Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Действие электрического поля коронного разряда и ростового вещества ГУМИ на морфофизиологические характеристики и продуктивность яровой пшеницы в условиях техногенного загрязнения почвы лесостепной зоны Башкортостана

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Полякова, Лариса Римовна, Уфа

Башкирский государственный педагогический

институт

На правах рукописи

ПОЛЯКОВА ЛАРИСА РИМОВНА

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОРОННОГО РАЗРЯДА И РОСТОВОГО ВЕЩЕСТВА ГУМИ НА МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ЛЕСОСТЕПНОЙ

ЗОНЫ БА1ЖОРЗЙ^САНА

специальность 06.01.09 - растениеводство.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -доктор биологических наук, профессор, член-корр. АН РБ 3. М. Хасанова.

Уфа 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................................5

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................9

1.1 Экологическое состояние почв лесостепной зоны Башкортостана 9

1.2 Предпосевная обработка семян электрическим полем коронного

разряда...............................................................................................................11

1.3 Ростовое вещество ГУМИ и его применение в растениеводстве ... 13

ГЛАВА II. ОБЪЕКТ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................22

2.1 Агрометеорологические условия в годы исследований..................22

2.1.1 Темно-серые лесные почвы................................................................26

2.2 Объект исследования. Характеристика яровой пшеницы сорта Жница................................................................................................................28

2.3 Схема опытов............................................................................................29

2.3.1 Программа исследований...................................................................32

2.4 Методика полевых наблюдений и лабораторных анализов.............33

2.4.1 Фенологические наблюдения за растениями....................................33

2.4.2 Биометрические исследования...........................................................34

2.4.2.1 Учет массы, объема корней и вычисление коэффициента продуктивности корневой системы растений яровой пшеницы..........34

2.4.2.2 Определение суточной ритмики интенсивности транспирации .....................................................................................................................35

2.4.2.3 Определение чистой продуктивности фотосинтеза..................36

2.4.2.4 Определение суточной ритмики интенсивности дыхания.......37

2.4.2.5 Определение содержания аскорбиновой кислоты в листьях растений.....................................................................................................38

2.4.2.6 Определение содержания хлорофилла в листьях растений.....39

2.4.2.7 Определение содержания каталазы в листьях растений............ 40

2.4.2.8 Определение почвенной микрофлоры........................................41

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 42

3.1. Влияние предпосевной обработки семян электрическим полем

коронного разряда и регулятором роста ГУМИ на качество и величину урожая в различных почвенных условиях.................................................42

3.2. Влияние предпосевной обработки семян электрическим полем коронного разряда и ростовым веществом ГУМИ на некоторые физиологические процессы растений яровой пшеницы в различных почвенных условиях......................................................................................51

3.2.1. Чистая продуктивность фотосинтеза растений (Фон I)..................51

3.2.2. Содержание хлорофилла в листьях растений (Фон I).....................53

3.2.3. Площадь листовой поверхности растений (Фон I)..........................55

3.2.4. Содержание аскорбиновой кислоты и активность каталазы в листьях растений (Фон I)..............................................................................56

3.2.5. Суточная ритмика интенсивности дыхания растений (Фон I).......58

3.2.6. Суточная ритмика интенсивности транспирации растений (Фон I) ..........................................................................................................................59

3.2.7. Рост и развитие корневой системы растений (Фон I).....................60

3.2.8. Чистая продуктивность фотосинтеза растений (Фон II).................63

3.2.9. Содержание хлорофилла в листьях растений (Фон II)...................66

3.2.10. Площадь листовой поверхности растений (Фон II)......................67

3.2.11. Содержание аскорбиновой кислоты и активность каталазы в листьях растений (Фон II)............................................................................68

3.2.12. Суточная ритмика интенсивности дыхания растений (Фон II). 70

3.2.13. Суточная ритмика интенсивности транспирации растений (Фон II)......................................................................................................................71

3.2.14. Рост и развитие корневой системы растений (Фон II)..................72

3.3. Влияние загрязнения почв нефтепродуктами на почвенную

микрофлору.......................................................................................................75

ВЫВОДЫ...............................................................................................................76

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................77

ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................................................................95

Приложение 1....................................................................................................96

Приложение 2....................................................................................................97

Приложение 3..................................................................................................111

Приложение 4..................................................................................................126

Приложение 5..................................................................................................141

Введение.

Техногенная деятельность человека привела к смещению естественного равновесия в природных экосистемах. Ее негативное влияние, прежде всего, отразилось на агроэкосистемах, проявившись, в частности, в снижении эффективности плодородия почв и, как следствие, в снижении качества и количества урожая. На сегодня в регионах с высоко развитым промышленным производством наблюдается быстрая и необратимая деградация почв. К числу таких регионов относится Южный Урал и в частности, Республика Башкортостан, обладающая крупным нефтедобывающим, нефтеперерабатывающим и нефтехимическим комплексом. Здесь площадь загрязненных земель в результате добычи нефти, строительства дорог, трубо-, газо- и нефтепроводов составляет 2 тыс. га, при этом накоплено 2 млн. т нефтяных шламов на территории площадью 225 га, часть из которой относится к сельскохозяйственным угодьям (Фаткуллин, 1994). Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы загрязняют не только прилегающие территории, но за счет водной и воздушной конвекции оказывают влияние на отдаленные районы республики.

