Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность и качество урожая нетрадиционных культур (амаранта и дайкона) в зависимости от условий минерального питания

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Продуктивность и качество урожая нетрадиционных культур (амаранта и дайкона) в зависимости от условий минерального питания"

АМЕЛИНА Светлана Егоровна

На правах рукописи

ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ КУЛЬТУР (АМАРАНТА И ДАЙ КОНА) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

Специальность: 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Институте фундаментальных проблем биологии РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Соколов O.A.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Хомяков Д.М. кандидат биологических наук Графская Г. А.

Ведущее учреждение:

Всероссийский научно-исследовательский институт удобрений и аг-ропочвоведения

Защита состоится 1998 г. в /У час СР мин на за-

седании диссертационного совета к.053.05.86 в Московском государственном университете по адресу:

Москва, Воробьёвы горы, МГУ, факультет почвоведения, аудитория

М-2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного совета

И.П. Бабьева

В России проблема интродукции новых овощных культур особенно актуальна в связи с проблемой продовольственного обеспечения населения. Начиная с 1991 года неуклонно продолжается резкий спад уровня потребления населением России продуктов питания, содержащих белки и витамины (Зволинский В.П., цит. по Кононкову П.Ф. с соавт., 1997). Недостаток потребления витаминов и белка, особенно сбалансированного по аминокислотному составу, приводит к метаболическому сдвигу в обмене веществ и многочисленным заболеваниям.

Одним из путей повышения качества продуктов питания является введение в рацион питания новых нетрадиционных овощных культур с высокими вкусовыми и лечебными свойствами. К числу таких культур относится амарант и дайкон. Основное достоинство амаранта заключается в высоком содержании белка хорошо сбалансированного по аминокислотному составу (Кононков П.Ф. с соавт., 1996, 1997). Не менее интересной культурой является дайкон. Корнеплоды этого овощного растения представляют собой важнейший источник углеводов, витаминов и является хорошим профилактическим средством против опухолевых заболеваний (Бунин М.С., 1992).

Вместе с тем, для получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур с оптимальными показателями качества продукции, необходимо разрабатывать и создавать математические модели формирования урожая и его качества под действием комплекса факторов. Поскольку в условиях сельскохозяйственного производства некоторые из этих факторов (почвенно-климатические условия, генотипические особенности и т.д.) являются неконтролируемыми, то реально воздействовать на процесс формирования продуктивности и параметров качества растениеводческой продукции можно регулированием условий минерального питания.

В настоящей работе рассмотрен один из комплексных подходов, направленных на изучение возможности программирования продуктивности культур одновременно с оптимизацией качества урожая.

Цель исследований: Получить для амаранта и дайкона развернутое корреляционно-регрессионное описание закономерностей процессов формирования урожая и его качества под действием условий минерального питания в комплексе с другими факторами (погодные и почвенные условия, сортовые особенности) для последующего создания на этой основе математических моделей.

В задачи исследований входило: • С помощью серии многофакторных экспериментов и последующего дисперсионного анализа, определить для амаранта и дайкона основные закономерности действия и взаимодействия минеральных удобрений и других факторов (погодные и почвенные условия, сортовая специфика) на процессы формирования урожая и параметры качества продукции.

• Вычислить степень значимости и удельный вклад данных факторов в вышеуказанные процессы.

• На основе множественного регрессионного анализа количественно описать зависимость формирования урожая и параметров его качества от условий минерального питания и установить их оптимальные значения для получения стабильных урожаев с оптимальными показателями качества продукции.

Научная новизна: Впервые проведены исследования амаранта и дай-кона с использованием принципа комплексного системного подхода и применением методов математического моделирования для изучения процессов формирования урожая и параметров его качества в зависимости от условий минерального питания и других факторов (погодных и почвенных условий, сортовой специфике и т.д.), влияющих на продуктивность и качество этих культур. Дана оценка удельного вклада данных факторов, а также степень их взаимодействия в вышеуказанные процессы.

В единой функционально связанной агроэкологической системе установлены закономерности действия и взаимодействия факторов в форме математического описания, конкретизированы и расширены знания о роли и значении отдельных факторов и их совокупности в формировании урожая и его качества на базе количественных оценок.

Теоретическая и практическая ценность работы заключается в том, что установленные зависимости продуктивности и важнейших показателей качества урожая амаранта и дайкона от условий минерального питания в комплексе с другими факторами (почвенно-ьслиматическими, сортовой спецификой и т.д.) являются теоретической основой для разработки и создания математических моделей получения стабильного экологически безопасного урожая этих овощных культур с оптимальными потребительскими свойствами.

