Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность и обменные процессы озимой ржи при предпосевной обработке семян электрическим полем коронного разряда в условиях Предуралья Республики Башкортостан

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Наумов, Леонид Гурьянович, Уфа

/

/

/

Башкирский государственный педагогический институт

На правах рукописи

Наумов Леонид Гурьянович

ПРОДУКТИВНОСТЬ И ОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОЗИМОЙ РЖИ ПРИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ КОРОННОГО РАЗРЯДА В УСЛОВИЯХ ПРЕДУРАЛЬЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

06.01.09 - Растениеводство

Диссертация на соискание ученей степени кандидата сельскохозяйственных наук

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

Уфа - 1999

Оглавление

стр.

Общая характеристика работы......................................................................................4

Глава I. Краткий обзор литературы....................................................................................................8

1. Продуктивность и обменные процессы сельскохозяйственных культур при предпосевной электрообработке

семян............................................................................................................................................................................8

2. Зависимости эффективности метода от режимов предпосевной обработки семян электрическим полем коронного разряда (ЭПКР)............................................................................................................................18

Глава II. Методика и условия проведения экспериментов............................24

1. Методика и условия обработки семян................................................................24

2. Схемы и условия проведения исследований,;^;,................................27

3. Методика наблюдений и учетов в период проведения

опытов......................................................................................................................................................................31

4. Почвенно-климатические и метеорологические условия

в годы проведения исследований..................................................................................33

Глава III. Влияние предпосевной обработки семян ЭПКР на

продуктивность и качество урожая озимой ржи..................................39

1. Оптимальные режимы предпосевной обработки семян

ЭПКР и продуктивность озимой ржи....................................................................39

2. Формирование урожая озимой ржи при предпосевной электрообработке семян ЭПКР........................................................................................47

3. Качество урожая озимой ржи при предпосевной обработке семян ЭПКР............................................................................................................................................69

Глава IV. Влияние предпосевной обработки семян ЭПКР на

обменные процессы озимой ржи....................................................................................74

1. Характер обменных процессов начальных этапов прорас-

тания озимой ржи при предпосевной электрообработке

семян............................................................................................................................................................................74

2. Физиолого-биохимические процессы озимой ржи в течение вегетации при предпосевной обработке

семян ЭПКР................................................................................................................................................85

3. Морфофизиологический эффект предпосевной обработки семян в ЭПКР......................................................................................................................96

Глава V. Технико-экономическое обоснование применения предпосевной стимуляции ЭПКР..............................................................................................105

1. Результаты производственной проверки эффекта электростимуляции............................................................................................................................................105

2. Оценка экономической эффективности предпосевной обработки семян озимой ржи ЭПКР....................................................................105

Выводы....................................................................................................................................................................................110

Предложения производству..............................................................................................................................111

Список использованной литературы..................................................................................................112

Приложения................................................................................................................................................................................132

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Республика Башкортостан -крупнейший производитель товарного зерна озимой ржи в Российской Федерации. Но урожаи ржи в республике сравнительно невысокие и неустойчивые. Одна из главных причин - низкое качество посевного материала. Например, доля семян низкого качества (т.е. 3 класса и некондиционных) в посевах 1994 года составила 73,9%, из них некондиционных 45,5%. Причина - отсутствие страховых семенных фондов в хозяйствах и существенное ослабление системы производства семян высоких репродукций в семеноводческих посевах и спецсемхозах республики. Нередко посев производится свежеубранными семенами, не прошедшими послеуборочного дозревания, с низкой всхожестью и энергией прорастания. Поэтому 3/4 семенного фонда озимой ржи республики настоятельно требуют дополнительных приемов подготовки семян к посеву, которые повысили бы посевные кондиции и, в конечном счете, подняли бы продуктивность и качество урожая.

