажности почвы 70-80 % HB была получена достоверная прибавка урожайности сои 0,27 т/га относительно порога влажности почвы 50-60% HB (табл. 6).

АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ. Установлено, что продуктивность сои определяется плодородием почвы, так как ввиду отсутствия в почве специфической расы

клубеньковых бактерий биологическая азотфиксация не происходит. Для создания повышенного уровня азотного питания на слабогумусированных каштановых почвах сухостепной зоны необходимо вносить азотные удобрения.

Предпосевное внесение азотных удобрений в дозе 20 кг/га оказывало положительное влияние на повышение зерновой продуктивности сои, тем не менее, наибольшие прибавки урожая к контролю (32%) были получены при внесении минерального азота в дозе 45 кг/га. В условиях типичного гидротермического режима, низкой естественной обеспеченности азотом светло-каштановых почв для повышения продуктивности сои эффективно применение азотных удобрений в дозе 45 кг/га на фоне искусственного поддержания влажности почвы на уровне 70-80% НВ (табл. 6).

Установлено, что азотные удобрения, избыточное увлажнение вегетационного периода 2003 г. и искусственное поддержание влажности почвы на уровне 70-80% НВ задерживали созревание семян, что нежелательно в условиях короткого безморозного периода Тывы.

Таблица 6 - Урожайность сои в зависимости от применения минеральных удобрений и орошения (полевой опыт 2003-2004 гг.)__

Уровень увлажнения почвы (фактор В), %НВ Минеральные удобрения (фактор С) Урожайность, т/га, по годам исследований (фактор А) Средняя за 2 года, т/га Прибавка к контролю

т/га %

2003 2004

50-60 Контроль без удобрений 1,48 1,24 1,36 - -

N4^ (фон) 1,94 1,27 1,60 0,24 17,9

Фон + Р60 1,81 1,47 1.64 0,28 20,7

ФОН + Р60К45 1,81 1,47 1,62 0,27 19,0

Фон + РбоКоо 2,05 1,36 1,70 0,34 25.3

70-80 Контроль без удобрений 1,61 1,51 1,56 - -

N4^ (фон) 1,73 1,99 1,86 0.30 21.9

Фон + Рго 1,98 1,68 1,83 0,27 12,8

Фон + РбО^ 2,05 1.67 1,86 0,36 21,1

Фон + РбоК,» 1,78 1,48 1,63 0,07 5,4

НСР05 - 0,14 т/га. Разница между любыми средними, превышающая 0,14 т/га, значима на 5%-м уровне значимости.

НСР05 (А,В,С) = 0,07 т/га Доля фактора А=40,4%

НСР05 (АС, ВС, АВ) = 0,099 т/га Доля фактора В=21,1%

НСР05 (АВ) = 0,062 т/га Доля фактора С= 17,1 %

Доля парных взаимодействий: ВС= 10,2%, АС = 5,6%, АВ=5,6% ФОСФОРНОЕ ПИТАНИЕ. В засушливые годы фосфорные удобрения оказывали положительное влияние на формирование зерновой продуктивности сои за счет повышения устойчивости растений к неблагоприятным факторам

окружающей среды (засуха, повышение среднедекадных температур). Установлено, что в острозасушливом 2004 г. прибавка урожайности сои 0,23 т/га к контролю и 0,2 т/га относительно фона N45 была получена при внесении фосфорных удобрений в варианте с увлажнением почвы до 50-60% НВ. В варианте с поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ фосфорные удобрения ускоряли темпы развития сои, сокращали период вегетации, при этом наблюдалось снижение зерновой продуктивности на 15,6% относительно варианта с внесением азотных удобрений (см. табл. 6).

Повышение урожайности сои на 22,9% относительно контроля на фоне увлажнения почвы до 70-80% НВ в 2003 г. является подтверждением оптимизации пищевого режима сои за счет внесения фосфора.

КАЛИЙНОЕ ПИТАНИЕ. Использование различных доз калийных удобрений обусловлено поиском оптимальной дозы в связи с высокой потребностью сои, как зернобобовой культуры, в калии. Выявлено, что калийные удобрения в дозе 45 кг/га вызывали повышение продуктивности сои относительно варианта без внесения удобрений на двух уровнях влагообеспеченности.

Повышение дозы калийных удобрений до 90 кг/га в 2003-2004 гг. при поддержании предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ привело к снижению урожайности сои относительно варианта с применением М45Р6оК45 (см. табл. 6). Установлено, что в условиях засушливого климата попеременное увлажнение и высушивание почвы на орошении способствовало переводу калия минеральных удобрений в необменное фиксированное состояние и вызывало снижение эффективности повышенных доз калийных удобрений.