Полученные результаты могут быть так же использованы в качестве практического руководства при выращивании амаранта и дайкона в производственных условиях.

Апробация работы: Материалы диссертации доложены и обсуждены на Первом и Втором Международных симпозиумах "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования" (Пущи-но, 1995, 1997), Международном симпозиуме "Тяжелые металлы в окружающей среде" (Пущино, 1996), Международной научно-практической конференции "Люпин и амарант - источники новых пищевых и диетических продуктов" (Санкт- Петербург, 1996), конференции молодых ученых и специалистов "Биологические основы интенсификации земледелия" (Москва, 1997), на II открытой городской научной конференции молодых ученых города Пущино (1997).

По материалам диссертации опубликована 21 печатная работа.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 127 страницах, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы из 212 наименований, включает 5 таблиц, 41 рисунок.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

В работе представлены результаты исследований, проведенных на опытных участках Института почвоведения и фотосинтеза РАН в мелко-деляночных и микрополевых экспериментах в 1991-1996 годах.

В экспериментах использовали следующие минеральные удобрения: азотные - аммиачную селитру и мочевину, фосфорные - двойной суперфосфат, калийные - сульфат калия.

Объектами исследований являлись овощные культуры рода Аша-ranthus L. (видов A. Mantegazzianus, A. Hypochondriacus, A. Gangeticus и сортообразцы), а также корнеплодные растения вида Raphanus sativus L. (сорта Дракон, Саша, а так же 8 японских и китайских сортов дайкона).

В опыте "А" изучали влияние различных доз минеральных удобрений и их соотношений на продуктивность и качество амаранта и дайкона. Исследования проводили в 1993-1996 годах по неполной факгориальной схеме 1/9 (6x6x6) на серой лесной почве. В опытах изучали дозы 0,30,60,90,120,150 кг/га азота, фосфора и калия, а также сочетания этих доз, которые составили 24 различных варианта. Повторность в опытах двукратная. В условиях многофакторного эксперимента "В" изучали комплексное влияние уровня плодородия почвы и возрастающих норм азотных, фосфорных и калийных удобрений на продуктивность амаранта и дайкона, а также накопления в них нитратов. С этой целью в 1991-1993 годах проведена серия факториальных экспериментов на трех типах почвы: черноземе оподзоленном (гумус 6:8 %; рН 4:8; Р205 10,8 мг/100 г почвы; К20 8,6-8,8 мг/100 г почвы), серой лесной (гумус 3 %; рН 4,4; Р205 5 мг/100 г; К20 10-14мг/100 г почвы) и дерново-подзолистой (гумус 1,4-1,6 %; рН 4,2-4,4; Р205 2,5 мг/100 г почвы; К20 11,2 мг/100 г почвы). Схема опыта построена аналогично опьггу "А". Таким образом, все сочетания этих доз на каждом типе почвы составили 24 различных варианта. Повторность в опытах двукратная.

Изучение наиболее урожайных японских и китайских сортов дайкона в условиях юга Московской области проводили в 1991г в мелкоделяноч-ном опыте "С". Коллекцию, состоящую из 47 сортов амаранта, выращивали в условиях серой лесной почвы в 1995 году.

Изучение влияния различного уровня техногенного загрязнения почв тяжёлыми металлами (Cd 5 и 30 мг/кг и РЬ 10 и 100 мг/кг почвы) на продуктивность и биохимический состав амаранта и дайкона проводили в микрополевом опыте "D" в 1994-1996 г.г.

Определение агрохимических показателей почв проводили по общепринятым методикам. Содержание минерального азота в почве, нитраты и общий азот в растительных образцах определяли методами Кудея-рова. Для пересчета на сырой белок использовали коэффициент 6,25. Содержание легкорастворимой фракции белков (альбуминов и глобулинов) в растительных образцах - по методу Бредфорда. Содержание аскорбиновой кислоты определяли титрованием краской Тильманса (2,6 дихлорфено-линдофенол). Сахара - фенол-сульфатным методом Дюбуа в водной вытяжке. Содержание тяжёлых металлов в растительных и почвенных образцах определяли методом беспламенной атомно-абсорбционной спектроскопии, в модификации Гелетюк и Золотарёвой. Содержание амаран-тина и каротина в фитомассе амаранта - стандартными фотоколориметрическими методами в процессе совместной работы с лабораторией экологии и физиологии фототрофных организмов ИПФС РАН.