Известно, что нефтяное загрязнение почв относится к числу наиболее опасных техногенных химических загрязнений, поскольку оно полностью изменяет агрофизические свойства почвы, при этом нарушается структура агробиоценоза: гибнет нормальная микрофлора, меняются морфологические и физиологические показатели растений, что, в конечном счете, сказывается на выходе сельскохозяйственной продукции. Необходимо отметить, что если изменение почв при сельскохозяйственном использовании сравнительно легко поддается контролю и при научно обоснованном землепользовании возможно добиться даже улучшения почв, то химическое загрязнение способно привести к необратимым изменениям почв и их разрушению (Орлов, 1996). Ситуация усугубляется еще и тем, что почвы Южного Урала отличаются тя-

желыми механическими свойствами, склонны к переуплотнению и ухудшению агрофизических показателей. В связи с этим в практике сельского хозяйства, в частности растениеводстве, особое значение приобретают, с одной стороны, агротехнические приемы восстановления и улучшения естественного плодородия почв, с другой - приемы воздействия на потенциальные возможности растительного организма с целью мобилизации его внутренних ресурсов для противостояния негативным воздействиям, в частности, почвенному загрязнению. К числу последних относятся приемы предпосевной обработки семян электрическим полем коронного разряда (ЭПКР) и ростовым веществом ГУМИ (водный раствор гумата натрия, полученный из растительных ископаемых - молодых бурых углей Южного Урала). Эти приемы позволяют повысить продуктивность растений путем улучшения посевных качеств семенного материала, что особенно важно в условиях критического земледелия на фоне неблагоприятной экологической обстановки, где требуются особые технологические приемы подстегивания (стимуляции) для получения здоровых, жизнеспособных, дружных и выровненных всходов, закладывающих основу будущего урожая. Более того, они являются эффективными приемами «оздоровления» семян, улучшения их посевных качеств, повышения продуктивности сельскохозяйственных растений, получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции, легко увязываются со всеми другими агротехническими мероприятиями, экономически эффективны (Хасанова, 1992; Середа, 1994, 1995; Леонтьев, 1996; Трапезников, 1997; Ямалеев, 1996; Еникеев, 1996; Шафронов, 1997; Кузнецов, 1997). Необходимо отметить, что к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, касающийся исследования положительного действия данных приемов (каждого в отдельности) на растительный организм в условиях нормального землепользования. Однако нет исследования комплексного влияния ЭПКР и ростового вещества ГУМИ на сельскохозяйственные культуры в ус-

ловиях возделывания растений на фоне неблагоприятной экологической обстановки Республики Башкортостан.

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение эффективности экологически чистых приемов обработки семян яровой пшеницы ЭГЖР и ростовым веществом ГУМИ и их комплексного применения в сельском хозяйстве, в условиях загрязнения почв нефтепродуктами.

Для этого были сформулированы следующие задачи:

1. Изучение влияния ЭПКР и ростового вещества ГУМИ на рост, развитие и продуктивность яровой пшеницы сорта Жница

2. Исследование морфофизиологических характеристик растений в процессе их вегетации:

а) интенсивность транспирации и дыхания;

б) содержание хлорофилла;

в) содержание аскорбиновой кислоты;

г) содержание каталазы;

д) продуктивность фотосинтеза;

е) развитие надземных органов;

ё) развитие корневой системы;

ж) изучение микрофлоры почвы, загрязненной нефтепродуктами.

3. Исследование урожая, его структуры и качества.

4. Обоснование возможности применения предпосевной обработки семян ЭПКР и ростовым веществом ГУМИ в практике сельскохозяйственного производства на экологически неблагоприятных почвах.

Впервые проведено сравнительное изучение приемов предпосевной обработки семян ЭПКР и регулятором роста ГУМИ на экологически благоприятном и неблагоприятном почвенном фоне.

Впервые показано положительное влияние комплексного применения ЭПКР и природного регулятора ГУМИ на растения яровой пшеницы сорта Жница в условиях нефтяного загрязнения почвы.

Результаты исследований дополняют сведения о стимулирующем действии электрического поля коронного разряда и ростового вещества ГУМИ на растительный организм. Полученные выводы важны для широкого применения данных методов в практике сельского хозяйства не только на пахотных землях, но и на почвах с тяжелым механическим составом и загрязненных нефтепродуктами.

Результаты исследования изложены в диссертации, докладывались на итоговых научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Бирского государственного педагогического института (Бирск, 1995-1999), на заседании кафедры ботаники естественно-географического факультета Башгоспединститута (Уфа, 1997-1998), на научно-практической региональной конференции «Качество и продукция растениеводства» (Уфа, Агроуниверситет, 1997), на региональной конференции «Леса Башкортостана. Современное состояние и перспективы» (Уфа, Академия наук, 1997), на Всероссийской научно-практической конференции «Биологические науки в высшей школе. Проблемы и решения» (Бирск, 1998), на региональной научно-практической конференции «Экологическое образование. Проблемы и решения» (Бирск, 1998).

