Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Идентификация летучих компонентов внутренней газовой фазы некоторых растений аллелопатического характера и взаимовлияние их в фитоценозах

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Идентификация летучих компонентов внутренней газовой фазы некоторых растений аллелопатического характера и взаимовлияние их в фитоценозах"

РГ6 од

ту

'КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. И. И. ИВАНОВА

На правах 'рукописи

БУРЦЕВ Анатолий Федорович

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ ВНУТРЕННЕЙ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА И ВЗАИМОВЛИЯНИЕ ИХ В ФИТОЦЕНОЗАХ

11.00.11 — охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

КУРСК, 1997

Диссертационная работа выполнена в Агрофизическом НИИ в 1970—1974 гг. и на кафедрах почвоведения и агрохимии, биологической и органической химии Курской государственной сельскохозяйственной академии в 1993—1996гг.

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор I Г. Р. РикЛ доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАЕН и ААО РФ В. Д. Муха.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Л. А. Жукова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Т. Лобков.

Ведущая организация; Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии.

Защита диссертации состоится 1997 г.

в /0 часов на заседании диссертационного Совета Д. 120.25.01. в Курской государственной сельскохозяйственной академии им. профессора И. И. Иванова, по адресу: 305021, г. Курск, ул. К- Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГСХА.

Автореферат разослан » ^ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидату сельскохозяйственных наук- А. КЛЕЙМЕНОВА.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В современной экологии весьма существенное значение имеет вопрос о механизмах поддерживания относительного равновесия и устойчивости в экосистемах. Для понимания этих механизмов важную роль играют взаимодействия организмов посредством органических химических веществ, которые могут продуцироваться биологическими системами. В настоящее время хорошо известно, что все растения в процессе своей жизнедеятельности образуют и выделяют в окружающую среду (почву, воду и атмосферу) разнообразные органические химические вещества, свойственные каждому виду растений. В результате этого, взаимодействие между видами растений может осуществляться как при непосредственном контакте друг с другом, так и в случае их пространственной разобщенности. Химические вещества, которыми растения воздействуют на соседей, могут находиться в различных агрегатных состояниях (твердом', жидком, газообразном) и в зависимости от этого может меняться характер их влияния. Данное явление получило название аллелопатии (Грюмер Г., 1957).

При изучении аллелопатии в естественных сообществах рядом авторов показано наличие экологических механизмов химического взаимодействия: выщелачивание фенольных веществ из живых листьев и опада, накопление летучих терпенов в сухой почве, межкорневой обмен метаболитами, образование токсических восстановленных соединений в почве при анаэробном почвоутомлении.

Несмотря на многочисленность исследований, связанных с явлением аллелопатии, имеется еще много неизученных вопросов. Недостаточно полно изучен качественный и количественный состав органических соединений, входящих в газообразную фазу растений. Органические соединения разных классов ответственны за явление аллелопатии в том или другом сообществе растений. Представляют определенный интерес вопросы, связанные с влиянием фитонцидов одного вида растения на прорастание семян другого и взаимовлияние этих растений в культурных агрофитоценозах в полевых условиях. Знание этих вопросов будет способствовать рациональному

формированию агроэкосистем и применению экологически выгодных способов и приемов культивирования растений.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью данной научной работы является комплексное исследование по идентификации органических соединений внутреннего воздуха растений аллелопатического характера, установление их влияния на прорастание семян полевой и овощной культур (яровой пшеницы и огурца) в лабораторных условиях, а также формирование урожая этих культур в полевых условиях.

Для достижения этой цели в исследовании были поставлены следующие задачи:

- идентифицировать качественный и количественный состав внутренней газовой фазы несколько попарно взятых растений с отрицательными аллелопатическими свойствами: репчатый лук - огурец, грецкий орех - томат, горчица белая - белладонна;

- на примере репчатого лука "Сгригуновский острый" сопоставить качественный и количественный состав внутреннего воздуха надземной части растения (перья) с подземной (луковица);

- в лабораторных условиях выявить действие летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца;

- в полевых условиях, при совместном произрастании лука репчатого с яровой пшеницей и огурцом выявить аллелопатический эффект лука в зависимости от фона питания и способа посева севка в указанных сообществах, а также относительно сорных растений.

Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование аллелопатии культурных и сорных растений с применением физико-химического метода анализа. Разработаны новые методические подходы в изучении идентификации летучих компонентов внутренней газовой фазы растений аллелопатического характера. В лабораторных условиях выявлено влияние идентифицированных органических соединений репчатого лука и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца. В полевых условиях в

фитоценозе установлен аллелопатический эффект лука репчатого с яровой пшеницей, огурцом и сорными растениями, что является важным моментом с точки зрения охраны окружающей среды.

