Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИКИ МОХНАТОЙ И КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИКИ МОХНАТОЙ И КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ"

т

На правах рукописи

Рудавнна Елена Викторовна

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИКИ МОХНАТОЙ И КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

03.00.16 - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ВОРОНЕЖ -2005

Работа выполнена на кафедре агроэкологии Воронежского государственного аграрного университет им. К.Д. Глинки

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Житин Юрий Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Никулин Анатолий Владимирович

заслуженный деятель наук РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Стифеев Анатолий Иванович

Ведущая организация — НИИ сельского хозяйства Центрально Черноземной полосы им. В.В, Докучаева

Зашита состоится 3 ноября 2005 г. в 14е0 часов в ауд. 209, на заседании диссертационного совета Д 220.010.06 Воронежского государственного аграрного университета имени КД. Глинки по адресу; 394087, Воронеж, ул. Мичурина,!.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАУ им. КД. Глинки.

Автореферат разослан «30» сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (УГснЦ О.М. Кольцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При конструировании агроэ косистем наиболее сложной проблемой является подбор популяций организмов (растений, бактерий и др.), которые бы положительно взаимодействовали между собой и способствовали повышению гшастнчносги к продуктивности посевов.

В современных условиях при дефиците энергоресурсов особое внимание уделяется симбиозу между клубеньковыми бактериями ШнгоЫит и бобовыми растениями. Подобные сообщества позволяют обеспечить агро-ценозы биологическим азотом и снизить антропогенную нагрузку на агро-экосистемы.

В Центральном Черноземье особый интерес представляет вика мохнатая (озимая), которая может использоваться как при осеннем, гак и весеннем посевах накапливая до 200 кг/га азота, обеспечивая сбор меда в пределах 40-250 кг/га, урожайность зеленой массы 20-30 т/га. Высеваться на засоленных почвах в качестве фитомелиоранта.

К сожалению, несмотря на множество публикаций по биологии, агротехнике культуры в недостаточной мере рассмотрены особенности развития н функционирования снмбиопгческого аппарата на разнил типах почв при различных антропогенных нагрузках (Коренев Г. В., Косгроми-тин В.М., 1975; Лаханов А.П., Парахин Н.В., 2002).

Поэтому работа по всестороннему изучению экологических факторов, определяющих взаимодействие популяций растений вики мохнатой и клубеньковых бактерий имеет важное научное и практическое значение.

Цель и задачи исследований. Цель работы - выявить факторы, определяющие эффективность взаимодействия между викой мохнат эй и клубеньковыми бактериями. Установить возможность регулирование процессов, протекающих при симбиозе.

Для достижения поставленной цели необходимо было реиить следующие задачи: .....

- изучить особенности формирования симбиотического аппарата на разных типах почв;

- выявить влияние кислотных осадков и тяжелых металлов на рост и развитие растений вики мохнатой и клубеньке вых бактерий;'

- определить факторы, лимитирующие взаимодействие растений и бактерий;

- оценить энергетическую эффективность возделывания вики мохнатой в различных экологических условиях.

Научная новнэна. Научная новизна результатов исследований заключается в том, что:

РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева ( ДНЕ имени Н И. Железное« Фонд науиный литературы

- выявлены основные экологические факторы, определяющие взаимодействие вики мохнатой и клубеньковых бактерий;

- установлена взаимосвязь между развитием симбиогического аппарата бобовой культуры, поражением растений болезнями, зимостойкостью, секрецией нектара;

- изучено воздействие кислотных осадков и тяжелых металлов на функционирование агроценозов на разных типах почв.

Практическая значимость. Установлено, что лучшее развитие аг-роненоэов вики мохнатой наблюдается на черноземе выщелоченном; определяющее отрицательное воздействие на развитие симбиогического аппарата оказывают кислотные осадки; тяжелые металлы (свинец, кадмий) в пределах ПДК не являются фактором, лимитирующим функционирование агроценозов; уборку поссвов вики мохнатой на зеленую массу и зеленое удобрение необходимо проводить в начале цветения.

Защищаемые положения, L Взаимодействие между растениями озимой вики и клубеньковыми бактериями определяется актиноритмическими условиями, типом почв и антропогенной нагрузкой;

2. Между числом, массой клубеньков и содержанием в них леггемогло-бнна, зимостойкостью и секрецией нектара существует тесная взаимосвязь:.

3. Развитие симбиогического аппарата оказывает существенное влияние на поражение растений вики мохнатой болезнями.

Апробация работы. Результаты работы доложены и получили одобрение нл научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ (2002-2004), Межрегиональной научно-практической конференции (Воронеж, 2003), Международной научно-практической конференции (Воронеж, 2004), Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых (Воронеж, 2005).

Публикации результатов исследований. По материалам исследований в соавторстве и лично опу бликовано 9 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству общим объемом страница машинописного текста. Она содержит 23 таблицы, 3 рисунка, 9 приложений. Список используемой литературы включает 188 наименований, в т.ч. 17 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I ФАКТОРЫ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАСТЕНИИ ВИКИ МОХНАТОЙ (VICIA VILLOSA ROTH) II КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ (RIHZOBIUM)

(Обзор литературы)

В результате анализа отечественной и зарубежной литературы выявлено, что бобово-ризобиальный симбиоз выгоден обеим сторонам и выработался s процессе длительной эволюции. Его эффективность зависит от величины и активности симбиотического аппарата, которые определяются климатическими, почвенными условиями и технологией возделывания. Однако многие факторы, лимитирующие взаимодействие бобовых растений и бактерий в настоящее время не изучены.

