Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПРОДУКТИВНЫЙ И АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ОДНОЛЕТНИХ ВИДОВ ЛЮПИНА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "ПРОДУКТИВНЫЙ И АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ОДНОЛЕТНИХ ВИДОВ ЛЮПИНА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ"

/ -¿да

На правах рукописи

Беляева Жанна Александровна

ПРОДУКТИВНЫЙ И АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ОДНОЛЕТНИХ ВИДОВ ЛЮПИНА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ

Специальность: 06.01.09 - растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск - 2005

Диссертационная работа выполнена в 2002...2004 гг. в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте зернобобовых и крупяных культур

Научные руководители:

Оф и ци аль н ые о л пон енты:

доктор биологических наук Агаркова Светлана Николаевна доктор сельскохозяйственных наук ¡Терехов Алексей Ильи^ доктор сельскохозяйственных наук Саввичева Инна Константиновна кандидат сельскохозяйственных наук Дьяченко Владимир Викторович

Ведущая организация: Орловский государственный университет

Зашита состоится "1" июля 2005 г. в 10 ч. на заседании Диссертационного Совета Д 220.005.01 в Брянской государственной сельскохозяйственной академии

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Брянской государственной сельскохозяйственной академии

Просим принять участие в работе совета или прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью по адресу: 243365, Брянская область, Вы гони некий район, с. Кокино, БГСХА.тел. (08341) 24-7-43

Автореферат разослан " 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

А.В. Дронов

Общая характеристика работы

Акту альность темы. На протяжении длительной истории возделывания люпина в России и за рубежом интерес к этой культуре резко менялся, как и занимаемые ею площади. Между тем именно однолетние виды люпина способны повлиять на интенсификацнонные процессы в сельскохозяйственном производстве, которые связаны с переходом на ресурсосберегающие, экологически обоснованные технологии. Средообразующая роль люпина в адаптивном растениеводстве обусловлена главным образом его способностью формировать эффективный симбиоз с клубеньковыми бактериями, что способствует повышению продуктавности не только люпина, но и последующих культур в севообороте, улучшению почвенного плодородия и позволяет экономить энергетические ресурсы. Следует заметить, что эти вопросы применительно к новым перспективным сортам однолетних видов люпина изучены недостаточно.

Зерно-семенная продукция однолетних видов люпина характерна тем, что она является одной из самых высокобелковых и позволяет создавать наиболее благоприятные предпосылки для успешного решения белковой проблемы в кормопроизводстве, а в последние годы — в увеличении пищевого белка. Сравнительная производственно-хозяйственная оценка культур для использования на кормовые, семенные и товарные цели, как правило, производится по отдельным разрозненным показателям, которые не позволяют сделать обобщенные выводы. В этой связи в настоящей работе представлена оценка экономической эффективности люпиносеяния с использованием сравнительных комплексных индексов (Терехов А.И., 2003).

J.- ;

fV

Цель исследования — выявить наиболее продуктивные сорта люпина узколистного и белого, определить параметры основных факторов среды для реализации потенциальной продуктивности и симбиотической фиксации азота воздуха, определить белковую продуктивность, оценить энергетическую и совокупную экономическу ю эффективность сортов нового поколения.

В соответствии с целью исследований поставлены следующие задачи: -определить параметры основных факторов среды для роста и развития перспективных сортов однолетних видов люпина;

-изучить формирование ассимиляционной поверхности листьев и чистую продуктивность фотосинтеза за период вегетации;

—изучить формирование, величину и активность симбиотического аппа-\ рата сортов люпина узколистного и белого в полевых условиях;

-выявить связь между фотосинтетической и симбиотнческой деятель-Iостью сортов люпина узколистного и белого;

-провести сравнительную оценку продуктивности зеленой массы, се-

мян и кормовых достоинств сортов jfCTTHfiaузколистного,"бело! u и

¡ДНЕ МСХА фонд литературы

желтого;

-дать биоэнергетическую и экономическую оценку однолетних видов люпина:

—апробировать новые методы комплексной сравнительной экономической оценки зерновых и зернобобовых культур на хормо-товарно-семенньае цели для обоснования перспектив люпиносеяння.

Научная новизна работы заключается в том, что изучены особенно-ста биологии однолетних видов люпина и определены оптимальные параметры основных факторов среды для формирования наибольшей продуктивности н симбиотнческой активности посевов в лесостепной зоне России.