Теоретическая н практическая значимость работы. Масс-спектрометрический анализ внутренней газовой фазы исследуемых растений показал разнообразие качественного и количественного состава органических соединений, их функциональную роль в процессе метаболизма, а также компоненты, ответственные за аллелопатическую активность разных растений. Установлено, что лук репчатый обладает наиболее сильной биологической активностью, обусловленной, в основном, действием серосодержащих соединений (меркаптаны, дисульфид).

Последние могут вызывать как положительное, так и отрицательное влияние на растения.

Лабораторными опытами установлены наиболее благоприятные режимы действия фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца, что дает возможность приготовления водных экстрактов для предпосевной обработки семян.

Положительное аллелопатическое влияние лука на пшеницу и отрицательное на огурец в полевых условиях может служить теоретической предпосылкой для дальнейшего изучения других растений, разработки технологий совместного возделывания, выбора предшественников, культур-уплотнителей и т.д.

Данные об угнетающем влиянии лука на просо куриное показывают на возможность использования аллелопатической активности лука для биологической борьбы с сорняками. В результате исследований разработаны и выносятся на защиту следующие основные положения:

1. Качественный и количественный состав органических соединений внутреннего воздуха несколько попарно взятых растений с отрицательным аллелопатическим эффектом.

2. Результаты лабораторных исследований по влиянию летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого и листьев огурца на прорастание семян яровой пшеницы и огурца.

3. Аллелопатия лука репчатого в сообществах с яровой пшеницей, огурцом и сорными растениями на разных фонах питания в полевых условиях.,

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и получили положительную оценку на: Межреспубликанской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов сельскохозяйственного производства, 22-24 ноября 1972 г. (г. Ленинград); 2-й Всесоюзной конференции по масс-спектрометрии, 22-24 октября 1974 г. (г. Ленинград); научно-техническая конференция Агрофизического научно-исследовательского института в 1973 и 1974 гт. (г. Ленинград); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и межкафедральном заседании Курской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И.Иванова.

Материалы исследований включены в программы учебного процесса по специальности 1502 - агрономия и 11.00.11 - охрана окружающей среды.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и три находятся в печати.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включает 49 таблиц, 18 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, рекомендаций производству, списка, использованной литературы и$ 173 наименований, в том числе 70 зарубежных, приложений.

Объекты и методики исследований. Исследования выполнены в рамках поставленных задач с использованием физико-химического лабораторного и полевого методов исследований.

Физико-химический анализ внутреннего воздуха растений выполнен в Санкт-Петербургском Агрофизическом НИИ в 1970-1974 гг. под руководством доктора физико-математических наук, профессора Г.Р.Рика |и консультанта -кандидата биологических наук старшего научного сотрудника Т.Е. Пащенко. Научно-методическое руководство по проведению лабораторных и полевых опытов в условиях Курской государственной сельскохозяйственной академии (1993-1996 гг.), оформлению диссертационной работы-осуществлялось заслуженным деятелем науки Российской Федерации доктором сельскохозяйственных наук профессором академиком РАЕН и ААО РФ В.Д.Мухой. Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность и

признательность за оказанную помощь моим руководителям, консультанту и коллегам по совместной работе.

Масс-спектрометрический анализ проводился для изучения качественного и количественного состава летучих органических соединений внутренней газовой фазы растений с отрицательными аллелопатическими свойствами: репчатый лук-огурец, грецкий орех - томат, горчица белая - белладонна. Для сбора летучих соединений и дальнейшей подготовки их к масс-спектрическому анализу была изготовлена в стеклодувных мастерских стеклянная система (рис. 1), которая позволяет произвести отгонку летучих компонентов в вакууме с одновременным улавливанием их в охлаждаемых ловушках. Запись масс-спектров осуществлялась на серийном масс-спектрометре МХ 1303.

Для получения более полной информации о количестве компонентов в конденсате и облегчения идентификации исследуемых соединений в своей работе также использовали газо-жидкостные хроматографы "Хром-31", "Цвет-2" с пламенно-ионизационными детекторами, работающими в дифференциальном режиме.

