Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность озимой пшеницы в зависимости от уровней минерального питания и использования биологического азота на выщелоченном черноземе Краснодарского края

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Рутор, Татьяна Александровна, Краснодар

Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П.Лукьяненко

ПРОДУКТИВНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА НА ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЕМЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Специальность 06.01,09 - растениеводство

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.С.Найденов

на правах рукописи

РУТОР ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

Краснодар - 1999

■ - г -

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...............................................4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.......................................7

1.1. Особенности питания озимой пшеницы................7

1.2. Продуктивность озимой пшеницы в зависимости от уровней минерального питания...............................'16

1.3. Эффективность азотфиксаторов при инокуляции пшеница....................................................33

2. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ............38

2.1. Краткая характеристика почвенно-климатических условий....................................................38

2.2. Методика исследований............................40

2.3. Характеристика сорта.............................44

2.4. Агротехника в опыте..............................44

2.5. Погодные условия в годы проведения исследований..45

3. СОДЕРЖАНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И В РАСТЕНИЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА.......................................52

3.1. Содержание азота, фосфора, калия в почве и в растениях в зависимости от уровней минерального питания____52

3.2. Влияние инокуляции семян озимой пшеницы азотфикси-рующими бактериями на содержание элементов питания в почве

и в растениях..............................................73

4. РОСТ И РАЗВИТИЕ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА..87

4.1. Продолжительность фаз вегетации..................87

4.2. Густота стояния растений, общая и продуктивная кустистость................................................91

4.3. Особенности формирования листовой поверхности.....92

4.4. Накопление сухой массы............................106

5. ВЛИЯНИЕ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ОБРАБОТКИ СЕМЯН ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ А30ТФИКСАТ0РАМИ НА ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРЫ УРОЖАЯ.112

5.1. Густота продуктивного стеблестоя..................112

5.2. Озерненность колоса...............................115

5.3. Масса 1000 зерен..................................'118

6. УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА.......122

6.1. Урожайность озимой пшеницы в зависимости от уровней минерального питания........................................'122

6.2. Урожайность озимой пшеницы в зависимости от использования биологического азота..................................12?

?. КАЧЕСТВО ЗЕРНА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЕЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА...133

8. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКОЛОГО-РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРИЕМОВ ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО

АЗОТА.......................................................140

ВЫВОДЫ....................................................148

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.................................151

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современных условиях земледелия, когда цены на удобрения постоянно растут, а объемы применения их падают, наиболее актуальной становится проблема повышения эффективности удобрений. Необходимы разработки приемов оптимизации условий питания озимой пшеницы для разных уровней продуктивности, позволяющих определить минимальные затраты на удобрения и получать максимальный эффект от их действия.

Одним из ресурсосберегающих приемов, позволяющих экономить минеральные удобрения при возделывании озимой пшеницы, является использование биологического азота. Получение его возможно за счет деятельности штаммов бактерий несимбиотической азотфиксации, способных усваивать азот атмосферы посредством ассоциативных связей с корневой системой злаков. Вопрос этот для Краснодарского края является новым и мало изученным.

В связи с этим изучение эффективности применения ранневесен-них азотных подкормок в зависимости от содержания фосфора и калия в почве, а также приемов использования азотфиксаторов, является актуальным.

Цель и задачи исследований. Целью исследований было совершенствование оптимизации азотного питания на фосфорно-калийных фонах с тем, чтобы каждый внесенный килограмм азотных удобрений давал более высокие прибавки урожая зерна озимой пшеницы, а также изучение целесообразности использования штаммов бактерий несимбиотической азотфиксации для частичной замены минерального азота биологическим.

В соответствии с этим были определены следующие задачи исследований:

- установить оптимальные содержания подвижного фосфора и обменного калия для разных уровней урожайности озимой пшеницы;

- изучить дозы ранневесенней азотной подкормки на разных фосфорно-калийных фонах;

- определить зависимость урожайности озимой пшеницы от содержания элементов питания в почве и в растениях;

- изучить влияние уровней минерального питания на рост и развитие озимой пшеницы;

- установить влияние азотфиксаторов на минеральное питание, рост, развитие, продуктивность и качество зерна озимой пшеницы на разных азотных фонах;

- дать биоэнергетическую оценку ресурсосберегающим приемам применения удобрений и использования биологического азота.

Научная новизна исследований. На выщелоченном черноземе впервые предложены:

- оптимальные содержания подвижного фосфора и обменного калия для разных уровней урожайности;

- на оптимальном фосфорном и калийном питании эффективная доза ренневесенней азотной подкормки;

- доказана целесообразность использования биологического азота при возделывании озимой пшеницы.

Практическая ценность работы. Производству предложена усовершенствованная система применения ренневесенних подкормок для разных уровней продуктивности озимой пшеницы» обеспечивающая максимальную экономическую эффективность.

Разработаны приемы эффективного использования биопрепаратов на основе ассоциативных азотфиксаторов.