В 2003 г. (при избыточном увлажнении вегетационного периода) благоприятные условия промачивания почвы за счет атмосферных осадков способствовали переходу калия минеральных удобрений в доступное для растений обменно-поглощенное состояние. В варианте с увлажнением почвы до 50-60% НВ при внесении калийных удобрений в дозе 90 кг/га прибавка урожая зерна сои составила 0,57 т/га (38,5%) к контролю.

Опытами 2000-2005 гг. показано, что для повышения продуктивности сои необходимо внесение трех основных элементов питания (МРК). Наибольшая урожайность сои - 2,0 т/га была получена при внесении полного минерального удобрения при увлажнении почвы до 70-80% НВ.

3.4.4. Влияние минеральных удобрений и орошения на качество урожая сои. Содержание белка в зерне сои в годы исследований колебалось в пределах 35,7 - 40,3% (табл. 7). Повышение влагообеспеченности до 70-80% НВ в варианте без удобрений привело к снижению количества сырого протеина в зерне на 3,5% относительно варианта с увлажнением почвы до 50-60% НВ.

Таблица 7 - Качество урожая сои и сбор белка в зависимости от применения

Уровень увлажнения почвы, % HB Вариант Содержание протеина, % Сбор белка, кг/га Приб конт авка к ролю

кг/га %

50-60 Контроль(без удобрений) 38,8 527 - -

N45 - фон 38,6 619 92,0 17,5

Фон +Р6о 40,3 661 134,0 25.4

Фон +РбоК45 38,3 618 91,0 17,3

фон +РбоКад 39.9 679 152,0 28,8

70-80 Контроль (без удобрений) 35,7 556 - -

N45 - фон 37,7 701 145,0 26,1

Фон +РбО 38,4 703 147,0 26,4

Фон +Р60К45 36,2 674 118.0 21,2

Фон +РбоКсх> 36,1 589 33,0 5,9

НСР05 1.2

Азотные удобрения в варианте с увлажнением почвы до 70-80 % HB способствовали увеличению сырого протеина на 5,6% относительно контроля.

При внесении азотно-фосфорных удобрений количество сырого протеина в зерне сои возрастало на низком фоне влагообеспеченности на 1,5, высоком — на 2,7%.

Сбор сырого протеина с 1 га в варианте с увлажнением почвы до 50-60% HB при урожайности сои 1,37-1,70 т/га составил 0,55-0,68 т/га. Увеличение сбора сырого протеина в варианте с поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% HB до 0,56-0,71 т/га наблюдалось благодаря повышению урожайности сои.

3.5. Прием сеникации посевов сои

Лимитирующим фактором возделывания сои в условиях Республики Тыва является короткий безморозный период. Длина вегетационного периода 100120 дней. В таких условиях можно рассчитывать на районирование лишь скороспелых сортов. В связи с этим возникает необходимость использования агроприемов, направленных на ускорение созревания растений, особенно на завершающих этапах органогенеза. Для ускорения созревания семян и повышения урожая сои была проведена обработка посевов в период созревания раствором азотнокислого аммония (ускорение созревания семян, прием сеникации).

3.5.1. Определение оптимальной дозы сенпканта. Исследования 2002, 2007 гг. были направлены на установление оптимальных доз азотно-кислого аммония, способствующего ускорению созревания сои и вызывающего более эффективный отток питательных элементов из листьев в семена сои. Обработку проводили 2,5; 5,0; 7,5%-м раствором NH4NO3. Контролем служил вариант опрыскивания листьев водой.

Выявлено, что наиболее приемлемым был 5%-й раствор азотно-кислого аммония. Наибольшее снижение количества редуцирующих Сахаров в варианте

с применением 5%-го раствора азотно-кислого аммония свидетельствовало о максимальном оттоке пластических веществ из листьев в семена. Различная степень понижения влажности и редуцирующих Сахаров в листьях у растений опытных вариантов относительно контроля послужила причиной изменения зерновой продуктивности сои (табл. 8).