Исследованиями ряда авторов (Азии и др.,1960; Басов, Изаков и др., 1968; Изаков, Блонская и др., 1968; Хасанова, 1973) установлено, что предпосевная обработка семян в электрическом поле коронного разряда (ЭПКР) повышает посевные качества и урожайные свойства семян, интенсифицирует обменные процессы. Но оговаривается, что эффект электростимуляции зависит от вида культуры, сорта, агротехники, от почвенно-климатических и метеорологических условий года. Исследования велись на яровых культурах, в основном на яровой пшенице. На озимых культурах подобные исследования не проводились.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - анализ продуктивности и особенностей обменных процессов озимой ржи при предпосевной обработке семян ЭПКР в условиях Предуралья Республики Башкортостан. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние электростимуляции на формирование урожая и его качество.

2. Проанализировать структуру урожая и выявить элементы, в наибольшей степени подверженные действию ЭПКР.

3. Проследить особенности обменных процессов начальных этапов прорастания.

4. Исследовать влияние электростимуляции семян на морфо-физиолого-биохимические процессы озимой ржи в течение вегетации.

5. Провести технико-экономическое обоснование применения метода и выявить оптимальные режимы применения электростимуляции.

Научная новизна. Впервые показан стимулирующий эффект предпосевной обработки для семян озимой ржи в ЭПКР. Установлено влияние ЭПКР на продуктивность и качество урожая озимой ржи в условиях Предуралья Республики Башкортостан. Выявлен оптимальный режим электрообработки. Исследованы обменные процессы начальных этапов прорастания озимой ржи при электростимуляции семян. Изучена активность и характер суточной ритмики ферментов каталазы и пероксидазы, изоэнзимная специфичность пероксидазы проростков озимой ржи. Определена чистая продуктивность фотосинтеза и индекс листовой поверхности и содержание хлорофилла и интенсивность дыхания, размещение корневой системы по слоям почвы. Произведен

морфофизиологический анализ начальных этапов развития растений и снопового материала после воздействия ЭПКР.

Защищаемые положения. 1. В оптимальном режиме электростимуляции наблюдается повышение урожайности без потери качества. ЭПКР в наибольшей степени влияет на густоту продуктивного стеблестоя. Некоторое увеличение массы одного среднего колоса опытного варианта происходит в основном за счет увеличения массы 1000 зерен.

2. Предпосевная электростимуляция семян интенсифицирует обменные процессы начальных этапов прорастания семян. В последующем это способствует повышению площади листовой поверхности, увеличению чистой продуктивности фотосинтеза и большему накоплению сухого вещества в вегетативной массе растений опытного варианта.

3. Электрическое поле коронного разряда, как стимулятор семенного материала, на озимой ржи в условиях Предуралья Республики Башкортостан наиболее эффективно при напряженности электрического поля 6 кВ/см, времени воздействия - 3 секунды и времени отлежки после электрообработки - 10 дней.

Практическая значимость работы. Предпосевная электростимуляция семян выгодно отличается от других приемов экологической чистотой, низкой энергоемкостью и легкой дозируемостью. Не требует больших затрат ручного труда, легко вписывается в технологию возделывания сельскохозяйственных культур, высокорентабелен. Может быть использован для обработки семян на всех посевных площадях озимой ржи.

Предложение автора об экономической целесообразности применения предпосевной обработки семян озимой ржи Вятка 2 внедрено и проверено в 1977-1995 годах на агробиологической станции Башкирского

государственного педагогического института, в колхозе "Башкортостан" Миякинского района и на землях индивидуального частного предприятия "Электрокорона" на общей площади 479,2 гектара.

За руководство и помощь в выполнении настоящей работы автор выражает глубокую благодарность доктору биологических наук, профессору, члену-корреспонденту Академии наук Республики Башкортостан З.М.Хасановой.

Глава I. Краткий обзор литературы

1.1 Продуктивность и обменные процесса сельскохозяйственных культур при предпосевной электрообработке семян

Ф.Энгельс (1969) в работе "Диалектика природы" писал: "Как и теплота, только в другом роде, электричество некоторым образом вездесуще. На Земле не происходит почти ни одного изменения, не сопровождаемого какими-нибудь электрическими явлениями. Чем тщательнее мы изучаем самые различные процессы природы, тем чаще наталкиваемся при этом на следы электричества".