Дисперсионный и линейный регрессионный анализы результатов исследований проводили с использованием программы StatGraphics 3.0. Нелинейный регрессионный анализ - с помощью системы статистического анализа Stat 93.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Формирование продуктивности культур под действием условий минерального питания и других факторов

Продуктивность сельскохозяйственных культур определяется комплексом факторов, действующих в различной степени. Результаты дисперсионного анализа данных, полученных в серии факгориальных экспериментов, показали, что урожайность амаранта в значительной степени определяется сортовыми особенностями, погодными и почвенными условиями, а так же степенью обеспеченности элементами питания.

Наибольший удельный вес среди всех изучаемых факторов принадлежит генотипической специфике (С). Ее вклад в про-

к 7% р *%

Аиарант

К 22%

■Р 18% N 13%

Дайкон

Рис. 1. Удельный вклад факторов в формирование продуктивности амаранта и дайкона.

цесс формирования биомассы амаранта составляет 31 % (рис. 1). Согласно результатам наших исследований различия в продуктивности отдельных сортов могут достигать 50% и более. Наибольшую урожайность в условиях юга Московской области на серой лесной почве показали сорта: К-56, К-48, К-21 (по каталожным номерам ВИР).

Существенное влияние на величину биомассы амаранта оказывают погодные условия периода вегетации (М). Их вклад составляет 26% (рис. 1). За 4 года исследований, существенно различающихся по погодным условиям, масса 1 растения амаранта в условиях факториального эксперимента колебалась от 286 г до 700 г.

Значительный удельный вес (22 %) среди других факторов принадлежит почвенным ~ - А .„ .

Рис. 2. Продуктивность А. Маг^аггтпиБ в

условиям (П). Высокая уро- зависимости от доз и соотношений жайность амаранта может быть азотных и калийных удобрений, получена на чернозёме и серой

лесной почвах, в то время как-дерново-подзолистые почвы мало пригодны для его возделывания. Отсутствие сбалансированного питания на этих почвах может приводить даже к гибели растений. Поэтому, если возникает необходимость выращивания амаранта на дерново-подзолистых почвах, то обязательно сбалансированное комплексное внесение минеральных удобрений в дозах не менее М^РеоК®.

Амарант является культурой достаточно отзывчивой на внесение минеральных удобрений. Среди минеральных удобрений наибольший вклад в процесс формирования биомассы амаранта вносят азотные удобрения (10%). Вклад фосфорных удобрений составляет 4%, калийных - 7% (рис. 1).

Действие минеральных удобрений на урожайность амаранта зависит от их доз и соотношений. Так, на низких уровнях калийного питания (Ко. 30) применение азота в дозах до 90 кг/га способствует увеличению урожайности амаранта, при дальнейшем повышении уровня азотного питания (N90.150) в действии азотных удобрений наблюдается тенденция про-

Аэот, кг/га

тивоположного характера, т.е. они снижают продуктивность A.Mantegazzianus (рис. 2). По мере повышения уровня калийного питания (К30-150) эффективность азотных удобрений возрастает. Формированию наибольшей массы растений способствует внесение азотных и калийных удобрений в дозах N150K150.

Продуктивность дайкона в значительной степени определяется сортовыми особенностями. В условиях юга Московской области максимальную массу корнеплода (до 1260 г) формировал сорт Дракон. Большой массы достигали и корнеплоды сортов Swe;t acr (до 1080 г) и Blue sky (до 990 г). Вклад метеоусловий (М) в процесс формирования корнеплодов составляет 46% (рис. 1). Существенное влияние на продуктивность дайкона оказывает гидротермический режим, особенно в последние 2-3 недели периода вегетации дайкона.

В формирование корнеплодов дайкона калийные удобрения вносят 22%, фосфорные - 18%, азотные - 13%. Между продуктивностью дайкона и нормой калийных удобрений в диапазоне Ko-iso на серой лесной почве со средней обеспеченностью обменным калием (10-14 мг К20/100 г почвы)

выявлена почти линейная зависимость. Таким образом, дайкон является культурой достаточно отзывчивой на внесение калийных удобрений. Действие азотных и фосфорных удобрений описывается параболой. При недостаточной сбалансированности элементов питания внесение удобрений может приводить к полу-

D , т-. „ п чению низкого урожая

Рис. 3. Продуктивность дайкона сорта Дракон в

зависимости от доз и соотношений азот- корнеплодов.