Таблица 8 - Содержание воды и редуцирующих Сахаров в листьях сои после обработки растворами аммиачной селитры различной концентрации (полевые опыты 2002-2007 гг.)___|

Вариант Урожайность (средняя за два года), т/га Содержание воды, % на абс. сухую массу Содержание редуцирующих Сахаров, мкг/100 г абс. сухой массы

Суток после обработки

3 7 14 7 20

Ы45Р«>К<,о(Фон) 1,99 73,3 71,9 66,9 130,4 120,0

Фон+ 2,5%-й раствор ЫН4 N03 2,10 71,9 67,3 51,6 130,4 94,4

Фон+ 5%-й раствор ЫН4 ЫОз 2,37 69,7 62,9 57,7 121,6 60,8

Фон + 7,5%-й раствор ЫНд ИОз 2,00 67,7 61,3 51,6 104,5 101,2

НСРоз - 2,1 4,82 3,42 7,5 22,3

Установлено, что в расчете на единицу площади самая высокая продуктивность посевов сои наблюдалась после обработки растений 5%-м раствором аммиачной селитры. Обработка листьев 5%-м раствором аммиачной селитры способствовала достоверному повышению числа зерен в 1 бобе. В опыте 2007 г. наблюдалось увеличение массы 1000 зерен.

3.5.2. Влияние сроков сеникации на продуктивность сои на фоне различного уровня увлажнения почвы. В 2003-2005 гг. изучали влияние на зерновую продуктивность сроков обработки посевов сои 5% - м раствором азотно-кислого аммония на фоне предпосевного внесения удобрений в дозе К45Р6оК.9о. Посевы сои опрыскивали 5%-м раствором азотно-кислого аммония на фоне различного уровня увлажнения почвы — 50-60 и 70-80% НВ в фазу зеленых, сизых, и бурых бобов. Контролем служил вариант опрыскивания водой.

Сеникация посевов сои на фоне увлажнения почвы 50-60% НВ в 2004 г. в фазу бурых бобов, а в 2005 г. - в фазу сизых и бурых бобов способствовала искусственному прекращению жизнедеятельности растений и вызывала нарушение налива семян и снижение урожая сои. В целях повышения зерновой продуктивности сои наиболее благоприятным сроком сеникации на этом режиме орошения является фаза сизых нижних бобов. В варианте с увлажнением почвы до 70-80% НВ повышение зерновой продуктивности сои на 41,2% к контролю вызывала обработка листьев сои 5%-м раствором азотнокислого аммония в фазу бурых нижних бобов, что соответствует 90-100%-му наполнению их зерном (табл. 9).

Таблица 9 - Урожайность сои после обработки посевов в различные фазы созревания водным раствором аммиачной селитры 5%-й концентрации (500 л/га) на фоне Н^РбрЬСяр__

Вариант Урожайность, т/га Масса зерна в % к контролю

2003 г. | 2004 г. | 2005 г. 2003 г. | 2004 г. | 2005 г.

Увлажнение почвы 50-60% НВ

Контроль 2,02 1,36 1,64 - - -

Зеленые бобы 1,90 1.36 1,72 -6.1 - 4.3

Сизые бобы 2,17 1,48 1,52 7.1 8.8 -7.7

Бурые бобы 2,13 1.20 1,38 5.4 -11,9 -16.5

НСРо; 0,20 0,15 0,07 - - -

Увлажнение почвы 70-80% НВ

Контроль 1.80 1,48 1,79 - - -

Зеленые бобы 1,69 1,36 1,75 -5.8 -8.0 -2.0

Сизые бобы 2,07 1,75 1,74 15.0 18.4 -2.4

Бурые бобы 1,89 2,09 1,93 5.0 41.2 7.8

НСР05 0,27 0,19 0,09 - - -

Установлено, что в благоприятном по гидротермическому режиму 2003 г. положительный эффект сеникации в ускорении созревания семян и повышении продуктивности сои наблюдался в фазу сизых нижних бобов (2-й срок сеникации) как на низком уровне поддержания предполивной влажности почвы - 50-60% НВ, так и на высоком - 70-80% НВ.

3.6. Энергетическая и экономическая оценка приемов повышения биоресурсного потенциала

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что наибольшее количество энергии получено в варианте с поддержанием предполивного порога влажности 70-80% НВ - в среднем по вариантам опыта 78,8-87,5 ГДж/га. Наибольший чистый энергетический доход был получен при поддержании предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ и составил при внесении М45Р6о 53,0 ГДж/га, КзаР^Ьмз - 63,4 ГДж/га. Применение N45, Т^45Р6о на фоне поддержания предполивного порога влажности почвы на уровне 50-60% НВ и ^Т20Р45К45 при пороге 70-80% НВ повысило окупаемость затраченной энергии относительно контроля. Установлено, что все изученные приемы повышения биоресурсного потенциала сои являются энергосберегающими, так как был получен чистый энергетический доход, который превышал затраты.