Лабораторные опыты. Нами проведены лабораторные опыты по изучению влияния летучих и нелетучих фитонцидов луковицы и перьев лука "Стригуновский острый" на прорастание семян яровой пшеницы "Оренбургская 10" и огурца "Дальневосточный 27". Кроме того, изучалось влияние сока листьев огурца на прорастание семян огурца. Изучение прорастания семян проводилось с учетом концентрации и времени воздействия фитонцидов. Определенная концентрация летучих фитонцидов достигалась различными навесками измельченного растения в 1,3, 5 и 10 г. В качестве нелетучих фитонцидов был испытан 100-й нативный сок и его разведения в соотношениях 1:1, 1: 5, 1 : 10, 1 : 20, 1 : 50, 1 : 100 и 1 : 200. Семена подвергались действию этих фитонцидов в течение 12, 24 и 48 часов. За контроль приняты семена, замоченные в дистиллированной воде в течение 12 часов. Проращивание семян осуществлялось в термостатах в соответствии с "Техническими условиями ГОСТА"

Полевые опыты. Результаты лабораторных опытов по изучению влияния летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого на прорастание семян яровой пшеницы и огурца

являются логическим основанием для проведения исследований на вегетирующих растениях в полевых условиях.

Опыт 1. " Аллелопатия лука репчатого в сообществах с яровой пшеницей и сорными растениями на различных фонах

питания"

В эксперименте использовалась яровая пшеница "Оренбургская 10" и лук "Стригуновский острый". Опыт заложен по схеме полного факториального эксперимента 2x3.

Схема полного факториального эксперимента (ПФЭ)

№ вариантов

Удобрения (фактор А)

Пшеница + лук (фактор Б)

М45Р45К*5 Пшеница (контроль)

то же Пшеница + чернушка

то же Пшеница + севок

ИбаРёоКбо Пшеница (контроль)

то же Пшеница + чернушка

то же__Пшеница +.севок_

Повторность опытов четырехкратная, площадь учтенной делянки 10 и*2, форма - прямоугольная с соотношением сторон 2x5.

Делянки в опыте расположены методом рендомизированных повторений в два яруса.

В эксперименте проводились соответствующие наблюдения и уреты. Методика исследований основана на принципе случайного отбора проб достаточного объема.

Засоренность посевов учитывалась перед уборкой пшеницы количественно-весовым методом в четырехкратной повторности. Масса сорняков определялась в воздушно-сухом состоянии.

Густота стояния растений пшеницы учитывалась после появления полных всходов и перед уборкой на стационарных фиксированных площадях по 0,25 м2 в четырехкратной повторности. Структура урожая определялась по методике Госсортсети. Учет урожая - сплошной, поделяночный , вручную. Урожайные данные зерна пшеницы приведены к 14 %

стандартной влажности и обработаны статистически дисперсионным методом по схеме двухфакторного опыта по Б.А.Доспехову (1985).

Опыт 2. "Аллелопатия лука репчатого в сообществе с огурцом"

Схема однофакторного опыта:

1.0гурец (контроль)

2. Огурец + севок в междурядиях огурца

3. Огурец + севок в рядках огурца.

Повторность опыта трехкратная, площадь учетной делянки -16 м2.Урожайные данные огурца обработаны статистически дисперсионным методом по Б.А.Доспехову (1985).

Результаты исследований

Идентификация органических соединений внутреннего воздуха изучаемых растений масс-спектрометрическим методом.

Данный анализ показал разнообразие органических соединений, представляющих собой алифатические спирты, альдегиды, кетоны с небольшой молекулярной массой, а также серосодержащие соединения и этиленовые гомологи (табл. 1,2,3). Идентифицированные соединения являются промежуточными продуктами обмена веществ растений. Анализ таблиц 1,2,3 показывает, что основную часть продуктов метаболизма внутренней газовой фазы растений составляет двуокись углерода, концентрация которой выше, чем в окружающем воздухе, в несколько десятков раз, что является показателем затрудненной аэрации внутренних тканей и развития в них анаэробных процессов. В составе внутреннего воздуха изучаемых растений содержатся общие компоненты -уксусный альдегид, этиловый спирт, пропионовый альдегид и присутствуют характеристические компоненты, придающие определенную фитонцидную активность растению и аллелопатические свойства.

1. Качественный и количественный состав внутреннего . воздуха листьев огурца

Название соединения

Формула

Массовое число, а.е.м.

Мол., %

Метиловый спирт СНзОН

Уксусный

альдегид

Пропионовый

альдегид

Масляный

альдегид

Двуокись

углерода_

СИ, - СНО С2Н5-СНО С3Н7-СНО С02

32 44

58

72

44

43.2

15.3

30,9 10,7 1,15 е

час

2. Качественный и количественный состав внутреннего воздуха лука репчатого

Название Луковица Перья лука

соединения Формула Массо- Мол., Массо- Мол.,

вое % вое %

число, число,

а.е.м. а.е.м.