ных и фосфорных удобрений. Так, повышенный

уровень фосфорного питания (Р90-150) оказывает негативное влияние, снижая-урожайность дайкона (рис. 3). Наибольший эффект взаимодействия азотных и фосфорных удобрений на продуктивность корнеплодов Дракона наблюдается при внесении удобрений в дозах NisoPeo-

Азот,

.30° ,\<*

кг/га

Существенное влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур могут оказывать тяжелые металлы. Амарант является культурой достаточно чувствительной к загрязнению почвы кадмием и свинцом. Внесение свинца в дозе 100 мг/кг почвы вызывало снижение урожайности у К-23 на 25%, у A.Hypochondriacus на - 40%. В варианте с уровнем загрязнения кадмием 30 мг/кг почвы биомасса растений уменьшалась у К-23 на 43%, а у A.Hypochondriacus на 53% по сравнению с контролем. Наибольшее снижение урожайности (на 60%) происходило у К-23 при совместном внесении PbiooCd30 мг/кг почвы. На всех вариантах кадмий накапливался в биомассе амаранта в количествах, превышающих ПДК. отличие от амаранта, дайкон является культурой относительно'устойчивой к повышенным концентрациям в почве свинца и кадмия. Нами не установлено математически достоверного влияния свинца и кадмия на урожайность корнеплодов дайкона. В большинстве случаев применение этих элементов приводило к незначительному повышению урожайности данной овощной культуры. По-видимому, ионы свинца и кадмия в определенных концентрациях активируют процессы биосинтеза, стимулируя, таким образом, процессы роста и развития (Зубкова с соавт., 1994; Комиссарова с соавт., 1994). Превышение предельно допустимого содержания кадмия в корнеплодах вызывали только высокие дозы кадмия (30 мг/кг). Количество свинца на всех вариантах в корнеплодах дайкона и в биомассе амаранта не превышали ПДК.

Влияние условий минерального питания на содержание белков в фитомассе амаранта и в корнеплодах дайкона Содержание белка в листьях амаранта в значительных пределах варьирует в зависимости от сортовых особенностей. Из 34 сортов, выращенных на коллекции 1995 года в условиях серой лесной почвы, наиболее высоким содержанием сырого белка (более 19%) характеризовались сорта К-111, К-9, К-80 (по каталожным номерам ВИР). Процесс накопления белка в значительной степени зависит от условий минерального питания. Содержание сырого белка в листьях овощного сорта Mantegazzianus описывается следующим уравнением:

Prot.= 14,H-0,57No'7+0,0463K-0,019N1'4-0,005P1'6+0,0002K2+ 0,01l№'7P°'8-0,002б№,7К при R=0,841

Действие минеральных удобрений на содержание белков зависит от их сбалансированности. Так, эффективность азотных удобрений на со-

держание белков Ъ биомассе А. Mantegazzianus в значительной степени зависит от сбалансированности с фосфорными удобрениями. При дисбалансе методу азотом фосфором, азотные удобрения способствуют снижению содержания белков в фитомассе амаранта (рис. 4). С повышением норм фосфора (Р30-150) внесение азота в дозах до 60 кг/га оказывает положительное действие на процесс накопления белков.

Среди белков значительный удельный вес занимает фракция легкорастворимых белков (альбумины и глобулины), содержание которой в фитомассе А. Ма1ие§аг21апиз достигает 5 %. Наибольшая часть альбуминов и глобулинов находится в верхних и средних ярусах листьев, чуть меньше - в нижних. Между накоплением легкорастворимых белков и общего белка в фитомассе А. Мап1е£а221апш существует тесная линейная зависимость с коэффициентом корреляции г=0,8.

У дайкона ярко выражена параболическая зависимость накопления белка в корнеплодах от калийных удобрений, вследствие чего высокие дозы калия оказывают негативное действие, снижая содержание белка. Наилучшим вариантом сбалансированности азотных и калийных удобрений является N150X60.90-

Существенное влияние на содержание белка в фитомассе А. НуросЬопсЫасиз и А. Мате§агг1апи5 оказывают свинец и кадмий. Под действием этих элементов у двух сортов амаранта наблюдается тенденция роста белка. Некоторые авторы объясняют этот факт образованием с элементом токсикантом металлопротеинов (Соболев с соавт., 1982; Кабата-Пендиас., 1989; Бабкин, Завалин, 1995). Совместное внесение свинца и кадмия в дозах РЬюоСсЬоОнижают количество белка в фитомассе амаранта Мап1е§агг1апиз на 7 %, А.НуросЬопсЫасиБ - на 47 %.