При максимальных производственных затратах наиболее экономически выгодным оказалось применение азотных удобрений на двух фонах влагообеспеченности, а при поддержании влажности почвы на уровне 70-80% НВ -^с^К« Увеличение урожайности сои до 1,86 и 1,98 т/га при пороге 7080% НВ обеспечило снижение себестоимости продукции и повышение рентабельности до 66,7 и 66,0 % соответственно.

Выводы

1. Почвенно-климатические условия сухостепной зоны Республики Тыва характеризуются низким плодородием почв и высокой аридностью климата.

2. Недостаточная сумма активных температур, необходимых для созревания в короткий вегетационный период, является дополнительным лимитирующим фактором для интродукции сои. Негативное влияние этих факторов в данной зоне компенсируется высокой суммарной инсоляцией.

3. Для повышения продуктивности агроэкосистем использован биологический потенциал сои. При выращивании скороспелых засухоустойчивых сортов сои на орошении урожайность составляет 0,9-2,0 т/га при сборе сырого протеина

0.5-0,7 т/га.

4. Биоресурсный потенциал сои при возделывании на светло-каштановых почвах в сухостепной зоне Республики Тыва определяется метеорологическими условиями вегетационного периода и изменяется в зависимости от приемов агротехники. В целях увеличения зерновой продуктивности посевов сои эффективно внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений в дозе 45 кг д.в./га.

5. Недостаток влагообеспеченности при возделывании полевых культур является лимитирующим фактором, поэтому для интенсификации продукционного процесса сои необходимо орошение. Оптимальным при возделывании сои является режим орошения с поддержанием предполивного порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ.

6. При возделывании сои в агробиоценозах улучшается почвенное плодородие. Выявлено, что использование удобрений под посевы сои позволяет повысить биоресурсный потенциал светло-каштановых почв, путем повышения содержания минерального азота, подвижных форм фосфора и калия.

7. В условиях сухостепной зоны клубеньковые бактерии на корнях сои не образуются. Для повышения плодородия почв необходимо внесение азотных удобрений.

8. Для ускорения созревания семян и повышения продуктивности сои необходимо использовать прием сеникации. Оптимальным сроком проведения сеникации 5%-м раствором аммиачной селитры посевов сои для успешного созревания и оттока питательных веществ из вегетативных органов является фаза сизых бобов при поддержании влажности почвы на уровне 70-80% НВ.

9. Интродукция сои при возделывании в высокотехнологичных агробиоценозах энергетически эффективна. Наименьшая энергетическая себестоимость достигнута в вариантах с применением удобрений Ы2<>Р45К45, ^РбоК« и составила при поддержании предполивного порога влажности почвы 70-80% НВ 12,2 ГДж/га, 50-60% НВ - 12,1 ГДж/га.

Практические предложения

1. Для повышения биологической активности почвы, улучшения ее гранулометрического состава рекомендуется интродукция культуры сои в условиях сухостепной зоны Республики Тыва.

2. С целью оптимизации условий выращивания сои следует применять такие агротехнические приемы, как биологическое обоснование режимов орошения, сбалансированное внесение минеральных удобрений, применение сеникации, что обеспечит повышение биоресурсного потенциала сои в условиях сухостепной зоны Республики Тыва.

3. Материалы комплексных исследований по определению биологического потенциала и продуктивности сои используются при проведении учебных занятий со студентами ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет» по направлению подготовки «Агрономия».

Список работ, опубликованных по теме диссертации Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Серен К.Д. Сеникация посевов сои (Glicine hispida Maxim.) в сухостепной зоне Республики Тыва / К. Д. Серен, Л. А. Игнатьев // Агрохимия. - 2008. - №

1.-С. 50-56.

2. Серен К.Д. Зерновая продуктивность сои в сухостепной зоне республики Тыва при орошении и внесении низких доз азотных удобрений / К. Д. Серен //Агрохимический вестник. - 2009. - №6. - С. 24-25.

3. Серен К.Д. Факторы регуляции продукционного процесса культуры сои (Glicine hispida Maxim) в сухостепной зоне Республика Тыва. / К. Д. Серен, Л. А. Игнатьев // Сибирский экологический журнал. - 2010. - Т. 17, № 3. - С. 515522.