"Уксусный СНз-СНО нет нет 44 11,6

альдегид

Метиловый СНзОН 32 39,6 нет нет

спирт

Пропионовый С2Н5-СНО 58 15,2 58 31,8

альдегид

Пропиловый С3Н7ОН 60 9,4 60 22,2

спирт

Пропил- СзН7 - БН 76 24,3 76 34,4

меркаптан

Дипропил- (С3Н7)2-82 150 11,5 нет нет

днсульфид

Двуокись СОг 44 0,84-Е 44 1,05ж

углерода Ч1С час

3. Качественный и количественный состав внутреннего воздуха листьев томата и редкого ореха

Название Листья томата Листья грецко-

- го ореха

соединений Формула Массо- Мол., Массо- Мол.,

вое % вое %

число, число,

а.е.м. а.е.м.

Уксусный СНз-СНО 44 16,6 44 45,6

альдегид

Этиловый С2Н5ОН 46 38,4 46 15,3

спирт

Бутиловый С4Н9ОН 74 12,1 74 10,5

спирт

Диметилкетон С2Н6. СО 58 21,7 нет нет

Валериановый С4Н9.СНО 86 11,2 нет нет

альдегид

Бутилен С4Н8 нет нет 56 13,7

а - терпинеол СюН^ОН нет нет 153 13,7

Двуокись С02 44 1,28-к 44 1,42«

углерода час час

2. ВЛИЯНИЕ ФИТОНЦИДОВ РЕПЧАТОГО ЛУКА И ЛИСТЬЕВ ОГУРЦА НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И ОГУРЦА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Изучение влияния летучих фракций перьев и луковицы показало, что в зависимости от концентрации и времени их воздействия происходит стимуляция или торможение ростовых процессов в семенах яровой пшеницы и огурца.

В таблице 4 показаны условия наибольшего воздействия летучих фитонцидов на прорастание семян. Так, у пшеницы наблюдалось наибольшее стимулирующее влияние фитонцидов при 10-граммовой навеске перьев и 24-часовой экспозиции. Длина зародышевого корешка и первого листа составили 14,4 и 3,2 см (123 и 133 % к контролю). Влияние внутренней газовой

4. Влияние летучих фитонцидов лука репчатого на прорастание семян яровой пшеницы и огурца

Семена культур Время ЭКСПОЗИЦИИ, час Изучаемые параметры Контроль Масса перьев, г Масса луковицы, г

1 3 5 10 1 3 5 10

средние значения параметров

Зародышевый 11,7 12,4 12,6 12,6 14,4 16,0 17,5 17,3 16,9

Пшеница корешок ,см

яровая 24 1-й лист ,см 2,4 2,9 2,9 3,1 3,2 3,3 4,9 5,0 5,0

Энергия про- 53 53 53 55 55 55 55 60 60

растания, %

Всхожесть, % 90 90 90 90 90 90 90 90 90

Отурец 48 Главный заро- 10,8 8,7 8,7 7,1 4,3 7,8 5,5 4,7 4,0'

дышевый

корешок, см

ГШЮК0ТШ1Ь,СМ 5,4 4,1 4,0 3,7 ( 3,0 3,9 3,2 2,5 1,9

Энергия про- 56 45 45 40 40 40 40 40 36

растания, %

Всхожесть, % 96 75 75 65 54 70 70 62 49

фазы луковицы имеет эту же положительную тенденцию, но с более сильным эффектом при всех навесках.

Семена огурца испытывали наиболее сильное угнетающее действие летучих фитонцидов перьев (особенно луковица) в экстремальных условиях проращивания - при навеске 10 г и 48-часовой экспозиции. Главный зародышевый корешок уменьшился в 2,5-2,8 раза, шпокотиль - в 1,8-2,8 раза, всхожесть находилась на 41-47 %.

В таблице 5 представлены данные о влиянии нелетучих фитонцидов лука на прорастание семян пшеницы и огурца. Стопроцентный сок и разбавление 1:1 вызывали полную гибель семян. У пшеницы наблюдалось стимулирующее влияние низких концентраций сока перьев и луковицы (1: 100) после 24-часового замачивания. У огурца тормозилось прорастание семян в наибольшей степени при разбавлении сока 1:5 и 48-часового замачивания семян.