Впервые на примере сортов однолетних видов люпина отражены особенности адаптации на биоэнергетическом уровне.

Впервые представлена сравнительная экономическая оценка однолетних видов люпина с зерновыми культурами и обоснованы перспективы люпиносеяння.

Практическая значимость результатов выражается в обоснованных рекомендациях использования новых сортов однолетних видов люпина в сельскохозяйственном производстве России.

Личный еклад автора* Все исследования проведены лично соискателем самостоятельно или при непосредственном участии.

Апробация результатов исследования. Результаты исследовании докладывались на заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИЗБК в 2002...2004 гг. и отражены в 3 научных публикациях.

. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 151 странице, содержит 31 таблицу, 18 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, предложений производству, списка использованной литература и приложений. Список литературы включает 171 наименование, в том числе 36 иностранных авторов. Приложений - 19.

Положения» выносимые на защиту.

, 1. Влияние метеорологических условий на рост, развитие однолетних' видов люпина и снмбиоти ческу № азотфиксацию.

2. Роль фотосинтеза и симбиотнческой азотфиксацин новых сортов л ю- , пина узколистного и белого в формировании семенной продуктивности. _ '

3. Сравнительная оценка урожайности, качества семян и зеленой масеьй -перспективных сортов однолетних видов люпина в условиях лесостепной зоны. . '»

4. Комплексная сравнительная оценка однолетних видов люпина с зер-- *"4"' новыми культурами с использованием совокупного комплексного индекса.

Условия, материалы и методика проведения исследований

Работа выполнена в течение 2002,..2004 гг. в ГНУ Всероссийском научно-исследовательском институте зернобобовых и крупяных культур, который расположен в Орловской области.

Погодные условия в годы проведения опытов были контрастными, что позволило оценить сорта однолетних видов люпина как в благоприятных, так и экстремальных условиях. Опыты проводились в полевом севообороте лаборатории генетики и микробиологии. В опыте люпин возделывался по общепринятой технологии. Севооборот: чистый пар; озимая пшеница; опыт с зернобобовыми культурами (люпин, горох); гречиха; картофель; ячмень. Удобрения под люпип не вносились, семена штаммами Rizobium не обрабатывали. Посев люпина проводился в последних числах апреля — первых числах мая сеялкой ССК-б-10. Площадь делянки J 5м2, в четырехкратной повторное™.

Отбор проб для анализа проводился в процессе всей вегетации через каждые 15 дней по 30 растений с четырех средних рядков во избежание действия краевого эффекта (по методике ВИР, 1983).

Учет надземной фнтомассы проводился общепринятыми для каждой культуры методами. Площадь листьев определяли методом высечек (Корнилов A.A., 1971; Колом ей ч ei i ко В.В., 1987). Фотосинтетический потенциал (ФП) рассчитывали по методу A.A. Ничипоровича(1961), чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) - как частное от деления прироста сухой массы на ФП (Синякова JI.A., Иванова А.И., 1981). Коэффициент хозяйственной эффективности урожая (К„01) - как отношение количества сухого вещества хозяйственно ценной части (зерно) к надземной сухой фитомассе (Коломейчен-ко В.В., 1987), Нитрогеназную активность определяли ацетиленовым методом (Орлов В.П. н др., 1984), Содержание сырого белка определялось по методу Къельдаля в лаборатории биохимической оценки селекционного материала. Содержание фосфора определяли по методу Л. Малюгина и С. Хреновой (1963), калия в растворе с помощью пламенного фотометра. Мокрое озоление применялось для определения азота н зольных элементов в одной пробе по методу Къельдаля. Азот определяли методом отгонки на приборе Сереньева.

Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием корреляционного, дисперсионного (Рокнцкий П.Ф., 1973) и факторного анализов (Pao С.Р., 1968).

Для обоснования эффективности возделывания люпина проводили расчеты средней многолетней урожайности, чистой зеленой и кормовой продуктивности 1 га посевов (без учета семян) и себестоимости центнера соответствующей продукции по регионам по зерновым, зернобобовым культурам и люпину. Использовали статистические данные за 1955,.,1992 гг. и собственные результаты за 2002. .,2004 гг. Все расчеты проведены на основании комплексной сравнительной оценки культур на кормовые, товарные и кормо-товарно-семенные цели, по методике, разработанной А.И. Тереховым (2003).