4. Серен К.Д. Биологические ресурсы возделывания зернобобовых культур в условиях сухостепной зоны Республики Тыва /К.Д. Серен, P.P. Галеев // Плодородие.-2013.-№2. - С. 36-39.

Работы, опубликованные в других изданиях

5. Серен К.Д. Влияние зернобобовых культур и минеральных удобрений на изменение подвижных форм фосфора в каштановых почвах сухостепной зоны Республики Тыва / К. Д. Серен // Аграрная наука и сельское хозяйство РТ в современных условиях: сб. материалов науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию организации в Тыве первого научн. с.-х. учр. - Тувин. с.-х. опыт, станции (Кызыл, - 9-10 июня 2004 г.) / РАСХН. Сиб. отд-ние. ГНУ Тув. НИИСХ. -Абакан: тип. ООО «Фирма март», 2004. - С. 109-114.

6. Серен К.Д. Оптимизация интродукции сои (Clycine hispida Maxim.) в сухостепной зоне РТ / К. Д. Серен // Материалы XI съезда Рус. ботан. о-ва «Ботанические исследования в Азиатской России» (18-22 авг. 2003 г., г. Новосибирск - Барнаул) - Барнаул, 2003. - Т.З. - С. 108-109.

7. Серен К.Д. Влияние азотных удобрений на формирование клубеньков и продуктивность гороха / К. Д. Серен // Научное обеспечение АПК аридных территорий Центрально-Азиатского региона / РАСХН, Сиб. отд.-ние ГНУ Тув. НИИСХ; под ред. В.К. Каличкина и др. - Новосибирск, 2008. - С. 227-232.

8. Серен К.Д. Использование азотно-фосфорных удобрений в регуляции продукционного процесса культуры сои в сухостепной зоне Республики Тыва / К. Д. Серен, Л. А. Игнатьев // Вестн. ТывГУ. - 2009. - Вып. 2. - С. 62-64.

Подписано в печать 12. 09. 2013 г. Формат 1/16 60x84. Объем 1,0 уч.-изд. л., усл. 1,0 печ.л. Бумага офсетная. Заказ № 84. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве НГАУ 630009, РФ, г. Новосибирск, ул. Добролюбова 160, офис 106. Тел. факс (383) 267-09-10. e-mail: 2134539@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Серен, Клавдия Доржуевна, Новосибирск

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «ТУВИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», ФГБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201364193

Серен Клавдия Доржуевна

БИОРЕСУРСНЫИ ПОТЕНЦИАЛ СОИ В СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЕ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

03.02.14 - биологические ресурсы 06.01.04 - агрохимия (биологические науки)

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Р. Р. Галеев

Новосибирск 2013

Оглавление

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

1. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА СОИ КАК ВАЖНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО РЕСУРСА В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА............8

1.1. Природно-климатические условия региона исследований.........................8

1.2. Биоресурсы основных земледельческих зон Республики Тыва, определяющие возделывание сельскохозяйственных культур.........................22

1.3. Характеристика биологической видоспецифичности сои применительно к почвенно-климатическим условиям основной земледельческой территории Республики Тыва....................................................................................................32

1.4. Повышение биоресурсного потенциала сои................................................38

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................45

2.1. Почвенно-климатическая характеристика района проведения исследований..........................................................................................................45

2.2. Объекты и условия проведения исследований............................................50

2.3. Методы анализа почв и растений..................................................................52

2.4. Агротехнические приемы возделывания сои в опытах...............................54

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.....................................................................58

3.1. Экологические показатели, определяющие темпы роста и развития интродуцированной сои........................................................................................58

3.2. Поливной режим сои при возделывании в условиях сухостепной зоны Республики Тыва....................................................................................................62

3.3. Влияние возделывания сои на фоне минеральных удобрений на плодородие светло-каштановых почв..................................................................68

3.4. Продуктивность и качество урожая сои при внесении минеральных удобрений на фоне орошения...............................................................................78

3.4.1. Длина побега сои в зависимости от орошения и внесения минеральных удобрений....................................................................................78

3.4.2. Динамика накопления сухой надземной массы....................................80

3.4.3. Зерновая продуктивность сои..................................................................83

3.4.4. Влияние минеральных удобрений и орошения на качество урожая сои ..............................................................................................................................104

3.5. Прием сеникации посевов сои.....................................................................107

3.5.1. Определение оптимальной дозы сениканта.........................................109

3.5.2. Влияние сроков сеникации на продуктивность сои на фоне различного уровня увлажнения почвы...........................................................113

3.6. Энергетическая и экономическая оценка приемов повышения биоресурсного потенциала сои...........................................................................120

ВЫВОДЫ.................................................................................................................126

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ....................................................................127

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................................128

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одна из важных проблем сельского хозяйства в Республике Тыва - увеличение производства кормов высокого качества за счет введения в севообороты высокобелковых кормовых культур, к числу которых относятся зернобобовые. Дефицит белка является одной из причин, тормозящих повышение продуктивности животноводства. Белок служит основным критерием биологической полноценности корма, недостаток его в рационе ведет к увеличению расхода кормов.