Апробация работы. Основные положения результатов исследований доложены и одобрены на методических комиссиях Краснодарского НИИСХ в 1989-1993 годах, на научно-производственной конференции "Эколого-экономические проблемы АПК" в г.Твери в 1990 г., научной конференции по проблемам селекции и агротехники возделывания озимой пшеницы (Мироновский НИИ, г-Киев).

Реализация результатов исследований. Материалы исследований вошли в рекомендации по ресурсосберегающей системе удобрений озимой пшеницы на выщелоченном и обыкновенном черноземах Краснодарского края в 1995 г. Производственная проверка и внедрение разработок проводились в АО "Михайловское", колхозе "Рассвет" Курга-нинского района в 1994г. на площади 4 тыс. га и в 1995г.- на 5тыс.. га. Общий экономический эффект в 1994 г. составил 1120 тыс. руб., в 1995 г.-1400 тыс. руб.

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах в соавторстве.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста и включает 34 таблицы и 13 рисунков. Список использованной литературы содержит 188 отечественных и 15 зарубежных источника.

- ? -

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности питания озимой пшеницы

Озимая пшеница занимает большой удельный вес в балансе производства зерна в стране. По урожайности эта культура имеет большие потенциальные возможности, успешно реализовать которые можно при оптимальных условиях выращивания.К.А.Тимирязев [163] подчеркивал, что большое значение имеет изучение потребности растений в элементах минерального питания в различных условиях среды и умение их удовлетворять с целью улучшения условий их произрастания.

Необходимые для растений озимой пшеницы уровни содержания доступных форм питательных веществ и их количественные соотношения в почве, определяются генетическими особенностями растительного организма и факторами среды.

При благоприятном сочетании последних потребность растений в элементах питания повышается, что сопровождается усилением их роста [23,58,97,1223.

Потребность растений в элементах минерального питания существенно меняется в течение вегетации, что необходимо учитывать при решении вопросов регулирования плодородия, сроков внесения удобрений и их дозировки [233.

Вегетационный период озимой пшеницы делят условно на три этапа, существенно различающиеся по потребности растений в макро и микроэлементах [983:

1) прорастание семян - образование ассимиляционной поверхности;

2) вегетативный период роста и развития (до цветения);

3) репродуктивный период (цветение-созревание).

В работах В.Г.Минеева, В.Д.Панникова [97,122,1233 указыва-

ется на наличие двух критических периодов в жизнедеятельности озимой пшеницы по отношению к элементам минерального питания.

Первый - от всходов до выхода в трубку - для озимой пшеницы он приходится на осень и начало весенней вегетации. В этот период растения особенно чувствительны к концентрации почвенного раствора и содержанию в нем элементов питания, недостаток или значительный избыток какого-либо элемента существенно влияет на рост и развитие растений. Второй- от трубкования доналива зерна.

Поступление питательных веществ в растение озимой пшеницы в значительно зависит от почвенно-климатических условий, от содержания в почве элементов минерального питания в доступных для растения формах, состояния растений, интенсивности их роста, мощности развития корневой системы, водно-физических свойств почв, концентрации и реакции почвенного раствора и т.д. £23,1133.

В период вегетации пшеница поглощает большое количество элементов минерального питания . Еще исследованиями Ж.В.Бусенго [93 было установлено, что число элементов, входящих в состав зерна и соломы озимой пшеницы, превышает пятнадцать. Азот, фосфор, кальций, магний, кремний потребляются в значительных количествах, другие элементы, например, железо, сера, медь, бром - в меньших. Однако все они необходимы, и каждый в отдельности выполняет определенную роль в физиологических процессах, протекающих в растениях.

В процессе вегетации растений озимой пшеницы потребность в отдельных питательных веществах по фазам роста будет неодинаковой. Многие исследователи [23,58,96,113,140,154], изучавшие минеральное питание озимой пшеницы отмечают, что, если в определенные периода роста потребность озимой пшеницы в элементах питания удовлетворяется в полной мере в соответствии с ее биологическими

особенностями, то формируется высокий урожай- Уже в начале вегетации, во время дифференциации колоса и образования колосков, должно быть правильное соотношение азота и фосфора. Азот - наиболее важный элемент в жизни растений. Он является обязательной составной частью всех белков и аминокислот, нуклеиновых кислот, хролофилла, фосфатидов, многих ферментов и других биологически активных соединений, без которых невозможен синтез органического вещества [843.

Удовлетворение озимых в азоте способствует уже в начальные периоды роста усилению биохимических процессов и положительно сказывается на кущении [973. Достаточное содержание азота в этот период существенно влияет на продуктивность растений. Это связано с тем, что закладка колоса, его дифференциация, а также образование зачаточных стеблей, корней узлов, междоузлий, листьев часто начинается уже с осени, поэтому часть азотных удобрений должна быть внесена до посева озимой пшеницы [23,1403. У растений, выращенных в первый период без азота, а затем обеспеченных этим элементом питания, в основном развиваются только первые цветки колосьев [23,113,1223.