Негативного действия тяжелых металлов (РЬ, Сс1) на содержание белков в корнеплодах дайкона не выявлено.

%

Рис. 4. Содержание сырого белка в фитомассе амаранта сорта Mantegazzianus в зависимости от доз и соотношений азотных и фосфор-

Влияние условий выращивания на содержание Сахаров в корнеплодах дайкона Наибольшую роль среди факторов, влияющих на процесс накопления Сахаров в корнеплодах дайкона, играют погодные условия периода вегетации и генотипическая специфика, вклад которых составил по 30%. В условиях факториального опыта в 1996 года более высоким содержанием Сахаров отличался сорт Саша. Количество Сахаров в его корнеплодах достигало 18,4%, в то время как у сорта Дракон эта величина составляла всего 12,5%.

Среди минеральных удобрений наибольший вклад в процесс сахаронакопления вносят калийные (25%). Вклад азотных и фосфорных существенно ниже и составляет по 7%. Действие элементов минерального питания на содержание Сахаров в большинстве случаев зависит от их сбалансированности. Так, на низких уровнях калийного питания (Ко-зо) возрастающие дозы фосфорных удобрений снижают количество Сахаров (рис. 5).

По мере повышения норм калийных удобрений эффективность фосфорных возрастает. Наибольшее количество Сахаров в корнеплодах Дракона накапливается при внесении минеральных удобрений в дозах РноКш.

Нами не установлено достоверного влияния свинца на содержание Сахаров в корнеплодах дайкона. Под действием высоких доз кадмия (30 мг/кг почвы) накопление Сахаров увеличивалось.

Фосфор,

кг/га

Рис. 5. Содержание Сахаров в корнеплодах дайкона сорта Дракон в зависимости от доз и соотношений фосфорных и калийных удобрений.

Влияние условий минерального питания на содержание аскорбиновой кислоты в корнеплодах дайкона Содержание аскорбиновой кислоты в корнеплодах в значительной степени варьирует под действием минеральных удобрений. Несколько больший вклад в процесс образования и накопления витамина С вносят

фосфорные удобрения (40%). Вклад азотных удобрений составляет 30%, калийных - 31%.

Эффект взаимодействия азотных, фосфорных и калийных удобрений на содержание витамина С определяется их дозами и соотношениями, и носит сложный характер. Так, внесение возрастающих доз азота (N0.150) на фоне повышающихся доз фосфора (Ро-150) способствует снижению содержания аскорбиновой кислоты в корнеплодах дайкона (рис. 6А).

Рис 6. Влияние азотных удобрений на содержание аскорбиновой кислоты в корнеплодах дайкона сорта Дракон в зависимости от сбалансированности с фосфорными: А - на фоне Ко; Б - на фоне К150.

Максимальное количество витамина С накапливается в дайконе только при усиленном фосфорном питании (Р90-150). Существенно изменяется характер взаимодействия азотных и фосфорных удобрений на фоне высокого уровня калийного питания (К150) (рис. 6Б). В этом случае эффективность азотных удобрений в значительной степени зависит от сбалансированности с фосфорными. Внесение возрастающих доз азота (N0.70) на фоне Ро-150 способствует повышению содержания витамина С, однако дальнейшее повышение уровня азотного питания (N70.150) приводит к снижению количества аскорбиновой кислоты. Максимальное накопление витамина С в корнеплодах дайкона наблюдается при N30^120-150.

Влияние тяжелых металлов на процесс синтеза и накопления аскорбиновой кислоты в корнеплодах зависит от сортовых особенностей. У сорта Саша под действием РЬ и Сё наблюдалось увеличение количества витамина С на 17-53%. У сорта Дракон происходило снижение аскорбиновой кислоты в вариантах с максимальным уровнем загрязнения почвы (Сс130) - на 52%, (РЬюо) - на 45% по сравнению с контролем.

Амарантин,

мс/раст

Влияние условий минерального питания на содержание пигментов в фитомассе амаранта

Краснолистные виды-амаранта являются источником красителей природного происхождения. Количество пигментов (амарантин, каротин) в значительной степени определяется условиями минерального питания. Полученный экспериментальный материал позволил установить основные закономерности действия минеральных удобрений на содержание и накопление пигментов в листовой массе А. Са^ейсиБ (К-29).