В качестве кормовой зернобобовой культуры в республике возделывается горох. Нами предложена интродукция сои т.к. соя, по сравнению с другими зернобобовыми культурами обладает некоторыми преимуществами биологического и технологического характера. До настоящего времени соя в Республике Тыва не возделывалась.

Соя нашла широкое применение, как в питании человека, животных, так и в промышленности. Семена ее содержат 17-26 % жира, 36 - 48 % хорошо сбалансированного по аминокислотному составу белка и более 20 % углеводов. Разнообразный химический состав семян сои позволяет использовать их для пищевых, кормовых и технических целей. Из них готовят молоко, масло, маргарин, сыр, муку, колбасные, кондитерские изделия и много других продуктов.

Соя - ценная кормовая культура. В 100 кг сои, убранной в фазе цветения -налива бобов, содержится до 22 к. ед. и до 3 кг протеина. Для кормовых целей также используют жмых, шрот, соевую муку.

Соя как бобовая культура обогащает почву азотом. После ее уборки на 1 га накапливается 70-80 кг усвояемого азота (Кашеваров Н.И. и др., 1999; Петибская и др., 2001).

Эффективное использование биологического ресурса сои позволит обеспечить потребности населения в высокобелковых продуктах питания и укрепить сырьевую базу для кормления животных

Цель исследований. Изучить биоресурсный потенциал сои, его рациональное использование в условиях сухостепной зоны Республики Тыва. Задачи исследований:

1. Исследовать влияние экологических факторов региона возделывания на состояние биологических ресурсов сои.

2. Изучить эффективность интродуцирования сои для улучшения почвенного плодородия.

3. Установить влияние агротехнических приемов (орошение, использование удобрений, прием сеникации) на потенциал продуктивности и качества зерна сои.

4. Оценить биоресурсные возможности выращивания сои по продуктивности и качеству урожая.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Биологические ресурсы основных земледельческих зон Республики Тыва как основа для интродукции сои.

2. Повышение биоресурсного потенциала сои путем оптимизации условий ее произрастания с учетом влияния факторов внешней среды и агротехнических приемов возделывания.

3. Статистическая оценка взаимосвязи абиотических факторов с продуктивностью сои в условиях сухостепной зоны.

4. Агроэкологическая и биоэнергетическая оценка эффективности интродукции сои в сухостепной зоне Республики Тыва.

Научная новизна. В условиях рискованного земледелия сухостепной зоны Республики Тыва успешно интродуцирована соя. Оценено использование сои как биологического ресурса для повышения плодородия почв. Установлено действие абиотических факторов на показатели продуктивности сои. Доказано положительное действие агротехнических приемов (орошение, использование минеральных удобрений, сеникация) на повышение урожайности и качество семян сои.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты по интродукции сои позволяют рекомендовать производству оптимальные для данной почвенно-климатической зоны агроприемы, обеспечивающие высокую продуктивность культуры сои. Результаты научной работы используются в преподавании курсов «Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений» и «Программирование урожая сельскохозяйственных культур» для студентов сельскохозяйственного факультета ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет».

Апробация работы. Материалы диссертации представлены и обсуждены на научно-практической конференции, посвященной 70-летию организации в Тыве первого научного сельскохозяйственного учреждения - Тувинской сельскохозяйственной опытной станции (Кызыл, 2004 г.); Сибирском почвенно-агрохимическом семинаре «Актуальные вопросы сохранения плодородия почвы и регуляция продукционного процесса растений» (Новосибирск, 2005 г.); международной научно-практической конференции «Экономические аспекты устойчивого развития сельского хозяйства в Центрально-Азиатском регионе» (Кызыл, 2007 г.); научных конференциях преподавателей ТывГУ (Кызыл, 2005 и 2008- 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, включённых в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 6 глав собственных исследований, обсуждения, выводов и предложений производству. Работа содержит 25 таблиц, 11 рисунков, 14 приложений. Библиографический список включает 174 наименований, в том числе 10 иностранных.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом экспериментальных исследований, проведенных в 2000 - 2007 гг. Автором проведены полевые опыты, дана аналитическая оценка, обобщение, интерпретация полученных результатов. Основные экспериментальные данные получены самим автором, а часть материалов - с привлечением студентов