2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериметальная работа выполнена в Воронежском ГАУ им. К.Д. Глинки в 2001-2004 гг. Полевые опыты проводились на полях СХП «Ры-канское» Новоусманского района Воронежской области, которое расположено в лесостепной части ЦЧР.

Климат места проведения исследований умеренно-континентальный с неустойчивым увлажнением. Среднегодовая сумма осадков составляет 554 мм, из них в холодный период — 227 мм (41%), и в теплый - 327 мм (59%).

Метеорологические условия в годы проведения исследований характеризовались неравномерным распределением осадков. Озимые культуры страдали от неблагоприятных условий перезимовки и недостатка влаги в весенний период вегетации бобовой культуры (2002-2003 гг.)

Почвы опытного участка тяжелосуглинистый выщелоченный чернозем, с содержанием гумуса 4,5-5,1 %, рН солевой вытяжки 4,9-5,3, содержание подвижного фосфора 67-85 мг/кг почвы и обменного калия 120-154 мг/кг почвы; солонец корковый - гранулометрический состав которого глинистый с содержанием гумуса 4,7-4,9 %, рН солевой вытяжки 8,0-8,2, подвижного фосфора 27-35 мг/кг почвы, обменного калия 35-53 мг/кг почвы; пески по гранулометрическому составу — песчаные, с содержанием гумуса 1,9-2,2 %, рН солевой вытяжки 5,2-5,3, подвижного фосфора 12-13 мг/кг почвы, обменного калия 30-41 мг/кг почвы.

В исследованиях применялись общепринятые в агроэкологии методики закладки и проведения опытов (Юдин Ф.А„ 1980; Опытное дело в полеводстве, 1982; Доспехов Б.А., 1979, 1985; Посыпанов Г.С., 1991; Яшин И.М., Шилов ЛЛ„ Раскатов В.А., 2000,2001).

Объектами исследований являлись популяция вики мохнатой (Vicia villosa Floth) сорт Глинковская с нормой высева 2 млн. всхожих семян на га н клуЗеньковые бактерии Rhizobîum vicia.

При посеве в третьей декаде августа в агроценозы вносили химически чистые водорастворимые соли тяжелых металлов CdSOu и PbSO* в предельно-допустимых концентрациях. Процентное содержание металлов в реактивах было рассчитано на основе их атомных масс. Имитацию кислотных осадков осуществляли в форме водных растворов кислот Иг SO4 + HNOj (pH 4,5)

Схема опыта: Влияние почвенных условий и техногенных нагрузок на взаимодействие между популяциями вики мохнатой и клубеньковых бактерий:

1. Контроль

2. Кислотные осадки (К.О.)

3. Кадмий (Cd)

4. Свинец (РЬ)

5. Кадмий + свинец (Cd + Pd)

6. Кадмий + свинец + кислотные осадки (Cd + РЬ + К.О.)

П]эедшественником вики мохнатой являлась кукуруза на зеленый

корм.

Площадь учетной делянки 10 м2, Повторность четырехкратная.

В течение вегетации растений проводили фенологические и фитопа-ТологлчЕские наблюдения (Методика учета и прогноза 1976; Методика государn-венного сортоиспытания .,,1989; Методы почвенной микробиологии ..., 1991; Черников В.А., Попов В.Г., МосннаЛ.В., 1995).

Определение подвижных форм фосфора и калия в почве проводили по методу Чирккова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91), определение гумуса проводилось по методу Тюрина согласно ГОСТ 26213-91, определение гидролитической кислотности ло методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91), сумма поглощенных оснований по Каппе-ну-Гильковнцу. Реакцию почв определяли лотенциометрическим методом,

П;х>должительность и другие показатели цветения вики мохнатой определяли путем этикетировання отдельных бутонов как на изолированных, Tai: и неизолированных участках. При изучении нектарности цветков озимой инки применяли метод капилляров (Пономарева Е.Г., 1980).

Определение численности насекомых-опылителей, посещающих вику, проводили методом кошения.

Количество и массу азотфиксирующих клубеньков определяли путем выкапывания монолита размером 30 х 30 х 15 см с последующим отмыванием клубеньков, подсчетом и взвешиванием, Леггемоглобин в клубеньках определяли по методике Г.С. Посыпанова (1991).

У*юрку урожая проводили вручную путем скашивания растений со всей площади делянкн с последующим обмолотом.

Процент твердых семян в посевном материале определяли 1>э методике Попцова А.Б. (1976).

Математическую обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа с использованием персональное ком-пьюгера.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Развитие вгроценозов вики мохнатой в осенний период и ее зимостойкость

Проведенные исследования позволяют судить о том, что формирование симбиогического аппарата вики мохнатой начинается в начале ее ветвления и активное функционирование заканчивается в первой половине октября. В этот период изменяется направленность физико-биохимических и обменных процессов, способствующих повышения морозо- и зимостойкости растений. Актииоритмические условия являются лимитирующим фактором симбиоза вики мохнатой и клубеньковых бактерий в осенний период. Последнее необходимо учитывать при определении сроков посева культуры.