Положительное действие летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого на прорастание семян пшеницы мы объясняем присутствием серосодержащих соединений, усиливающих процесс гликолиза при прорастании зерновок. В отличие от зерновок пшеницы, семена огурца формируются в плодах, что говорит о большом значении газовой среды для жизнеспособности семян. Угнетающее действие репчатого лука можно объяснить нарушением газового режима в семенных тканях огурца.

Проведенный нами лабораторный опыт по изучению влияния сока листьев огурца на прорастание семян огурца показал, что 100 %-ый сок также вызывает гибель семян, а при снижении концентрации сока (начиная с 1:5) отмечалось стимулирующее влияние. Наибольший положительный эффект получен при разбавлении сока 1:100 и времени экспозиции 24 часа.

5. Влияние нелетучих фитонцидов лука репчатого на прорастание семян яровой пшеницы и огурца

Семена Время Изучаемые Конт- Разбавление сока перьев Разбавление сока луковицы

культур экспози- параметры роль сок 1:5 1:20 1:100 сок 1:5 1:20 1:100

100% 100%

ции, час средние значения параметров

Зародышевый 11,7 14,3 16,3 16,5 13,2 14,2 16,3

Пшеница Корешок ,см пол- пол-

яровая 24 1-й лист ,см 2,4 ная 13,6 3,7 4,4 ная 3,2 3,8 4,1

Энергия про-' 52 ги- 45 48 52 ги- 40 45 52

растания, % бель- бель-

Всхожесть, % 90 семян 70 80 90 семян 65 75 90

Огурец 48 Главный заро- 10,8 8,6 9,0 9,2 7,6 8,5 9,4

дышевый пол- пол-

корешок, см ная ная

Гипокотиль,см 4,2 ги- 2,8 3,0 3,5 ги- 1,9 2,3 3,0

бель- бель-

Энергия про- 56 семян 35 35 45 семян 30 35 45

растания, %

Всхожесть, % 96 58 60 70 49 55 65

3, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛУКА В СООБЩЕСТВАХ С ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ И СОРНЯКАМИ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Условия проведения опыта. Почва опытного участка темно-серая лесная, тяжелосуглинистая. Мощность гумусового горизонта 50-55, пахотного - 28-30 см. Структура почвы в пахотном слое комковато-пылеватая. Равновесная объемная масса 1,20 - 1,25 г/см3. При увлажнении почва быстро уплотняется, заплывает и образует корку.

Агрохимические показатели характеризуют почву опытного участка как среднеокулыуренную. Содержание гумуса - 3,8-4,2 %, реакция почвенного раствора - слабокислая (pH солевое -5,4-5,5), степень насыщенности основаниями - 75-80 %.

Метеорологические условия в годы исследований отличались по температурному режиму, количеству и характеру выпадения осадков.

Вегетационный период 1994 года (с мая по июль) характеризуется пониженным температурным режимом с недостаточным количеством осадков. В мае-июне температура воздуха была ниже многолетней на 2,3°С, в июле - на 0,4 0 , Осадки вегетационного периода составили 167 мм (89 % к норме).

1995 год был жарким и сухим, особенно в июне-июле, что неблагоприятно отразилось на формировании урожая яровой пшеницы. За вегетационный период температура воздуха превысила среднюю многолетнюю на 3,2 осадки составили 153 мм (82 % к норме).

В 1996 году метеорологические условия были близки к типичным. Погода была умеренно-теплой, однако в отдельные периоды отличалась резкими перепадами суточной температуры и неравномерным выпадением осадков. За вегетационный период выпало 182 мм осадков (90 % к норме). Этот год был наиболее благоприятным для роста и развития подопытных культур.

Агротехния яровой пшеницы в системе основной и предпосевной обработки почвы была общепринятой для этой культуры применительно к темно-серым лесным почвам Курской области.

Предшественник яровой пшеницы - вико-овсяная смесь.

Перед посевом пшеницы был выделен участок и разбит опыт в соответствии с принятой схемой. Посев пшеницы проводился вручную по маркеру в соответствии с поштучной нормой высева (500 шт/м2 или 5 млн штук на гектар). Для посева использовали семена 1 класса посевного стандарта. Способ посева обычный рядовой (междурядне 15 см), глубина заделки семян - 5-6 см. На всех делянках под вспашку внесли нитрофоску (N45P45K45).

На делянках с повышенным фоном питания (NeoPeo Кот) дополнительно внесли в рядки нитрофоску из расчета N15P15K15 действующих веществ, согласно схеме опыта, на делянках '"пшеница + чернушка" посеяли семена лука около рядков пшеницы на глубину 2-3 см из расчета 70 кг/га. На делянках "пшеница + севок" высаживали луковицы севка диаметром 11,5 см на расстоянии 15 см друг от друга.