сельскохозяйственного факультета ФГБОУ ВПО ТувГУ. Автор выражает благодарность научному руководителю зав. кафедрой растениеводства и кормопроизводства ФГБОУ ВПО НГАУ, д-ру с.-х. наук, проф. P.P. Галееву, а также признательность за оказанную помощь в проведении исследований, подготовке научных публикаций вед. науч. сотр. лаборотории биогеоценологии ИЛА СО РАН, д-ру биол. наук проф. JT.A. Игнатьеву, ректору ФГБОУ ВПО Тув.ГУ, д-ру биол. наук, проф. С.О. Ондар.

1. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА СОИ КАК ВАЖНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО РЕСУРСА В УСЛОВИЯХ

РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

1.1. Природно-климатические условия региона исследований

Территория Республики Тыва характеризуется контрастными почвенно-климатическими условиями. В ее западных, центральных и южных районах преобладают горно-степные, степные, полупустынные ландшафты, на севере и юго-востоке - горная тайга. Благоприятные условия по какому-то одному из природных показателей не могут служить основанием для рационального размещения отраслей сельскохозяйственного производства, поскольку более или менее благоприятные температурные условия для выращивания сельскохозяйственных культур находятся в противоречии с низким плодородием или высокое плодородие почв и достаточное количество осадков сочетается с минимальными тепловыми ресурсами (Агроклимат ...., 1974).

В публикациях К.А. Соболевской (1950), Б.Ф Петрова (1952), С.А. Кушева (1957), H.A. Ефимцева (1957), Ф.Р. Зайдельман (1957), В.А. Носина (1957, 1963), М.В. Кириллова (1947, 1953, 1954), О.В. Юрлова (1962), В.И. Волковинцер (1978), С.С.Курбатской (1990, 2001, 2005), В.В.Чупровой, В.Н. Жулановой (2005, 2009), М.И. Дергачевой (2005) представлены особенности географического положения, основные черты орографии, рельеф, климат, гидрография, растительность и почвенный покров Тывы.

Географическое положение, рельеф. Республика Тыва расположена в центре Азии, в бассейне верхнего течения реки Енисей, между 49° 4" и 53° 5" с. ш. и 88° 49м и 98° 56" в. д. Занимаемая ею территория простирается с запада на восток более чем на 700 км; с севера на юг в восточной части Тыва протягивается на 380 - 480 км и в самой узкой, западной - на 100 км. Площадь ее составляет 172,1 тыс. км2. Около 80 % территории республики

занимают горы и лишь небольшая часть приходится на относительно равнинные участки. Для территории Республики Тыва характерны: резкая континентальность климата, исключительная контрастность ландшафтов, обширные леса, разнообразные - от высокогорных до полупустынных -пастбища.

По характеру рельефа территория Республики Тыва делится на две части: восточную и западную. Восточная часть - горная охватывает бассейны рек Бий-Хем и Каа-Хем. Западная часть принадлежит бассейну реки Улуг-Хем и ее левого притока Хемчик (рис. 1).

Орографическую основу территории образует ряд горных хребтов высотой 2500 - 3000 м. На территории Тывы выделяются горные системы: Шапшальская, Западно-Саянская, Восточный и Западный Тану- Ола, Чихачева, Цаган-Шибэту, Восточный Саян, Восточно-Тувинское нагорье, нагорье Сангилен, горы Прихубсугулья. Горные хребты Тывы имеют сложный рельеф, труднодоступны, значительно удалены от обжитых освоенных районов.

На севере расположена сложная система хребтов и нагорий Западного Саяна, в котором выделяются следующие геоморфологические подрайоны: а) Саянское нагорье представлено водораздельной частью нагорья и хребтами Сальджур, Сайлыг-Хем-Тайга, Кантегирский, Сабинский, Таскыл, Саянский; б) Алашское плато, расположенное на южном склоне Саянского нагорья; в) Куртушибинский хребет расположен к северо-востоку от реки Енисей, широтный хр. Бура (Уюкский) является боковой, восточной ветвью Куртушибинского хребта; г) Турано-Уюкская котловина расположена между хр. Куртушибинским и хр. Бура. Котловина имеет форму неправильного треугольника и ориентирована в направлении широтной долины р. Уюк.