Наибольшее число клубеньков в осенний период формиров алось на черноземе выщелоченном и солонце. Превышение в сравнении с песками составило 9,7; 12,9% соответственно.

Существенное воздействие на развитие клубеньков и следовательно, на активность симбиогического аппарата оказывали кислотные осадки. Число клубеньков на растении вики мохнатой на выщелоченном черноземе уменьшалось в сравнении с контролем перед уходом в зиму на 24,1-24,7 %; на солонце — 22,7-25,5 %; на песках - 22,3-30,3 %. При этом масса клубеньков на растении уменьшалась соответственно на 27,3-27,4 %; 16,8-23,5 %; 20,6-22,5 %. Высота растений уменьшалась на 23,7 %, а число побегов на 35,8 %; на солонце - на 23,3 % и 33,3 %; на песках - 27,0 % и 34,7 % соответственно (таблица 1).

При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов на черноземе выщелоченном число клубеньков на растениях уменьшалось на 21,1-25,0 %; на солонце - 25,5-30,0 % и 30,6-36,4 % на песках в сравнении с контролем. Та же закономерность наблюдалась и по массе клубеньковых бактерий.

Проведенные расчеты позволяют судить о том, что между ргзвитием симбиотического аппарата и числом побегов вики мохнатой наблюдается тесная положительная корреляция: на выщелоченном черноземе =0,947±0,044; на солонце +0,945±0,045; на песках +0,988±0,027,

Наибольшее отрицательное воздействие на перезимовку озимой вики оказывали кислотные осадки совместно с тяжелыми металлами. На черно-

земе выщелоченном зимостойкость снижалась на 10,6-17,0 %; на солонце — 24,2-27,0 %; на песках -13,9-14,9 %.

Взаимосвязь между числом клубеньковых бактерий и зимостойкостью в зависимости от типа почвы составляла: на черноземе выщелоченном - +0,824±0,078; солонце - +О,860±О,О7О; песках - -Н>,867±0,070. Между массой клубеньков и перезимовкой вики мохнатой коэффициент корреляции составил: +0,892±0,062; +0,903±0,060; +0,884*0,065 соответственно.

Таблица 1 - Состояние растений вики мохнатой перед уходом в зиму и ее _зимостойкость, 2001-2004 гг._

Число Масса Высота Число % пере-

Вариант клубень- клубень- растения, побегов зимо-

ков, ков, см (ветвей), вавших

,, штУраст. мг шт. растений

Чернозем выщелоченный

1. Контроль 10,2 14,8 11,4 5,3 95,0

2. К.О. 7,7 10,8 8,7 3,4 89,0

з.са 10,0 14,3 9,5 4,5 93 Л

4. РЬ 10,1 14,7 10,9 5,0 94,1

5. са+рь 9,7 14,2 10,0 43 ■ 92,9

6. са+рь+к.о. 7,8 9,9 7,9 3,2 81,9

Солонец

1. Контроль 10,5 14,7 11,6 5,4 94,2

2. К.О. 8,0 11,6 8,9 3,6 87,7

З.С<1 10,1 14,5 10,6 4,7 91,9

4. РЬ 10,4 14,6 1М 5а 94,3

5. са+рь 10,1 14,3 10,3 4,4 90,9

б. са+рь+к.о. 7,5 10,3 8,1 3,4 70,1

Пески

1. Контроль 9,3 13,0 10,0 4,9 94,4

2. К.О. 6,5 10,2 7.3 • 3.2 89,0

З.Сё 9,0 12,4 93 4,4 91,1

4. РЬ 9,1 12,7 9,8 4,7 93,2

5. С<1+РЬ 8,5 12,2 9,0 43 90,2

6. С<1+РЬ+К.О. 6,1 9,7 6,8 3,1 80,7

Учитывая, что клубеньковые бактерии продуцируют немало биологически активных веществ и повышают устойчивость растений к болезням, неблагоприятным погодным условиям, можно показатель развития

сим биотического аппарата использовать в качестве теста зи мост эй кости растений.

3J2 Особенности взаимодействия популяций вики мохнатой (VicEa villosa Roth) и клубеньковых бактерий (Rhizobium) в период ветвления • бутонизации

Весной в фазу ветвления вики мохнатой на выщелоченном черноземе при внесении в систему кислотных осадков численность клубеньковых бактерий снижалась по сравнению с контролем на 21,2-23,2 %, при совместном воздействии тяжелых металлов (кадмий + свинец) и кислотных осадков-на 29,4-31,7 %. На солонце-23,6-23,8 %; 31,5-32,1 %, а на песках - 23,2-25,0 %•, 26,8-31,2 % соответственно. Значительно уменьшалась на данных вариантах и масса клубеньков: на черноземе выщелоченирм при внесении кислотных осадков — на 21,8-22,5 %; при совместном воздействии Cd + РЬ и кислотных осадков на 27,1-27,9 %. На солонце данные показатели составили 22,1-23,7 %; 25,2-26,5 %, на песках - 22,2-22,3 <4; 25,425,6 % соответственно.

В данный период клубеньки были слабо окрашены в розовый цвет и следовательно содержание леггемоглобина в них было незначительным. Важно отметить, что клубеньки при внесении токсикантов располагались большей частью на боковых корешках на черноземе выщелоченном и песчаной почвах, в то время как на солонце преимущественно на главном корне.