Уборку урожая яровой пшеницы проводили в начале августа. Подсушенные снопы обыолачпвали на сноповой молотилке МЗБ - И. В опыте учитывался урожай лука-репки на варианте "пшеница + севок".

3.1. Влияние фитонцидов па сорные растения в совместных посевах с пшеницей

В табл. 6. представлены данные количественно-весового учета сорняков в конце вегетационного периода яровой пшеницы. По нашим наблюдениям, 1994 год был благоприятным для ранних яровых сорняков, в частности для редьки дикой. Так, из общей численности сорняков 40-50 шт/м2 более половины пришлось на редьку дикую, примерно столько же на прочие малолетние и 1-3 шт/м2 насчитывалось многолетних корнеотпрысковых сорняков.

В 1995 г., в условиях повышенного температурного режима в весенний период, отмечено появление массовых всходов проса куриного, преобладание которого сохранилось до конца вегетационного периода. На долю проса куриного приходилось более 90% от общего количества сорняков.

На варианте «пшеница+севок» отчетливо проявилось угнетающее действие лука на просо куриное. По сравнению с

6. Численность и масса сорняков в сообществах пшеницы с луком

Годы

Удобре- Варианты 1994 1995 1996

ния всего, шт/м2 в т.ч. редька дикая в/сух. масса, г всего, шт/м2 в т.ч. просо куриное в/сух. масса г всего, шт/м2 в т.ч. просо куриное в/сух. масса, г

Пшеница (контроль) 40 17 26 88 80 28 НО 107 50

К,5Р45К,5 Пшеница + чернушка 44 22 20 76 70 21 85 80 46

Пшеница + севок 37 19 19 51 47 19 53 47 20

Пшеница (контроль) 50 24 40 90 82 36 117 110 52

ИбоРбоК^о Пшеница + чернушка 38 22 29 81 72 27 98 87 52

Пшеница + севок 42 21 32 45 42 17 48 40 18

контролем, численность этого сорняка уменьшалась в 1,7-2 раза, воздушно-сухая масса сорняков - в 1,5-2,1 раза.

В 1996 г. засоренность посевов была несколько выше, но соотношение биогрупп было аналогичным. Просо куриное занимало также подавляющее большинство. Угнетающее действие лука на просо куриное выразилось следующими показателями: численность снизилась в 2,3-2,5, масса -в 2,5-3 раза.

Снижение засоренности куриным просом мы связываем с фитонцидной активностью корневых выделений лука, тормозящих физиологические процессы у данного вида сорняка. По видимому, имеет место и конкуренция в борьбе за факторы жизни между сорняками и луком в пользу последнего.

3.2. Формирование урожая яровой пшеницы

В годы исследований урожайность яровой пшеницы менялась в зависимости от метеорологических условий вегетационного периода. Наименьшей она была в засушливом 1995 г. (1,62-2,02 т/га), наибольшей в относительно благоприятном 1996 г. (2,36-2,64 т/га).

В опыте установлена агротехническая эффективность удобрений и лука на урожайность пшеницы. В среднем за три года эффективность повышенного фона питания 1^боРбоКбо> по сравнению с опытным (Ы.иР.^К^), составила 0,17-0,20 г/га (10,811,0%) (табл. 7).

Лук-севок обеспечил повышение урожайности пшеницы на 0,14 т/га (7,0 %) на фоне Н^Р^К^ и 0,17 т/га (7,8 %) на фоне МсоРеоК^о. Влияние чернушки на урожайность пшеницы крайне слабое (не более 2%).

В опыте учтен урожай лука-репки в варианте «пшеница + севок».

Урожайные данные лука-репки показали различие в зависимости от фона питания. На фоне ^Р^К^ прибавка урожая по годам составила 0,8-1,5 т/га, а в среднем за 3 года -1,2 т/га (13,7%).