В фазу кущения из почек развиваются побеги, идет развитие вторичных корней, сегментация конуса нарастания, поэтому внесение азота в это время увеличивает кустистость растений, приводит к значительному увеличению колосков в колосе [96,1403. Ю.П.Ковыря-лов подчеркивает [593, что именно в этот период растения пшеницы должны быть обеспечены обильным азотным питанием, которое резко усиливает ростовые процессы формирующихся продуктивных органов.

В то же время еще А.В.Петербургский отмечал [1253, что чрезмерно высокие дозы азотных удобрений на ранних этапах роста и развития снижают урожай, так же в момент прорастания азот замед-

ляет рост корней и вызывает депрессию начального роста растений. Повышенные дозы азота в этот период способствуют формированию рыхлой крупноклеточной структуры ткани,набирающей в предзимний период много воды, что понижает устойчивость таких растений к зимним неблагоприятным условиям. Такие посевы чаще поражаются с осени мучнистой росой, корневыми гнилями, а в условиях продолжительной теплой осени и - бурой ржавчиной, а также резко теряют устойчивость к полеганию [23,1403. Поэтому в осенний период растения нуждаются в оптимальном количестве азота.

В отличие от других элементов питания азот относительно равномерно поглощается растениями на протяжении всей вегетации. Недостаток его в питательной среде в отдельные фазы роста и развития растений нельзя компенсировать улучшением азотного питания растений в последующие этапы [23,58,96,140]. В.Г.Минеев [963 отмечает, что у озимой пшеницы имеется два периода усиленного потребления азота: в начале роста и в во время налива зерна. Недостаток азота в первый период приводит к снижению урожая, а во второй - к заметному ухудшению качества зерна, особенно к меньшему накоплению в нем белков. Для получения высокого урожая зерна обязательным условием является оптимальное обеспечение растений азотом в ранние периоды роста и развития озимой пшеницы [54,58,152, 1543.

В условиях Кубани рано весной в почве имеет место дефицит усвояемых для растений форм азота. В таких случаях пшеница слабо кустится,в колосе закладывается меньшее количество колосков. Особенно это сильно проявляется по поздним пропашным предшественникам [23,58,113,1523.

Не меньше значение имеет хорошая обеспеченность озимой пшеницы азотом в фазу выхода растений в трубку [84, 85,863. В этот

период происходит*формирование и дифференциация колосков в колосе и цветков в колосках. Дополнительное внесение азота в это время обеспечивает выживание большего количества продуктивных стеблей.

Таким образом проведенный обзор литературы показал, что помимо основного внесения удобрения, большое внимание должно уделяться подкормкам азотными удобрениями в ранневесенний период для формирования более продуктивного колоса, а также в период колошения для получения зерна с высоким содержанием протеина и клейковины [20,21,60,83,84,85,151,155,1563.

Большое значение в жизни озимой пшеницы имеет фосфор, так как он входит в состав нуклеопротеидов - важнейшего вещества клеточных ядер. Поэтому без фосфорной кислоты не может существовать ни одна клетка. Как и азот, фосфор необходим озимой пшенице на протяжении всей вегетации, но особенно в ранний период роста и развития растений [98,1401. Он начинает поступать в растительный организм еще в период питания проростка за счет запасов материнского семени £1543. Уже с. момента прорастания зерна фосфор, внесенный в основном удобрении или при посеве способствует более быстрому формированию корневой системы, в результате чего растения бывают лучше подготовлены к зиме [130,1393.

Достаточное снабжение озимой пшеницы фосфором с самого начала ее вегетации позволяет растению создать резерв этого элемента питания на весь последующий период, увеличивает содержание фосфора в зерне, повышает зимостойкость и устойчивость к засухе [ 4?, 1313. В начале вегетации растения озимой пшеницы потребляют сравнительно немного фосфора. В.Г.Минеев [973 указывает на особо важное значение в биохимических процессах набухающей зерновки и проростка пшеницы фосфорной кислоты. Фосфорное голодание в раннем возрасте нарушает метаболизм органических веществ, в частности

синтез аминокислот, что не может быть исправлено поздним внесением фосфорных удобрений. Растения озимой пшеницы, не получившие в эти первые дни жизни фосфорного питания, не выколашиваются, даже если потом имеют обильное фосфорное питание. Наибольшее количество фосфора требуется в период от начала выхода в трубку до цветения [23,1133.

Фосфор, как и азот, оказывает существенное влияние на формирование генеративных органов. Улучшение условий питания фосфором увеличивает число колосков и зерен в колосе [58,97,137].

Способность растений поглощать фосфор из окружающей среды и использовать его для формирования надземных органов зависит от влажности почвы и азотного питания. При недостаточном азотном питании резко подавляется поглощение растениями фосфора, понижается степень включения его в такие важные органические соединения, как нуклеопротеиды, а доля неорганического фосфора при этом уве