В 50-х годах сотрудниками кафедры применения электрической энергии в сельском хозяйстве Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (ЧИМЭСХ) под руководством А.М.Басова установлено стимулирующее действие электрического поля коронного разряда. Показано, что при оптимальных режимах электрообработка семян способствует усилению роста растений, ускорению развития, что, в конечном счете, приводит к повышению их продуктивности. При этом не только повышается урожайность (на 10-15%), но и улучшается его качество. Под действием электростимуляции происходит повышение посевных качеств семян, интенсификация ряда биохимических процессов, обеспечивающие более активный рост и развитие растений. В основе этого явления лежит то обстоятельство, что электричество широко распространено в природе. Сельскохозяйственные культуры, как и все основные жизненные формы земной биосферы, свое развитие в онтогенезе и филогенезе проходят при постоянном воздействии электрического поля гигантского сферического

конденсатора - поверхности Земли и ее ионосферы (Ратклифф,1975; Кошкин, Ширкевич,1976).

Растительный организм при этом представляет собой электрофизиологическую систему на всех уровнях организации живой материи, обусловленную движением и взаимодействием элементов, слагающих структурные начала системы, в которой морфофизиологическая полярность коррелирует с электрофизиологической (Грундфест,1964; Снежко,1964; Коган,1965; Гродзинский, 1972, Изаков и Рыбин,1973; Richter, 1975; Glaser, 1976). Изменение окружающей электросреды влияет на живой организм, на физиолого-биохимические процессы роста и развития, на продуктивность сельскохозяйственных культур (Чижевский, 1960; Гунар, Синюхин,1961,1963; Renard, 1962; Опритова, 1964; Солна, 1964; Калинин и Опритова, 1971; Иванько, 1977).

Установлено, что величина и знак электрического потенциала прорастающего семени связаны с физиолого-биохимическими процессами и дают возможность судить о силе роста и урожайности будущего растения (Рубцова, 1971). Отражая физико-химические следствия обмена веществ, сопровождающие все основные жизненные процессы, потенциалы являются исключительно надежными, универсальными и точными показателями течения любых физиологических функций (Гунар, Синюхин, 1963; Бос, 1964, Верпинцев, 1964, Коган, 1969; Изаков и Рыбин, 1973; Richter, 1975; Хазанова,1976).

Проведенные И.С.Рубцовой (1971) эксперименты показали, что лучшими являются семена, имеющие отрицательную разность потенциалов между зародышем и эндоспермом. Величину отрицательной разности потенциалов, между зародышем и эндоспермом можно повышать и получать,

инжектируя на зародышевую часть семени потоки электронов и отрицательных ионов, что имеет место в электрическом поле коронного разряда (Азин, Басов и др., 1961; Азии, Изаков, 1966; Басов, 1968; Басов, Изаков и др., 1968; Блонская, 1969; Басов, Чермолин и др., 1973) .

Началом исследований в данном направлении послужил вышедший в 1749 воду трехлетний труд аббата Нолле, указавшего, что электризация семян улучшает всхожесть и ускоряет развитие растений (Даннеман, 1936).

Последующими экспериментаторами по изучению влияния электричества на семенной материал (Мэттьюс,1931; Аронович, 1932; 1933; Рубинштейн, 193 5; Евреинов,1948; Полетаев, 1950) установлен ряд закономерностей, правильность которых в настоящее время не подвергается сомнению. При предпосевной электризации семян были отмечены следующие эффекты:

1. Повышение всхожести семян.

2. Облегчение борьбы с сорными травами и некоторыми вредителями.

3. Увеличение корневой системы и листовой массы растений, выращенных из предварительно обработанных семян.

4. Ускорение развития.

5. Повышение продуктивности стимулированных культур и качества урожая.

Данные общие закономерности отмечались исследователями и при предпосевной обработке семян ЭПКР.