Существенное воздействие токсиканты оказали на поражение посевов вики мохнатой корневыми гнилями (таблица 2).

При внесении в систему кислотных осадков пораженность фузарио-зом на черноземе выщелоченном увеличивалась на 23,6-25,0 %; на солонце -23,0-24,7 %; песках — 23,8-25,2 %. А при совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов - 24,1-25,3 %; солонце - 23,4-25,2 песках - 23,6-25,8 %, что превышает контроль в 1,4-1,5 раз.

Проведенные расчеты позволяют судить о том, что между числом клубеньков на растении вики мохнатой и поражением ее фузариозом существует тесная отрицательная связь от -0,803±0,083 до -0,969±3,034, а между массой от -0,792=1=0,085 до-0,992±0,018.

Таблица 2 — Взаимосвязь сим биотического аппарата и пораженности фузариозом вики мохнатой в фазу ветвления, 2002-2004 гг.

Число Масса Поражен-

клубень- клубень- ность фу-

ков, ков, зариоэом,

Вариант шгУраст. мг %

Чернозем выщелоченный

]. Контроль 8,4 13,1 17,6

2. Кислотные осадки 6,5 10,2 24,2

3. Кадмий 8,1 12,7 20,8

4. Свинец 8,2 12,9 18,4

5. Кадмий + свинец 8,0 12,6 21,7

6. Кадмий + свинец + КО. 5,8 9,5 24,7

Солонец

1. Контроль 8.7 13.4 173

2. Кислотные осадки 6,6 10,3 23,9

3. Кадмий 8,5 12,9 19,2

4. Свинец 8,6 13,2 17,5

5. Кадмий + свинец 8,4 12,8 19,9

6. Кадмий + свинец + К.О. 5,9 9,9 24,4

Пески

1. Контроль 8,1 12.3 17,9

2. Кислотные осадкн 6,2 9,6 24,5

3. Кадмий 8,0 12,1 21,1

4. Свинец 8,1 12.2 18,1

5. Кадмий + свинец 7.9 12,2 21,6

6. Кадмий + свинец + К.О. 5.7 9,2 24,8

В начале бутонизации, буквально в течение 10-15 дней, число клубеньков у растений вики мохнатой увеличилось практически вдвое и достигло на выщелоченном черноземе на контрольном варианте 16,5-18,3 штУраст.; солонце - 16,4-17,3 штУраст.; песках - 14,1-17,0 штУраст. (таблица 3).

При внесении в агроценозы кислотных осадков число клубеньков на растении вики мохнатой на выщелоченном черноземе уменьшалось на 43,2-46,1 %; солонце - 41,0-43,3 %; на песках — 36,2-45,3 %. При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов: на 49,2-58,8 %; 44,5-57,9 %; 44,7-52,5 % соответственно.

Что касается массы клубеньков, то за данный промежуток времени она возрастала в несколько раз и достигала на выщелоченном черноземе на контроле 48,6-50,8 мг/раст.; солонце - 46,9-47,9 мг/раст.; песках - 47,7-48,1 мг/раст. При этом масса клубеньков под воздействием токсикантов уменьшалась в меньшей мере, чем нх число. Содержание леггемоглобина

важнейшего показателя активности азотфиксации уменьшалась при внесении кислотных осадков на черноземе выщелоченном на 24,4-27,7 %; на солонце - 26,8-29,3 %; песках - на 28,2-35,2 %, При совместном внесении тяжелых металлов (С<)+РЬ) и кислотных осадков накопление леггемогло-бина снижалось на черноземе выщелоченном на 28,9-38,2 %; солонце - на 37,5-39,0 %; песках - на 33,3-3 8,4 %.

Таблица 3 — Пораженность растений вики мохнатой мучнистой росой _в фазу бутонизации, 2002-2004 гг.__

Вариант Число клубеньков, шт/раст. 1 -0 £ и о г а Содержание лег-гемоглобкна, мг/г Пораженность мучнистой росой, %

Чернозем выщелоченный

1. Контроль 17,5 49,9 10,8 7,2

2. Кислотные осадки 9,5 39,0 7,7 10,2

3. Кадмий 14,8 48,7 9,6 8,6

4. Свинец 15,4 49,8 10,3 7,7

5. Кадмий + свинец 14,7 45,2 9,1 9,0

б. Кадмий + свинец + К.О. 7,9 29,9 6,9 10,9

Солонец

I. Контроль 16,9 47,4 10,2 7,6

2. Кислотные осадки 9,7 32,3 7,3 10,7

3. Кадмий (2,0 41,1 9,6 8,6

4. Свинец 14,7 46,4 9,8 8,0

5. Кадмий + свинец 10,9 38,8 8,7 9,0

6. Кадмий + свинец + К.О. 8,5 29,0 7,0 11,8

Пески

1. Контроль 15,5 47,9 9,7 7,8

2, Кислотные осадки 9Д 32,2 6,3 10,9

3. Кадмий 11,1 44,6 8,6 8,9

4. Свинец 11,8 45,6 93 8,1

5. Кадмий + свинец 11,0 38,2 7,9 9,2

6. Кадмий + свинец + К.О. 7,8 23,7 6,0 12,1

Антропогенные нагрузки в форме тяжелых металлов и кислотных осадков оказывали существенное влияние на пораженность посевов вики мохнатой мучнистой росой.