В исследовании использовались сорта селекции ВНИИ люпина: б сортов узколистного люпина (Кристалл, Надежда, Снежеть, Сндерат 38, Бело* зерный ПО, Брянский 123), 3 сорта белого (Гамма, Детер-1, СН-72).

Особенности формирования биологической и семенной продуктивности у однолетних видов люпина

Влияние метеорологических условий на рост, развитие и структуру урожая люпина узколистного и белого

В течение трех лет отмечена высокая фенотипнческая изменчивость морфологических и хозяйственно ценных признаков однолетних видов люпина. Продолжительность вегетационного периода у сортов люпина узколистного составила 77...90 сут.,у сортов белого люпина90.,. 126 сут.

Ко времени цветения на центральной кисти отмечены значительные различия у сортов люпина узколистного по длине корня (рис. 1). Из-за засушливых условий 2002 г. сорта увеличили протяженность корневой системы в поисках влаги и в большинстве случаев достоверно превышали длину корней за 2003 и 2004 гг.

Рис. 1 Длина корня (цветение на центральной кисти)

Корневая система сортов люпина узколистного Надежда. Снежеть прекращала ростовые процессы после цветения, а у сортов Брянский 123, Белозерный 110 и Кристалл сохранялась активная деятельность корневой системы до восковой спелости семян.

Высокая температура и недостаток влаги в 2002 г. привели к значительному снижению длины стебля к началу цветения на центральной кисти по сравнению с 2003 и 2004 г. Средняя длина стебля у люпина узколистного в 2002 г. составила 34,6 см, в 2003 - 59,8 см, в 2004 - 46,8 см, у люпина белого соответственно 32,8 см, 66.2 см и 47,4 см. (рис.2).

/ у у У / / '

у *

Рис. 2 Длина стебля (цветение на центральной кисти)

Избыточные осадки 2003 г. способствовали увеличению длины стебля у сортов белого люпина па 27,1, ,.43,8 см, что привело к полному полеганию растений всех трех сортов. В 2004 году, также как и в 2003 г., сорта белого люпина полегли, но на 2,5 недели позже.

Количество листьев в 2003...2004 гг. возросло в « 2.„9 раз по сравнению с 2002 г. Так, например, сорт Белозерный 110 в 2003 году имел 70 листьев против 10 в 2002 г., у сорта Кристалл число листьев с б в 2002 г. увеличилось до 86 и тл. (рис. 3). Отмечено, что на каждом междоузлии был сформирован один лист обычного размера и от 5 до 10 мелких листочков. У трех сортов белого люпина число листьев во все годы составляло 17.,.30.

100

"Л

Т1 4 □2002 г. ■2003 г. □2004 Г.

_

! -тИ -лгг~1 -

/ / //' / •

Рис. 3 Количество листьев (цветение на центральной кисти)

Проведенный анализ демонстрирует большие потенциальные возможности однолетних видов люпина в адаптации к меняющимся абиотическим факторам, что в конечном итоге отражается на структуре элементов урожая семян.

В условиях 2002 г. сформировалось самое низкое число бобов и семян как у сортов узколистного, так и белого люпина, уровень которых увеличился в 2003 г. и в 2004 г.

Коэффициент хозяйственного использования (КЯ(Я) снизился в 2003 г. по сравнению с 2002 г., особенно у сортов белого люпина. Самый низкий ко-

эффициент хозяйственного использования = 0,35 отмечен у Брянского 123 с обычным типом ветвления, у сорта Белозерный 110 - К„.в-0,48.

Азотфикснрующая деятельность сортов однолетних видов люпина

Высокая изменчивость по интенсивности клу бен ькообразо ван и я и азотфнксирующей активности отмечена в широком диапазоне средовых условий (различные температурные режимы, избыточное и недостаточное увлажнение почвы, недостаток кислорода в почве) у всех сортов однолетних видов люпина (табл. 1).

Наибольшее среднее число клубеньков по сортам узколистного люпина было сформировано в 2004 г. (42,3 клубУраст.), когда наблюдалась высокая влажность почвы при благоприятной температуре воздуха. В 2003 г^ в период интенсивного клубенькообразования температура воздуха и почвы была низкой, что привело к уменьшению числа (11,5 клубУраст.) и массы клубеньков (97 мг/раст.). В условиях засухи 2002 г. корневая система всех сортов люпина имела к периоду цветения на центральной кисти ббльшую протяженность по сравнению с 2003 и 2004 гг., что предотвратило высыхание клубеньков, и азотфиксирующая деятельность была достаточно эффективной (24,6 клуб7раст.) до периода формирования семян. По числу клубеньков за три года следует отметить сорт Брянский 123, Снежеть, Кристалл и Белозерный 110, у которых было соответственно 37,30,27 и 25 клубеньков на растении.