Накопление амарантина определяется в основном нормой азотных и калийных удобрений. Причем, недостаток азота в почве отражается на синтезе амарангина в большей степени. Так как на образование предшественника амарантина - тирозина, влияют условия азотного питания (Гинс с соавт., 1997). В действии азотных и калийных удобрений на содержание амарангина наблюдается параболическая зависимость (рис. 7).

На вариантах с высоким уровнем азотного питания количество амарантина в листовой массе амаранта значительно снижается. Подобная тен-

Рис. 7. Накопление амарантина в фитомассе A.Gangeticus в зависимости от нормы азотных и калийных удобре-

Каротин мг/раст

Рис. 8. Накопление каротина в фитомассе A.Gangгticus в зависимости от нормы азотных и фосфорных удобрений.

денция прослеживается и на вариантах с высоким уровнем калийного питания. Наибольшему получению амарангина с одного растения способствует применение минеральных удобрений в дозах Ибо-во^о-во-

Содержание каротина определяется в основном уровнем азотного и фосфорного питания (рис.8). Под действием возрастающих доз азота на всех уровнях фосфорного питания (Ро-150) количество каротина в листьях амаранта повышается, но до определенного предела. Оптимальными являются нормы N60-100- Дальнейшее их повышение приводит к снижению содержания каротина. Максимальному накоплению каротина в листовой массе амаранта способствует внесение азотных и фосфорных удобрений в дозах N80?! 50-

Влияние комплекса факторов на аккумуляцию нитратов в растениях

В решении вопроса формирования качества урожая необходимо учитывать параметры экологической чистоты, одним из которых является содержание нитратов в продукции растениеводства. Содержание N-N03 в

логических условиях, отличались сорта: РашсиЫш (1531-1789 мг/кг) н К-77 (2055-2256 мг/кг), а максимальное количество нитратов накапливали сорта: К-29 (до 3493 мг/кг), К-16 (до 3448 мг/кг). Вклад сортовой специфики (С) в формирование нитратного пула составляет у амаранта 6 %, у

Рис. 9. Удельный вклад факторов в формирование нитратного пула амаранта (А) и дайкона (Б).

Амарант

Дайкон

зелёной массе амаранта и корнеплодах дайкона может существенно варьировать в зависимости от погодных условий периода вегетации. По результатам статистического анализа вклад метеоусловий (М) в формирование нитратного пула амаранта составляет 32 %, дайкона - 42% (рис. 9). За 4 года исследований аккумуляция нитратов в биомассе амаранта в зависимости от погодных условий периода вегетации колебалась в пределах 953101 мг/кг. Минимальным содержанием нитратов, при сложившихся в 1992 году метеоро-

дайксна - 36 % (рис. 9). Содержание нитратов в корнеплодах разных сортов дайкона, при сложившихся погодных условиях периода вегетации в 1992 году, колебалось от 1066 до 1474 мг/кг. Меньше всего нитратов накапливали сорта: Mino summer (1066 мг/кг) и Blue sky (1171 мг/кг).

Вопрос о характере распределения нитратов в растениях амаранта представляет важность для диагностики качества продукции овощных и кормовых культур. Тем более что согласно литературным данным амарант относится к группе растений, способных накапливать нитраты в повышенных количествах (Amaranth..., 1984; Becker., 1984; Некрасова, Савенков., 1997; Соловьева, Зверева., 1997). Наибольшее количество нитратов находится в стебле (296 мг/кг) и черешках листа (226 мг/кг), в то время как содержание нитратов в листовых пластинках колеблется в пределах 111-147 мг/кг.

Существенное значение в накоплении нитратов имеют условия минерального питания. Вклад азотных удобрений (N) в аккумуляцию нитратов у амаранта составляет 8 %, у дайкона - 12 %. Вклад фосфорных удобрений (Р) составляет 35 % у амаранта, 3 % у дайкона (рис. 9). Наибольшее снижение нитратного азота под действием фосфора происходит на фоне высокого уровня азотного питания (N^o-iso)- В действии фосфорных удобрений на аккумуляцию N-NO3 в биомассе амаранта Gangeticus ярко выражена параболическая зависимость. Применение фосфора в дозах до 90 кг/га в большинстве случаев приводит к снижению нитратного азота в растении. Вклад калия (К) в накопление N03" в биомассе амаранта составляет 19 %, в корнеплодах дайкона - 7 % (рис. 9). Под действием возрастающих доз калийных удобрений (K0_i5o) в большинстве случаев происходит снижение нитратного азота в биомассе A. Mantegazzianus. В корнеплодах дайкона сорта Дракон действие калия на содержание нитратов описывается параболой. Применение калийных удобрений в дозах до 90 кг/га снижает количество нитратного азота.