Наибольший процент пораженное™ посевов вики мохнатой мучнистой росой отмечен при воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов на всех типах почв. Так, на черноземе выщелоченном при воздействии кислотных осадков процент пораженное™ составил 9,8-10,8 %; при воздействии тяжелых металлов и кислотных осадков - 10,5-11,2 %; на солонце- 10,1-11,3 %и 113-12,5 %; песках - 10,3-11,8 %и 11,5-12, 8% соответственно, что превышает контроль в 1,4-1,7 раз.

Установлена тесная отрицательная связь между развитием симбио-тичсского аппарата и поражением растений озимой вики мучнистой росой. Коэффициент корреляции между числом клубеньков и поражением болезнью бо(ювой культуры колебался от -0,735±0,094 до -0,973±0,032, а между массой клубеньков от -0,871 ±0,068 до -0,987±0,022.

33 Функционирование агроиенозов вики мохнатой в период цветения, образования бобов и созревания

В начале цветения симбногический аппарат и масса растений вики мохнатой достигали максимальной величины. Число клубеньков на одном растении колебалось за период исследования от 20,8 до 26,1 шт. на черноземе выщелоченном; 21,3-23,4 шт. на солонце; и 19,6-21,3 цгг.на песках (таблица 4). При внесении в агроценозы вики мохнатой кислотных осадков, численность клубеньков снижалась по отношению к контролю на черноземе выщелоченном на 41,8-46,0 %; 37,1-39,7 ; на солонце и на 46,5-53,1 % на пссках. При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металле« на 46,2-47,9 %; 44,9-50,7 %; 50,7-55,6 % соответственно.

Класса клубеньков в фазу цветения возросла и достигла на выщелоченном черноземе на контрольном варианте 60,9-62,2 мг/раст.; солонце -57,8-59,8 мг/раст.; песках - 51,5-53,4 мг/раст. При воздействии кислотных осадков на систему масса клубеньков по отношению к контролю уменьшалась на черноземе выщелоченном на 20,6-23,0 %; 29,8-32,7 % — солонце; 24,1-24,8 % - песках. При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелы к металлов (Сс1 +РЬ) на 41,0-47,0 %; 39,6-39,8%; 37,5-38,6 % соответственно.

Максимальное отрицательное влияние на содержание леггемогло-бина в клубеньках вики мохнатой оказали тяжелые металлы с кислотными осадками, снижение составило 34,8-35,3 %; 34,2-37,0 %; 34,7-50,6 % соответственно.

Таблица 4 — Развитие симбиотического аппарата н растений вики

мохнатой в фазу цветения. 2002-2004 гг.

Вариант 1 X £ . Л X «8 и Й ч я Содержание нектара, мг

II Э к Е 1*8 II б а В начале В середине

Число ков, шт. Масса ков, мг цветения цвете--ния

Чернозем выщелоченный

1. Контроль 24,1 61,6 14,0 1,10 0,57

2. Кислотные осанки 13,4 47,8 10,6 0,56 0,16

3. Кадмий 21,1 55,4 12,1 0,83 0,32

4. Свинец 24,5 55,8 13,3 0,92 0,34

5. Кадмий + свинец 19,8 54,4 12,5 0,69 0,28

6. Кадмий + свинец + К.О. 12,7 34,5 9,3 0,47 0,14

Солонец

1. Контроль 22,5 58,6 13,1 0,93 0,44

2. Кислотные осадки 13,8 40,2 9,7 0,47 0,15

3. Кадмий 18,8 49,7 11,6 0,65 031

4. Свинен 20,8 53,1 12,2 0,74 0,39

5. Кадмий -I- свинец 18,6 49,6 11.1 0,62 0,29

6. Кадмий + свинец + К.О. П,9 353 8,8 0,30 0,11

Пески

1. Контроль 20,5 52,2 12,3 0,87 0,41

2. Кислотные осадки 10,5 39,4 8,2 0,39 0,14

3. Кадмий 17,9 48,4 10,5 0,58 0,27

4. Свинец 193 493 И,1 0,76 0,34

5. Кадмий + свинец 14,4 48,2 9,8 0,54 0,21

6. Кадмий + свинец + К.О. 9,7 32,5 7,3 0,33 0.13

Масса растения вики мохнатой на выщелоченном черноземе достигала 23,8 г; на солонце - 22,7 п на песках - 22,9 г. При внесении кислотных осадков она уменьшалась на 46,0 %; 46,5 %; 51,0 % соответственно. Таким образом, в это время посевы вики мохнатой целесообразно использовать на зеленую массу и зеленое удобрение.

Важно отметить, что у вики мохнатой совмещаются два энергоемких процесса: азотфиксация и секреция нектара, взаимосвязь между которыми до настоящего времени не изучалась.

У'тгановлено, что в течение первой недели цветения максимальное содержЕлие нектара в цветках отмечено на черноземе выщелоченном (0,91-1,32 мг). Несколько меньшее содержание нектара получено на песках и солонце (0,78-0,93 и 0,88-1,01мг соответственно), что в 1,2-1,3 раза меньше, чем на черноземе выщелоченном. К середине цветения нектар-ность вики мохнатой существенно изменялась. На солонце и песках содержание нектара снизилось в 2,1 раз, а на черноземе выщелоченном в 1,9 раз.