Таблица 1

Показатели снмбнотической активности сортов люпина узколистного н белого в фазу цветения на центральной кисти

Сорт Количество клубеньков/рост. Масса клубеньков мг/раст. Нитрогеназная активность МкгЫ/растУчас

2002 I 2(ЮЗ| 2004 |сред 20021200312004 |срсд. 2002| 2003 |2004|сред

Узколистный люпин

Кристалл 14,5 14.3 52,7 27,2 520 113 1090 574 3.3 1,1 8,0 4,1

Надежда 17,6 7,8 27,7 17,7 474 120 826 497 5.7 2,1 8,8 5,5

Снежеть 21,4 17,8 51,3 30,2 4(5 99 1118 544 1,1 0,9 4,7 2,2

Сидерат 38 12,0 ЮЛ 37.3 19,9 103 38 1028 389 2,2 1.7 7,8 3,9

Белозерный 110 24,0 5.9 44,8 24,9 213 23 790 342 1,0 3,0 8,0 4,0

Брянский 123 58Л 13.0 40.0 37,1 606 190 922 573 7,5 V 8.2 7,8

Белый люпин

Гамма 27,8 31,2 30.0 29.6 335 97 976 757 8.0 8,0 8,0 8,0

Детер-1 22,8 31.« 46,0 33.5 476 119 1008 931 2,3 3,4 7,6 4,4

СН-72 18,6 25.8 37.8 27.4 481 33 798 780 8,3 9,2 9,8 9,1

НСР05 6,120 7,087 11,683

Число клубеньков у сортов белого люпина в 2003 г. было выше, чем у узколистного, т.к. интенсивное клубенькообразование проходило несколько позднее, чем у узколистного люпина и средняя температура воздуха и почвы была в этот период благоприятной.

Особый интерес представляет анализ нитрогеназной активности, которая рассматривается нами как интегральный показатель, характеризующий общую активность симбиотической системы. Самая высокая нитрогеназная активность 4,7...9,8 МкгЫ/растУчас у люпина была в 2004 г.. несмотря на тот факт, что наблюдалось сильное уплотнение почвы и недостаточная ее аэрация. За три года специфичность реакции сортов люпина сохранялась. Так, сорта узколистного люпина Надежда, Брянский 123, Сндерат 38, Кристалл и белого - Гамма, СН-72 проявили самую высокую нитрогеназиую активность, а Сиежеть и Детер-1 имели низкие значения этого показателя, Нитрогеназная активность сортов белого люпина выше, чем у узколистного люпина.

Амплитуда колебания нирогепазной активности у сортов по годам чрезвычайно широкая, У сорта Кристалл нитрогеназная активность составляла в

2002 г. 3,3 Мкг'Ы/раст./час, в 2003 - 1,1 МкгЫ/растУчас, в 2004 г. - 8,0 МкгМ/растУчас.

Сравнение нитрогеназной активности, числа и массы клубеньков позволяет говорить о существовании определенной взаимосвязи по степени проявления признаков. При увеличении числа клубеньков отмечено снижение нитрогеназной активности го;=-0,542 в 2004 г. В 2002.,.2003 г. между числом клубеньков н нитрогеназной активностью отмечена положительная корреляция г<й=0,420...0,498.

Фото синтетическая деятельность сортов однолетних видов люпина

Продуктивность растений является результатом интеграции многих фундаментальных процессов: фотосинтеза, дыхания, транспорта метаболитов, роста и развития, а также гормоиалыю-ингибиторного статуса. Среди факторов, оказывающих влияние на продуктивность,, фотосинтезу принадлежит ведущая роль (Ннчипорович А.А., 1956).

Наибольшая площадь листьев 436...790 смг/га и фотосннтетическнй потенциал 0,40.,.0,53 мг*сутУга установлены у трех сортов узколистного люпина Сидерат 38, Брянский 123 и Белозерный 110.

Фотосинтетический потенциал сортов белого люпина выше, чем у сортов узколистного люпина и составлял 0,57...0,85 м* сут./га.