Таким образом, по результатам трехлетних исследований в двухфакторном полевом опыте видно, что удобрения и лук-севок при совместном возделывании с яровой пшеницей

7. Урожайность яровой пшеницы «Оренбургская 10» при совместном возделывании с луком на различных фонах удобрений

Урожайность по годам, Средние за три года

т/га

Удобре- Варианты Урожай, Прибавка у] рожая от

ния 1994 1995 1996 т/га удобрений лука

т/га % т/га %

Пшеница

(контроль) 2,04 1,62 2,36 2,01 - - - -

Т^Р^К« Пшеница +

чернушка 2,10 1,64 2,40 2,05 - - 0,04 2,0

Пшеница +

севок 2,22 1,78 2,46 2,15 - - 0,14 7,0

Пшеница

(контроль) 2,23 1,81 2,51 2,18 0,17 10,8 - -

КбоРбоК^о Пшеница +

чернушка 2,28 1,81 2,58 2,22 0,17 10,8 0,04 1,8

Пшеница +

севок 2,38 2,02 2,64 2,35 0,20 11,0 0,17 7,8

НСР05(А) 0,08 0,06 0,04

НСР05(В) 0,07 0,05 0,06

оказывают положительное влияние на формирование урожая пшеницы. В опыте отсутствует эффект взаимодействия изучаемых факторов-удобрений и лука. Оба фактора действуют независимо друг от друга, т.е. наблюдается явление аддитивизма.

4. УРОЖАЙНОСТЬ ОГУРЦА И ЛУКА ПРИ ИХ СОВМЕСТНОМ ВОЗДЕЛЫВАНИИ

Высев огурца проводился 12-15 мая широкорядно-гнездовым методом по схеме 80 х 40. В гнездо высевали по 6-7 семян с оставлением после прорывки 3-х растений. Одновременно высаживали лук-севок по середине междурядия огурца (вариант 2) и в рядки (вариант 3) на расстоянии луковиц друг от друга 15 см. Огурец возделывался в условиях полива из расчета полнвной нормы 150-200 м3/га. За вегетационный период проведено 3-4 полива. Сбор зеленца проводился через каждые 2 дня (по 11 сборов в каждом году).

Результаты полевых опытов показали, что в изучаемых сообществах во все годы исследований наблюдалось устойчивое аллелопатическое влияние лука на рост растений и урожайность огурца.

Урожайность огурца по годам заметно отличалась, в зависимости от погодных условий (табл. 8). Самым низким (13,0; 18,5 т/га) он был в 1994 году с холодным летом, самым высоким (24,2; 31,2 т/га) - в 1995 году с устойчивой теплой погодой в период массового плодоношения огурца.

Отчетливо прослеживается аллелопатическая зависимость урожайности огурца от способов посева лука в изучаемых сообществах. Угнетающее действие лука сильнее проявилось на варианте «огурец+севок в рядках» по сравнению с вариантом «огурец + севок в междурядьях». В среднем за три года урожайность огурца при размещении севка в междурядьях был& ниже, чем на контроле на 2,7 т/га или на 10,6%, а при размещении севка в рядках - на 6,3 т/га или 24,7%. Установленная в опыте зависимость связана с различным распределением и контактом корней огурца и лука и, в связи с этим, разной концентрацией в почвенном растворе корневых выделений лука, физиологически воздействующих на огурец. Возможно также влияние газовой фазы луковых перьев.

8. Урожайность огурца «Дальневосточный 27» в совместных посевах с луком

Урожайность, т/га по годам Средние за 3 года

Варианты 1994 1995 1996 урожай, т/га разно сть к контролю процент контролю

Огурец (контроль) 18,5 31,2 26,8 25,5 - 100

Огурец + севок в междурядиях 16,0 28,4 24,0 22,8 -2,7 89,4

Огурец + севок в рядках 13,0 24,2 20,3 19,2 -6,3 75,3

НСР05 1,8 1,3 2,8

Посев севка в междурядьях огурца также оказал положительное влияние на урожайность лука-репки (табл.9). При этом способе посева луковицы севка расположены более равномерно и лучше используют площадь питания при формировании луковиц-репки.

9. Урожайность лука-репки «Стригуновский острый» (т/га) в сообществах с огурцом

Варианты 1994 г. 1995 г. 1996 г. Средние за 3 года

Лук в междурядиях огурца 5,4 7,7 6,9 6,7

Лук в рядках огурца 3,2 6,0 5,1 4,8

Контроль (лук-репка) 12,0 13,5 15,0 13,5

При посеве севка в междурядьях огурца разница в пользу указанного способа была в пределах 1,8-2,2 т/га, а в среднем за три года составила 1,9 т/га (14%).

Таким образом, по результатам 3-х летних исследований в полевых опытах нами установлено отрицательное аллелопатйческое влияние лука на рост растений и урожайность огурца. Угнетающее физиологическое воздействие на огурец оказывают корневые выделения лука, содержащие летучие и нелетучие фитонциды, а также газовая фаза луковых перьев.