Выводы

1. Использование системного подхода и методов математического моделирования позволило установить закономерности формирования урожая нетрадиционных культур (амаранта и дайкона), а также важнейших показателей их качества от условий минерального питания и других факторов (погодные и почвенные условия, сортовые особенности). Формированию наибольшей надземной биомассы амаранта способствует знесение полного минерального питания в дозах NisqPisoKiso- Амарант весьма чувствите-

лен к повышенным концентрациям свинца и кадмия в почвах. Под действием высоких уровней загрязнения свинца (100 мг/кг) и кадмия (30 мг/кг) происходит снижение его продуктивности на 25-53%. Возделывание овощных и кормовых видов амаранта на почвах загрязненных кадмием не рекомендуется, поскольку помимо снижения урожайности происходит накопление этого элемента в биомассе в количествах превышающих ПДК. Калийные удобрения играют существенную роль в формировании корнеплодов дайкона. На серой лесной почве со средней обеспеченностью обменным калием между продуктивностью дайкона и нормой калийных удобрений в диапазоне Ко-ио выявлена почти линейная зависимость. Внесение фосфорных удобрений в дозах свыше 90 кг/га в условиях среднего содержания подвижного фосфора в почве оказывает негативное действие, снижая продуктивность дайкона. Дайкон является культурой относительно устойчивой к загрязнению почвы свинцом и кадмием. Снижение урожайности не происходило даже под действием высоких концентраций свинца (100 мг/кг) и кадмия (30 мг/кг).

2. Содержание белка в фитомассе амаранта различных сортов варьирует в значительных пределах и зависит от сбалансированности элементов питания. Высокий уровень азотного питания снижает количество белков. Оптимальной дозой полного минерального удобрения является 1^60Рбо-9оКбо-90. Содержание легкорастворимой фракции белков в фитомассе А. Матс§агг1апш достигает 5%. Большая часть альбуминов и глобулинов находится в верхних и средних ярусах листьев, несколько, меньше в нижних. Между накоплением легкорастворимых белков и общего белка в фитомассе А. МаЩеяагг1апи5 существует тесная линейная зависимость с коэффициентом корреляции г=0,8. Под действием свинца и кадмия у амаранта наблюдается тенденция роста белка. Совместное внесение этих элементов в дозах РЬюоС(1зо. снижает количество белка в растениях на 747%. У дайкона наблюдается ярко выраженная параболическая зависимость накопления белка в корнеплодах от калийных удобрений, вследствие чего высокие дозы калия (К90.15о) оказывают негативное действие, снижая количество белка. Свинец (10; 100 мг/кг) и кадмий (5; 30 мг/кг) не оказывают математически достоверного влияния на содержание белков в корнеплодах дайкона.

3. Процесс накопления Сахаров в корнеплодах дайкона в большой степени зависит от условий минерального питания. Высокие дозы азота оказывают негативное действие, снижая количество Сахаров. Наибольшему накоплению Сахаров в корнеплодах дайкона Дракон способствует применение

минеральных удобрений в дозах КвоРэоКш- Свинец (10; 100 мг/кг) на данный параметр не оказывает математически достоверного влияния. Под действием высоких доз кадмия (30 мг/кг) накопление Сахаров усиливается.

4. Количество пигментов (амарантин, каротин) в листовой массе А. Gangeticus весьма вариабельно и зависит от условий минерального питания. Наибольшему получению амарантина с одного растения способствует внесение удобрений в дозах Ы60.8оК4о-8о- Максимальное количество каротина в листовой массе амаранта накапливается при ^оРш-

5. Процесс синтеза и накопления аскорбиновой кислоты в корнеплодах дайкона в значительной степени определяется условиями минерального питания. Оптимальным является применение минеральных удобрений в соотношении ^оР^о-ноКно. Изменение в содержании аскорбиновой кислоты в корнеплодах под действием ТМ зависит от сортовых особенностей дайкона. У сорта Саша под действием свинца и кадмия наблюдается увеличение количества витамина С на 17-53 % по сравнению с контролем. У сорта Дракон повышенные концентрации этих элементов снижают содержание аскорбиновой кислоты на 45-52 %.