Чистая продуктивность фотосинтеза как у сортов узколистного люпина, так и белого была самой низкой в засушливом 2002 году и самой высокий в

2003 году. ЧПФ за три года исследований у сортов узколистного люпина колебалась от 4,9 до 13,3 г/м*-сут, в вегетативный период. Амплитуда ЧПФ у белого люпина составляла 3,3...8,0 г/м2*сут. В генеративный период ЧПФ была выше и достигла у ряда сортов 16,9...17,3 г/м3-сут.. ЧПФ в генеративный

период в среднем за 2002...2004 гг. у сортов узколистного люпина была на уровне 8,9... 12,7 г/м2-сут., у сортов белого 7,1.. Л1,3 г/мг сут. ( рис. 4, 5).

У У У у / / ✓ ✓ ✓

Рис. 4. Чистая продуктивность фотосинтеза (фаза стеблевания)

Рис, 5. Чистая продуктивность фотосинтеза (генеративный период)

Урожайность семян, зеленой и сухой массы однолетних видов люпина

В конце XX столетия селекция однолетних видов люпина базировалась на преобладании в новых сортах рецессивных генов короткостебельности, де-терминантиости стебля, структуры листа, нерастрескиваемости бобов, мало-ал калоидности, что ускоряло процесс морфо-физиологи ческой дифференциации, специализации сортов и их адаптации к условиям выращивания. Бесспорно, заслуги селекции велики. Однако, нельзя не признать, что остаются недостаточно изученными механизмы поддержания высокой продуктивности у создаваемых сортов, их ресурсоэнергоэкономичность, экологическая устойчивость, рентабельность, что нашло отражение при изучении 9 сортов двух видов люпина в условиях Орловской области.

В 2002..,2004 гг. средняя урожайность семян у сортов люпина узколистного колебалась в пределах 14,7...44,2 ц/га. Урожайность ссмян у сортов Гамма. СН-72 и Детер-1 была от 13,2 и/гадо 53,5 ц/га.

Средняя урожайность ссмян у всех сортов люпина узколистного составила в 2002 г. 22,2 ц/га, в 2003 - 18,7 ц/га и в 2004 г, поднялась до 38,7 ц/га и соответственно у люпина белого 27,2; 20.0 и 44,4 ц/га (табл. 2).

Таблица 2

Урожайность семян сортов люпина узколистного и белого, и/га

Сорт 2002 2003 2004 Среднее за 2002...2004 гг.

Кристалл 26,6 16,5 44,2 29,0

Надежда 20,0 15,5 24,1 19,9

Спежеть 20,5 14,8 41.1 25,6

Сидерат 38 14,7 22,0 43,1 26.6

Белозерный 110 28,5 25.4 42.7 32,3

Брянский 123 23,2 18,3 37,2 26,2

Гамма 30,1 25,4 44,0 31,2

Детер-1 25,5 21,5 35.8 27.6

СН-72 26,2 13.2 53.5 30,9

HCPqí по сортам - 3,45; по годам - 1,99; взаимодействие сорт х год - 5,97.

Высокой урожайностью семян отличались сорт Кристалл, Сидерат 38 и Белозерный 110, соответственно 29,0; 26,6; 32,3 u/ra.

Очень благоприятным годом для сортов белого люпина оказался 2004 г., когда урожайность сортов Гамма, Детер-1 и СН-72 составила 35,8...53,5 ц'га. Однако, следует заметить, что в 2003 и 2004 гг. белый люпин полностью полег и уборка его на семена проходила с большими трудностями.

Урожайность зеленой массы по сортам узколистного люпина в 2002...2004 гг. колебалась от 136 до 417 ib'ra. В связи с большим количеством осадков в 2003 году зеленая масса у сортов узколистного люпина была наиболее высокой в пределах 285,. .417 ц/га.

Урожайность зеленой массы сортов белого люпина Гамма, Детер-l и СН-72 изменялась от 147 ц/га до 527 ц/га за годы исследования (табл. 3).

Таблица 3

Урожайность зеленой массы сортов люпина, ц/га

Сорт 2002 г. 2003 г. 2004 г. Среднее за 2002...2004 гг.

Кристалл 142 417 302 287

Надежда 155 308 203 222

Спежеть 136 343 360 280

Сидерат 38 280 335 320 312

Белозерный ПО 197 285 314 265

Брянский 123 199 409 324 ЗП

Гамма 167 439 325 310

Детер-1 147 527 337 337

СН-72 174 472 281 309

НСРм 18.37 31,20 33.18

Урожайность сухой массы у всех сортов в 2002.,,2004 гг. колебалась в пределах от 24 до 69 ц/га.