Повышение энергии прорастания на 5,8%, лабораторной всхожести на 7,6%о, полевой всхожести на 10,1%о отмечено при предпосевной обработке ЭПКР яровой пшеницы "Диамант" К.Г.Азиевым, А.П.Блонской, Б.Ф.Пашниным, Т.Г.Филимоновой (1965). Увеличение лабораторной и

полевой всхожести кукурузы от 8 до 20% при воздействии ЭПКР в потоке азота констатировали В.Я.Компанеец и М.П.Федосеева (1956). Установлено повышение полевой всхожести семян яровой пшеницы сорта Весна до 10,5% в условиях Челябинской области (Блонская, 1969), повышение полевой всхожести семян яровой пшеницы на 19-23%) в условиях Башкирской АССР (Хасанова, 1973). Получено повышение как лабораторной, так и полевой всхожести огурцов (Александрова, Быков и др., 1976) и других овощных культур (Параскова, Агофонов и др., 1975).

Повышение или понижение биологической разнокачественности в процессе формирования семян имеет принципиальное значение в семеноводстве, так как наблюдается прямая корреляция выравненности семян с урожайностью (Овчаров, Кизилова, 1966). В настоящее время установлено, что зерно, собранное не только с одного растения, но даже с одного колоса, различно по своим физико-химическим и биологическим показателям. Оно различается по удельной массе, массе 1000 зерен, по содержанию золы и минеральных элементов, белка, клейковины, стекловидности, выполненности, цвету, уровню сформированности зародыша, физиологической зрелости, а отсюда - всхожести, энергии проростания и силе роста (Филипенко, Мечиславский и др., 1964; Бахтизин, 1972). В связи с этим различают три категории разнокачественности: генетическую, экологическую и матрикальную (Строна, 1964), возникающие в семенах под действием трех взаимосвязанных факторов: наследственности, условий среды, в которой развивается растение, и условий развития семян на материнском растении (Поляков, Кизилова и др., 1964). Результаты свидетельствуют, что в структуре семенного материала озимых культур, идущего на посев в Республике Башкортостан, основной удельный вес

занимают семена 2 и 3 класса (рис. 1). Кроме того, отмечается значительная вариация соотношения семян по классности и кондиционности по годам возделывания. Одним из эффективных путей сглаживания влияния неблагоприятных условий внешней среды на формирование и получение качественного посевного материала, является стимуляция семян перед посевом ЭПКР (Басов, Изаков, 1958; Басов, Изаков, Логинова, 1958; Басов, Потанина и др., 1960; Азин,1963).

Повышение урожайности яровой пшеницы сорта Весна в среднем на 1015% в зависимости от условий года при предпосевной электрообработке семян в условиях Челябинской области отмечалось у А.П.Блонской (1969). Увеличение урожайности яровой пшеницы на 10-19%) при обработке семян перед посевом ЭПКР в условиях Башкирской АССР получено З.М.Хасановой

(1973) . Повышение урожайности яровой пшеницы сорта Башкирская 9 на 13,5%) и Саратовская 36 на 28% получили при электрообработке семян в производственных опытах в условиях Башкирии А.А.Тюр и А.И.Желтоухов

(1974). В колхозе "Рассвет" Аургазинского района обработано 150 тонн пшеницы Башкирская 9, повышение урожайности составило 7,5%> или 2,2 ц/га, при урожае в контроле 27,3 ц/га. Получено дополнительно около 1500 центнеров зерна. Колхоз им.50-летия СССР Мелеузовского района обработал 350 тонн семян пшеницы сорта Харьковская 46. Всходы появились на день раньше. Колос был длиннее и полнее, соломистость выше. Повышение урожайности составило 4,4 ц/га, или более чем на 12%, при урожае 36 ц/га. Дополнительно получено около 9000 центнеров зерна (Тюр, Карчугин и др., 1979).

Увеличение урожая зерна при предпосевной обработке семян в электрическом поле происходит за счет по