Коэффициент корреляции между числом клубеньков и нектарно-стью ссмггавил на черноземе выщелоченном +0,938*0,048; на солонце +0,976±0,030; на песках +0,960±0,039, а между массой клубеньков и нектар костью +0,890*0,063; +0,988±0,022; +0,889±0,064 соответственно.

В фазу образования бобов число и масса клубеньков уменьшались на всех типах почв. Отмечалась подобная закономерность отрицательного воздействия антропогенных нагрузок, что и на предыдущих этапах развития вики мохнатой (таблица 5).

Возможно, снижение активности функционирования симбиотическо-го аппарата связано с тем, что в фазу цветения большие запасы энергии, в первую очередь углеводы, затрачиваются на секрецию нектара. Происходит активный отток питательных веществ в генеративные органы, вследствие чего уменьшается снабжение корневой системы и клубеньковых бактерий питательными веществами.

В фазу созревания вики мохнатой число и масса клубеньков значительно снизились по сравнению с фазой образования бобов. Это связано с отмиранием значительного количества клубеньков. На черноземе выщелоченном на контроле число клубеньков на одном растении колебалось от 13,4 до 16,7 шт.; солонце — 13,0-14,6 шт.; на песках — 12,0-13,4 шт. Масса сырых клубеньков соответственно варьировала от 43,4 до 45,8 мг/г; 41,742,9 мг'г; 40,8-42,0 м г/г.

Таблица 5 - Развитие с им биотического аппарата вики мохнатой в

период образования бобов - созревания, 2002-2004 1Т.

Вариант Фаза образование бобов Фаза созревания

а £ £ о §1 £ Ё Масса клубеньков, мг Содержание легге-моглобина, нг/г Число клубеньков, шт/раст. 3 <Л X & 12 :1 ь 5 = 1 £ Я к м II г %

Чернозем выщелоченный

1. Контроль 20,8 61,3 133 15,0 44,6 12,6

2. Кислотные осадки 11.1 47,6 10,1 9,1 31,'5 9,6

3. Кадмий 18,4 54,2 12,0 11,9 40,1 10,9

4. Свинец 17,5 55,1 12,3 12,9 40,5 11,8

5. Кадмий + свинец 18,5 54,3 11,3 11,5 36,3 10,9

б.Кадмий + свинец + К.О. 9,6 34,0 8,8 7,0 28,4 83

Солонец

1. Контроль 18,9 58,1 12,2 14,0 42,7 11,9

2. Кислотные осадки 12,8 38,9 8,8 6,5 29,5 8,0

3. Кадмий 16,7 49,1 10,7 10,2 38,0 10,3

4. Свинец 17,7 52,2 11,4 10,9 38,5 10,8

5. Кадмий + свинец 15,6 49,0 10,3 9,7 36,9 9,7

б.Кадмий + свинец + К.О, 10,2 35,0 7,9 5,8 26.8 7,1

Пески

1. Контроль 17,9 50,8 11,7 12,6 41,+ 10,9

2. Кислотные осадки 10,3 36,6 7,9 5,5 27,9 7,5

3. Кадмий 15,4 48,1 9,8 9,7 32,3 9,2

4. Свинец 16,9 48,7 10,5 10,3 33,3 10,1

5. Кадмий + свинец 13,2 48,0 9,8 9,6 31,4 9,0

б.Кадмий + свинец + К.О. 8,7 31,6 6,6 5,7 17,9 63

При воздействии кислотных осадков число и масса клубеньков на одном растении вики мохнатой уменьшались: на черноземе выщелоченном на 35,1-43,1 %; на солонце - 52,0-56,1 %; на песках - 54,6-57,5 %. При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов: на 53,055,1 %; 58,2-58,5 %; 53,0-59,2 % соответственно. Что касается массы клубеньков, то на разных типах почв она уменьшилась соответственно на

I I

19,9-33,9 % и 31,0-39,4 %; 25,5-34,8 % и 35,3-41,5 %; 293-343 % и 53,660,0%.

Содержание леггемоглобнна резко снижалось, это связано с тем, что легтемоглобин переходил в холеглобин (вещество зеленого цвета), а затем происходил лизис клубеньков.

3.4 Урожайность и качество семян пики мохнатой

Тип почвы и антропогенные нагрузки оказали существенное влияние на урожайность семян озимой вики (таблица 6).

Самый высокий урожай формировался на черноземе выщелоченном 12,8 ц/га, что выше чем на солонце на 10,2 %, на песках на 7,8 %.

Таблица 6 — Урожайность и качество семян вики мохнатой,

2002-2004 гг.

Тип почвы

Чернозем Солонец Пески

Вариант выщелоченный

Урожай- % Урожай- % Урожай- %

ность твер- ность таер- ность твер-

семян. дых семян, дых семян, дым

ц/га семян ц^га семян и/га семян

1, Контроль 12,8 П 11,5 19 11,8 10

2. Кислотные осадки 10,5 8 9,3 16 9,9 7

3. Кадмий П,9 9 10,9 19 П,0 10

4. Свинец 12,5 9 11,3 18 11,7 9

5. Каамий + свинец 11,8 9 10,2 17 10,7 9

б.Кадм нй+св и нец+К.О. 83 7 8,3 15 9,4 7

НСР 0,95 0,4-0,6 0,4-0,5 0,5-1,1

При внесении в систему кислотных осадков семенная продуктивность посевов снижалась на черноземе выщелоченном на 18,0 %, солонце на 19,1 %, на песках на 16,1 %.

При совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов наблюдалось наиболее существенное уменьшение урожая семян вики мохнатой на черноземе выщелоченном на 35,2 %. Несколько меньшее на песках - на 20,3 % и солонце - на 27,8 %.

Необходимо отметить, что изменялась ие только продуктивность посевов, но и посевные качества семян, в первую очередь твердых.

Наибольшее содержание твердых семян в посевном материале отмечалось на солонце — 19%, наименьшее на песках — 10%. Подкисление почвенного раствора на всех типах почв снижало твердосемянность: на черноземе выщелоченном на 27,3 %, на солонце на 15,8 %, на песках на 30,0 %.

Тяжелые металлы практически не влияли на содержание твердых семян в посевном материале вики мохнатой.

4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Наибольшие затраты техногенной энергии были на контрольных вариантах: на черноземе выщелоченном — 9,7 ГДж/га, солонце т- 10,1 ГДж/га, на песках — 8,2 ГДж/га (таблица 7).

Коэффициент энергетической эффективности на всех вариантах опыта варьировал от 1,89 до 2,69, т.е. был низким. ' *

Воздействие кислотных осацков снижало коэффициент энергетической эффективности на 0,37-0,39 единиц по сравнению с контролем на всех типах почв. Влияние кадмия снижало коэффициент энергетической эффективности на 0,10-0,38, свинца на 0,02-0,06, а совместное их влияние на 0,19-0,23 по сравнению с контролем в зависимости от типа почв.

Самый низкий коэффициент энергетической эффективности получен при совместном воздействии кислотных осадков и тяжелых металлов (свинец + кадмий). Так, его снижение на черноземе выщелоченном в сравнении с контролем составило 29,0 %, на солонце - 18,9%, на пгсках на 17,7%.

Таблица 7 - Эффективность энергозатрат при возделывании озимой вики, 2002-2004 гг.

Вариант Урожайность, ц/га Затраты техногенной энергии, ГЛж/т-а Выход энергии с урожаем продукции. ГЛж/га Всего энергии, ГДж/га / Коэффициент энергетической эффективности

основной [побочной

Чернозем выщелоченный

I. Контроль 12.8 9.7 15.4 10.7 26.1 2.69

2. Кислотные осаяки 10.5 9.3 12.6 8.8 21.4 2,30

3. Кадмий 11.9 9.5 14.3 10.0 24.3 2.56

4. Свиней 12.5 9.6 15.0 10.5 25.5 2.66

5. Кадмий + свиней 11.8 9.8 11.2 9.9 24.1 2.46

6, Кадмий+свинеи + К.О, 8.3 8.9 10.0 7.0 17.0 1.91

Солоне ц

1, Контроль 11.5 10.1 13.8 9.7 23.5 2.33

2. Кислотные осадки 9.3 9.6 11.2 7.8 19.0 1.99

3. Калшй (0.9 9.9 13.1 9.2 22.3 2.25

4. Свинец 11.3 10.0 13.6 9.5 23.1 2.31

5. Кадмий + свиней 10.2 9.7 12.2 8.6 20.8 2.14

6. Кадмий+свиней + К.О. 8,3 9,4 10,8 7.0 17,8 1.89

Пески

I. Контроль 11.8 8.2 11.8 9.9 21.7 2.65

2. Кислотные осадки 9.9 8.9 11.9 8.3 20.2 2.27

3. Кадмий П.О 9.1 13.2 9.2 22.4 2.46

4. Свинец 11.7 9.2 14,0 9.8 23.8 2.59

5. Калч ий + свинен 10.7 9.0 118 9.0 21.8 2.42

6. Калшй+свинеп + К.О. 9.4 8.8 11.3 7.9 19.2 2.18

выводы

1. Формирование снмбиотического аппарата вики мохнатой начинается в начале ее ветвления и активное его функционирование заканчивается в первой половине октября. В этот период изменяется направленность физико-биохимических и обменных процессов, способствующих повышению морозо- н зимостойкости растений.

2. Кислотные осадки оказывают определяющее отрицательное влияние на число и массу клубеньков на растениях. На черноземе выщелоченном число клубеньков на растении снижалось на 24,124,7 %\ солонце на 22,7-25,5 %; на песках ма 22,3-30,3 %. Высота растений уменьшалась на 23,7 %, число побегов на 35,8 %; 23,3% и 33,3 %; 27,0 и 34,7 % соответственно.

3. Между числом клубеньковых бактерий и зимостойкостью вики мохнатой существует тесная положительная взаимосвязь: на черноземе выщелоченном +0,824=0,078; солонце +0,860±0,070; песках +0,860±0»070. Между массой клубеньков и перезимовкой коэффициент корреляции составил; +0,8692*0,062; +0,903±0,060; +0,884± 0,065 соответственно.

4. Развитие симбиогического аппарата оказывало существенное влияние на пораженность растений бобовой культуры фузариозом н мучнистой росой. Установлена тесная отрицательная связь между числом клубеньков на растении вики мохнатой и поражением ее фузариозом от -0,803±0,083 до -0,96910,034, а между массой клубеньков от-0,792±0,085 до-0,992±0,018.