6. Возрастающие дозы азота способствуют процессу аккумуляции нитратов, как в биомассе амаранта, так и в корнеплодах дайкона. Снижение нитратного азота в надземной массе амаранта происходит под действием возрастающих доз калийных удобрений (Ко-ио), а так же при внесении фосфора в дозах до 90 кг/га. Применение калия в нормах до 90 кг/га снижает количество нитратного азота в корнеплодах дайкона Дракон. Под действием фосфорных удобрений наибольшее снижение N-N03 в дайконе происходит на фоне высокого уровня азотного питания (N120-150)-

7. В результате анализа закономерностей взаимодействия факторов в системе почва - удобрения - погода - урожай установлено:

- Продуктивность амаранта в значительной мере зависит от сортовых особенностей (31%), погодных (26%) и почвенных (22%) условий, а так же от степени обеспеченности элементами питания. Вклад азотных удобрений в формирование биомассы амаранта составляет 10%, фосфорных - 4%, калийных - 7%.

- Продуктивность дайкона в большей степени определяется погодными условиями периода вегетации (46%). Среди минеральных удобрений в формирование корнеплодов калийные удобрения вносят наибольший вклад -22%, Вклад фосфорных удобрений составляет 18%, азотных -13%.

- Содержание Сахаров в корнеплодах дайкона существенно варьировало в зависимости от погодных условий периода вегетации (30%) и генотипи-ческой специфики (30%). Среди минеральных удобрений самый большой вклад в процесс накопления Сахаров вносят калийные удобрения (25%), вклад азотных и фосфорных составляет по 7%.

- Количество N-N03 в зеленой массе амаранта может изменяться в зависимости от погодных условий периода вегетации (32%), сортовых особенностей (6%). В формирование нитратного пула амаранта вклад азотных удобрений составляет 8%, фосфорных - 35%, калийных - 19%.

- Содержание нитратного азота в корнеплодах дайкона варьирует под действием погодных условий (42%), сортовых особенностей (36%). В аккумуляцию N-N03 в дайконе вклад азотных удобрений составляет 12%, фосфорных - 3%, калийных - 7%.

/

/

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Амелина С.Е., Соколов. O.A., Тихонова E.H., Кравчук Д.Н., Амелин A.A. Формирование урожая амаранта и его качества в условиях fex-ногенного загрязнения почв. // Тез. докл. Международного симпозиума "Тяжелые металлы в окружающей среде". 15-18 октября 1996 г., г. Пущино. С. 151-152.

2. Амелина С.Е., Амелин A.A. Влияние условий минерального питания на биохимический состав амаранта. // Тез. докл. II открытой городской научной конференции молодых учёных города Пущино. 23-25 апреля 1997 г. С. 158.

3. Амелина С.Е.. Амелин A.A., Кравчук Д.Н., Тихонова E.H., Сизова О. И. Влияние загрязнения почв тяжёлыми металлами на урожай и качество дайкона. // Бюлл. Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова. № 110. "Биологические основы интенсификации земледелия". ВИУА. Москва. 1997. С. 57.

4. Амелина С.Е., Амелин A.A., Соколов O.A. Формирование урожая дайкона и его качества под действием минеральных удобрений // Бюлл. Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова. № 110. "Биологические основы интенсификации земледелия". ВИУА. Москва. 1997. С. 55.

5. Амелина С.Е., Амелин A.A., Кравчук Д.Н., Соколов O.A. Влияние комплекса факторов на продуктивность и биохимический состав дайкона (Raphanus Sativus L.) // Сборник трудов II открытой городской научной конференции молодых ученых города Пущино. 1997. С. 115120.

6. Амелина С.Е. Продуктивность и качество урожая нетрадиционных культур в зависимости от условий минерального питания. Пущино. 1998 г. 35 с.

7. Амелина С.Е., Соколов O.A., Амелин A.A. Условия минерального питания, продуктивность и качество урожая дайкона // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. МГУ. 1998 г. С. 336-341,-

Научное издание Автореферат Амелиной С.Е. •

Налоговая льгота - общероссийский классификатор продукции ОК-ООэ-93; том 2; 953000 - книги и брошюры.

21.07.98 г. Зак. 8075Р. Тир. НО экз. Усл.печ.л. 1,0.

Отпечатано с оригинала-макета в Отделе научно-технической информации Пущинского научного центра РАН. 142292 г. Пущино Московской обл., проспект Науки, 3. ОНТИ ПНЦ РАН.