ВЫВОДЫ

1. Идентифицированные соединения внутренней газовой фазы исследуемых растений представлены алифатическими спиртами, альдегидами, кетонами с небольшой молекулярной массой, а также серосодержащими соединениями и этиленовыми гомологами.

2. Основную часть внутренней газовой фазы растений составляет двуокись углерода с концентрацией в несколько десятков раз выше, чем в окружающем воздухе. Это свидетельствует о происходящих в тканях анаэробных процессах и способности растений к анаэробному дыханию (наряду с аэробным).

3. Присутствие во внутреннем воздухе растений уксусного альдегида и этилового спирта указывает на спиртовое брожение углеводов, происходящее в растительных тканях. Наличие других алифатических спиртов, альдегидов, кетонов объясняется образованием недоокисленных соединений при спиртовом брожении и аэробном дыхании.

4. В составе внутреннего воздуха разных растений содержится ряд общих компонентов, но наряду с этим, каждое растение, и даже отдельные его органы, имеют свой специфический состав. Характеристические компоненты придают определенную фитонцидную активность данному виду растений и аллелопатические свойства.

5. В составе внутренней газовой фазы лука репчатого имеются серосодержащие соединения (меркаптаны, дисульфид), при этом в луковице их больше, чем в перьях. Эти вещества обладают наиболее сильной фитонцидной активностью.

6. В лабораторных опытах в зависимости от концентрации и времени воздействия летучих и нелетучих фитонцидов лука репчатого, у семян яровой пшеницы происходила стимуляция

ростовых процессов, у семян огурцов - торможение. Стимулирующий эффект связан с положительным влиянием серосодержащих соединений лука на процессы гликолиза в прорастающих зерновках пшеницы; торможение ростовых процессов у семян огурца объясняется нарушением газового режима в клетках семенных тканей.

7. Более сильное аллелопатическое воздействие на прорастание семян пшеницы и огурца оказывают летучие и нелетучие фитонциды луковицы по сравнению с перьями.

8. Сок листьев огурца (относительно сока лука репчатого), имеющий иной качественный состав фитонцидов, стимулировал прорастание семян огурца. Наилучший эффект получен при разбавлении 1:100 и 24 часовой экспозиции семян.

9. В полевых условиях при совместном произрастании лука репчатого с яровой пшеницей проявляется положительное аллелопатическое влияние фитонцидов лука на яровую пшеницу. Аллелопатический эффект возникает в основном за счет корневых выделений лука, содержащих летучие и нелетучие серосодержащие соединения.

Дисперсионный анализ урожайных данных показал отсутствие эффекта взаимодействия изучаемых факторов -удобрений и лука. Оба фактора действуют независимо друг от друга, т.е. наблюдается явление адцетивизма.

10. В сообществе «пшеница+севок» на обоих фонах питания установлено угнетающее действие лука на поздний яровой сорняк - просо куриное.

11. При выращивании огурца совместно с луком проявилось отрицательное аллелопатическое влияние лука на рост растений и урожай огурца. Отставание в росте огурца наблюдалось, начиная с пятого листа и в течение всего периода плодоношения при каждом сборе зеленца.

12. Угнетающее" действие фитонцидов лука сильнее проявилось при посадке севка в рядки огурца по сравнению с посадкой в междурядьях. Суммарный урожай огурца снизился соответственно на 24,7% и 10,6%. Установленная в опыте зависимость связана с различным распределением и контактом корневых систем огурца и лука и разной концентрацией в почве корневых выделений лука.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

С учетом отрицательного аллелопатнческого эффекта при совместном произрастании лука репчатого с огурцом, нецелесообразно использовать репчатый лук в качестве уплотнителя при выращивании огурца в условиях защищенного грунта.

Проводить предпосевную обработку семян огурца замачиванием в соке листьев огурца разбавления 1:100 в течение 24 часов. В специализированных овощных хозяйствах, а также в индивидуальном землепользовании следует избегать использование лука репчатого как предшественника огурца.

Учитывая отрицательную аллелопатню лука на просо куриное, использовать посевы лука репчатого для биологической борьбы с сорными растениями.

Спяссес работ, оцублкяозангак по теле дггссертаса

1, Масс-спектрометрическнй анализ летучих фитонцидных веществ листьев огурца и репчатого лука. // Физиология и биохимия культурных растений.-1974, Т.6, вып.5. - с.516-518. В соавт.

2. Влияние летучих органических выделений мацерированной луковицы репчатого лука на прорастание семян огурца. //Доклады ВАСХНИЛ.-1974. - № 12. - с.14-15. В соавт.

Три статьи находятся в печати.