5. Коэффициент корреляции между числом клубеньков и поражением вики мохнатой мучнистой росой колебался от -0,735±0,094 до -0,973±0,032, а между массой клубеньков от -0,871 ±0,068 до -0,987±0,022.

6. Наиболее активный прирост симбиогического аппарата наблюдался в фазу бутонизации. Число и масса клубеньков на растениях по сравнению с фазой ветвления практически удваивались и даже утраивались. Клубеньки имели розовую и красную окраску, высокое содержание леггемоглобина, что позволяет суднгь об активной фиксации азота.

7. В период цветения - образования бобов вика мохнатая совмещает два энергоемких процесса: поддержание высокой активности симбиогического аппарата и секреции нектара. Вследствие этого содержание леггемоглобина в фазу образования бобов значительно снижалось и следовательно, уменьшалась фиксация азота. Хотя

число и масса клубеньков изменились незначительно на всех типах почв.

8. Коэффициент корреляции в фазу цветения между некгарностью и числом клубеньков, их массой, содержанием леггемоглобина колебался от +0,889*0,0064 до +0,988±0,022.

9. В фазу созревания активность симбиотического аппарата значительно снижалась на всех типах почв. Как и на предыдущих этапах развития растений, наибольшее отрицательное воздействие на симбиотическиЙ аппарат и биомассу оказывали кислотные осадки; кислотные осадки совместно с тяжелыми металлами.

10. Наибольшая урожайность семян вики мохнатой формируется на выщелоченном черноземе. Превышение в сравнении с солонцом составило 10,2 %, с песком 7,8%.

11. Подкислен не почвенного раствора.приводило к снижению урожайности на черноземе выщелоченном на 18,0 %, солонце на 19,1 %, песках на 16,1 %; содержания твердых семян в посевном материале на 27,3 %, 15,8 %, 30,0 % соответственно.

12 Коэффициент энергетической эффективности варьировал от 1,89 до 2,69. Воздействие кислотных осадков снижало коэффициент энергетической эффекта вности на 0,37-0,39 един на Совместное воздействие кислотных осадков и тяжелых металлов уменьшало его на 0,44-0,78 единиц.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Посевы вики мохнатой целесообразно размещать на черноземе выщелоченном.

2. При определении сроков посева вики мохнатой следует учитывать актинорнтмические условия региона.

3. На зеленую массу н зеленое удобрение посевы вики мохнатой следует использовать в начале цветения.

4. Для обеспечения высокой продуктивности посевов бобовой культуры следует использовать наиболее комфортные районы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мншукова Е.В. Факторы, влияющие на симбиоз вики мохнатой (Vicia villosa Roth) и клубеньковых бактерий (Rhizobium) / E.B. Мншукова // Агроэкологический вестник. - Воронеж, 2002. - Вып. 4. - С. 70-73.

2. Рулавина Е.В. Повышение гетерогенности агроценозов как один из факторов увеличения биологического разнообразия / Е.В. Рудавнна // Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе. - Воронеж, 2003. - С. 57-59.

3. Харьковская Э.В. Экологические аспекты выращивания межвидовых посевов с вики мохнатой / Э.В. Харьковская, Е.В. Мншукова // Вклад молодых ученых в развитие аграрной науки в начале XX) века: Мат. Межрегион, науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. — Воронеж, 2003. - 4.2. - С. 101-103.

4. Жмтин Ю.И. Биология цветения, опыления н урожай семян озимой вики / Ю.И. Житин, Е.В. Рудавина //Сборник научных трудов по пчеловодству. - Орел, 2004.-Вып. 11.-С. 120-123.

5. Житин Ю.И. Факторы, определяющие симбноз вики мохнатой и клубеньковых бактерий / Ю.И. Житин, Е.В. Мншукова // Итоги научно-исследовательских работ агрономического факультета: Сб. науч. тр. посвященных 90-летию со дня образования агрономического факультета ВГАУ им. К.Д. Глинки. - Воронеж, 2004. - С. 149-154.

6. Житин Ю.И. Экологические факторы, определяющие азотфиксацию и опыление вики мохнатой ! Ю.И. Житин, Е.В. Рудавина // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства: Мат-лы международной науч.-практ. конф. — Воронеж, 2004. — С. 203-206.

7. Рудавина Е.В. Активность симбиотической азотфнксации вики мохнатой / Е.В. Рудавина // Вклад молодых ученых в решение проблем аграрной науки: Мат. межрепю. Науч.-практ. конф. молодых ученых. - Воронеж, 2005.- 4.2.-С. 127-129.

8. Рудавина Е.В. Экологические особенности опыления вики мохнатой / Е.В. Рудавнна // Мэт. конф, «Проблемы с.-х. производства на современном этапе и пути их решения» IX междунар, конф. - Белгород, 2005, -С. 62-63.

9. Рудавина Е.В. Экологические и биологические особенности вики мохнатой ! Е.В. Рудавина // Мат. межаународ. науч.-практ, конф. «Экология, окружающая среда и здоровие населения Центрального Черноземья». - Курск, 2005. - Ч . I. - С. 243-246.

Тип- 9ГАУ, î № 2469-ÎOOi т. Обмм 1,0 л л, Т. 100.