я/ 90 93 91 95 93

Рисунок 1 - Орографическая схема Республики Тыва (по данным В. А. Носина): 1 - Центрально-Тувинская депрессия (1а - Хемчикская котловина, 16 - Улуг-Хемская котловина); 2 - Тоджинская депрессия; 3 - Убсунурская депрессия; 4 - Турано-Уюкская котловина

На юго-западе Тывы расположены самые высокие горные хребты. Шапшальский хребет примыкает к Западному Саяну с запада. Хребты Чихачева и Цаган-Шибэту, уходящие за пределы Тывы в Монголию, являются продолжением Шапшальского хребта к югу и юго-востоку. Монгун-Тайга занимает крайнюю юго-западную часть республики - это высшая (3970 м) точка Тывы. Вершина покрыта ледниками и снеговыми полями.

На юге республики находится горная система, состоящая из Западного и Восточного Танну-Ола и нагорья Сангилен. Эти три хребта образуют звенья мирового водораздела между бассейном Северно-ледовитого океана и бессточной областью Центральной Азии. Нагорье Сангилен расположено на юго-востоке, является водоразделом р. Каа-Хем и Тес-Хем.

На северо-востоке Тывы расположено Восточно-Тувинское нагорье, или хребет академика Обручева, состоящее из группы высоких горных хребтов с гольцовыми и острыми, зубчатыми вершинами, вытянутых в широтном направлении. Восточно-Тувинское нагорье занимает обширное пространство в междуречье Бий-Хема и Каа-Хема, примыкает на западе к Куртушибинскому хребту Западного Саяна, на востоке - к Большому Саяну.

Восточный Саян расположен на крайнем северо-востоке республике. Протяженность его около 200 км. Тыве принадлежат только южные склоны хребта. На западе он примыкает к Западному Саяну, на востоке протягивается до северной оконечности гор Прихубсугулья. Рельеф гребневой части высокогорный, сильно расчленен. Южные склоны обращены к Тоджинской котловине, глубоко расчленены правыми притоками реки Хамсыра.

Юго-восточная пограничная с Монголией территория Тувы представляет собой западный край обширного Прихубсутульского нагорья. Характерной особенностью этого района является меридиальное направление горных хребтов и межгорных котловин. Склоны гор крутые, сильно расчленены речными долинами.

Между хребтами и нагорьями расположены обширные относительно пониженные депрессионные территории: в центральной части республики -

сухостепная Центрально-Тувинская депрессия, на юге - полупустынная Убсу-Нурская, в северо-восточном секторе - таежно-лесная Тоджинская. Горные системы и нагорья Тывы, Алтая, Кузнецкого Алатау, Хубсугула создают многократное окружение котловин, что является определяющим фактором формирования климатических, почвенных и растительных особенностей.

Эта обширная депрессия состоит из Улуг-Хемской и Хемчикской котловин, и разделяющих их невысокихих горных хребтов и массивов.

Улуг-Хемская котловина расположена по долинам рек Улуг-Хем, Элегест, Шаган-Арыг, Чааты, Чаа-Холь, Демир-Суг. В северной и западной частях котловины наблюдается низкогорный, мелкосопочный сильно расчлененный рельеф отдельных изолированных возвышенностей (Элегестинские горы и Адар-Тош) и мелкосопочник право- и левобережья Улуг-Хема. В пределах котловины р. Улуг- Хем образовала широкую глубоко врезанную долину с хорошо выраженными террасами.

За пределами долины р. Улуг-Хем, в области распространения увалисто-грядового-равнинного рельефа, находятся древние сухие долины, ориентированные в северном или северо-западном направлении и бессточные небольшие долины с солоноватыми и солеными озерами (Хадын, Чедер), значительные массивы бугристых песков (Баян-Кол, Балгазын, Ий-Тал), закрепленные травянистой и древесной растительностью. В левобережье Улуг-Хема, вдоль северных склонов Западного и Восточного Танну-Ола развиты пологохолмистые равнины.

В западной части Центрально-Тувинской депрессии расположена Хемчикская котловина. По своей оси котловина ориентирована с эго-запада на северо-восток. Равнинные участки Хемчикской котловины приурочены к долинам р. Хемчик и ее притоков - Чадана, Шеми. В долине реки Хемчик и его притоков хорошо выражены террасы, занятые слабозакрепленными песчаными наносами. Река Хемчик в прирусловой части заросла пойменными лесами из тополя и ивы. Значительная территория котловины за