Основное содержание работы изложено в 8 публикациях.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания материалов и методов исследования (глава 2), результатов исследований (глава 3), заключения, списка цитируемой литературы, содержащей 200 наименований. Работа изложена на 158 страницах печатного текста, включает 7 таблиц, 21 рисунок, 5 приложений.

Глава I. Обзор литературы.

1.1 Экологическое состояние почв лесостепной зоны Башкортостана

Почвы Республики Башкортостан отличаются тяжелым механическим составом, склонны к переуплотнению и ухудшению агрофизических свойств, что особенно ярко проявляется в условиях техногенного загрязнения.

В лесостепной зоне Башкортостана основные техногенные нарушения почв связаны с добычей нефти и газа. Такие земли расположены на территории Краснокамского, Иглинского, Калтасинского, часть Дюртюлинского, Янаульского районов. Комплексный анализ состояния почвенного покрова и свойств почв республики показал тенденцию тотальной деградации почв, снижения плодородных характеристик - ухудшение агрофизических свойств, дегумификация, отрицательные балансы элементов питания, техногенное нарушение. Это послужило основой разработки "Комплексной программы повышения плодородия почв Башкирской АССР на 1990-1995 год" (Хазиев, и др., 1995), в которой определены основные нормативные показатели, направления и практические приемы эффективного использования, защиты от деградации и повышения плодородия почв.

Площадь учтенных нарушенных земель республики превышает 13 тыс. га. Изучены свойства загрязненных и нарушенных почв и разработаны технологии восстановления плодородия почв, загрязненных нефтью (Хазиев, 1997). Эти почвы выделены в специальный класс техногенно-преобразованных. При загрязнении почв нефтью, нефтепромысловыми сточными водами не происходит механической деформации почвенного покрова. Антропогенные преобразования проявляются в изменении отдельных морфологических и аналитических свойств почвы. Такие почвы называются

"почвы, загрязненные нефтью и техногенно-засоленные". Оценку степени загрязнения нефтью предлагается давать по количеству привнесенного нефтью углерода. Сравнивают количество углерода в нефтезагрязненной почве и близлежащей чистой почве. Выделяются следующие градации: слабое - прирост углерода больше 1%, среднее - от 1% до 3%, сильное - от 3 до 10%, очень сильное больше 10% (Хазиев, 1997).

Изменения, возникающие в почве при загрязнении нефтью и нефтепродуктами, зависят как от количества и химического состава загрязнителей, так и от рельефа, свойств почвы.

Морфологические признаки загрязнения почвы изменяются во времени. В начальной стадии загрязнения серых лесных почв нефть концентрируется в органогенных горизонтах. Постепенно происходит перераспределение нефти в почве, максимум скопления приходится на глубину 120-150 см (Хазиев, 1997).

Главной причиной торможения развития растений и их гибели в загрязненных почвах является нарушение поступления воды, питательных веществ и кислородное голодание. В большинстве случаев на поверхности почвы образуется плотная корка, которая может разрушиться при механическом воздействии. Хазиев (1995), Мукатанов (1995), указывают на то, что при образовании битумизированной корки происходит нарушение водно-воздушного режима, изменяется интенсивность окислительно-восстановительных ферментативных процессов, ведущих к резкому снижению продуктивности сельскохозяйственных растений.

По отношению к почвенной микробиоте слабая концентрация нефти выступает как биологический стимулятор. Увеличение дозы приводит к необратимым изменениям. При дозах до 300 мг на килограмм почва становится основным трофическим субстратом для углеводородокисляющих микроорганизмов, другие микроорганизмы, растения и животные находятся в угнетенном состоянии. Превышение этой дозы практически подавляет биологиче-

скую активность почвы. В частности, наблюдается уменьшение численности актиномицетов, усваивающих минеральные формы азота и нефтеокисляю-щей микрофлоры. В результате наблюдается угнетение окислительно-восстановительных, ферментативных процессов, приводящих к снижению биологической активности и плодородия почвы. Восстановление же почвы затем может продолжаться несколько десятков лет (Киреева, 1995).

1.2 Предпосевная обработка семян электрическим полем коронного разряда

Электрическое поле, наряду с гравитационными и магнитными полями относится к числу геофизических факторов, на которые растения реагируют определенным образом. Естественными источниками электромагнитных полей являются Земля, Солнце (особенно в период повышенной активности) и космос в целом. Дополнительными - промышленные приборы и установки, оказывающие существенное влияние на живые организмы, чем и продиктована необходимость рассмотрения исследований в области изучения электрических полей, в частности, на растительный огранизм.

Впервые стимулирующее действие атмосферного электричества на растения было показано Эдинбургским врачом Мамри в 1746 году.

Аналогичные результаты были получены Берталоном (1776), Гордини (1793), Грондо (1848), что легло в основу систематического изучения влияния электрического поля на растения. Доказательства необходимости естественного электрического поля для нормального