Экономическая п энергетическая оценка сортов однолетних видов люпина

На основании расчета экономической эффективности возделывания сортов люпина узколистного с ограниченным типом ветвления стебля в сравнении с Брянским 123, имеющим обычный тнп ветвления, можно сделать вывод, что на семенные цели по уровню рентабельности <8,8%) выделились сорта Белозерный 110 и Кристалл, экономический эффект при выращивании которых составил 40,90. ..89,30 руб./га в сопоставимых ценах 1994 г.

Продуктивный сорт люпина Кристалл обеспечил более высокий выход энергии, накопленной урожаем - 35,57 ГДж/га, при этом затраты энергии на производство возросли на 0,76 ГДж/га, а выход чистой энергии увеличился в 2,3 раза, энергетический коэффициент с 1,64 у сорта Брянский 123 возрос до 2,42 у сорта Кристалл.

При возделывании люпина на сидеральные цели суммарный энергетический эффект (затраты энергии минус накопленная энергия по азоту) составил 0,3 ГДж/га, что на 5,1 ГДж/га ниже в сравнении с чистым паром + навоз (35 т/га) и на 18,1 ГДж/га ниже по сравнению с чистым паром.

Фотосинтез, симбнотнческая азотфиксацмя м их влияние на урожайность

семян и зеленой массы

Вступление бобового растения в симбиоз с рнзобнямн и переход сим-биотической системы к интенсивной азотфиксации приводит к существенной перестройке всего комплекса физиологических процессов, протекающих в растении.

Наиболее высокие средние показатели сим биотической азотфиксашш у узколистного люпина отмечены в 2004 г. (число клубеньков 42,3, иитрогеназ-ная активность 7,6 МкгЫ/раст7час) и самые низкие в 2003 г. (число клубеньков 11,5, нитрогеназная активность 2,7 МкгК/раст/час). В 2002 г. число клубеньков — 24.6, нитрогеназная активность — 3,5 МкгМ/растУчас, ЧГ1Ф за генеративный период в среднем по сортам в 2002. ,.2004 гг. составила соответственно 6,6; 12,8; 13,4 г/м^сут. Сочетание максимальной ЧПФ с максимальной симбнотической активностью способствовало проявлению наиболее высокой снмбиотической эффективности, или другими словами высокой урожайности семян 38,7 ц/га (рис. 6).

Чистая продуктивность фотосинтеза (вегетационный период)

Чистая продуктивность фотосинтеза (генеративный период)

Нитрогенлзная активность 1а

Число клубеньков

гоаг г зий г

Урожайность зеленной массы

Урожайность семян

6О0 -

зоо II

«сад * *

аоа

--узколистный люпин;----белый люпин

Рис 6. Симбиотическая эффективность бобово-ризобиального симбиоза

2002...2004 гг.

В 2003 г урожайность семян была самой низкой (18.7 ц/га), что вероятно обусловлено слабой симбиотической активностью несмотря на высокий уровень ЧПФ. В 2002 г. сим биотические показатели азотфиксацни выше, чем в 2003 г., но ЧПФ была ниже, чем за два других года. Такое соотношение фи* зиологических показателей н симбиотической ззотфиксацин не позволило поднять урожайность семян в 2002 и 2003 гг. до уровня 2004 г. Подобная тенденция наблюдалась и по белому люпину.

Таким образом, сопоставление данных по азотфиксирующей деятельности с фотосинтетическими показателями позволяет сделать следующее заключение:

- реализация продуктивного потенциала новых сортов однолетних видов люпина в стрессовых метеорологических условиях осуществляется в результате интенсификации адаптивных реакций на энергетическом уровне;1

- наиболее высокая продуктивность семян и зеленой массы выявлена при сочетании максимальной азотфиксирующей и фотосинтетической деятельности.

Динамика накопления азота, качество семян и зеленой массы однолетних видов люпина

Содержание сырого протеина в вегетативных органах сортов люпина белого и узколистного в период стеблевания колебалось в пределах 17,..23%. Содержание сырого протеина в последующие фазы (бутонизация, цветение, формирование бобов) постепенно снижалось до 15,,.21% и к периоду созревания семян составляло в стеблях и створках 3...5%, в листьях 2...3%, в корнях 4., .7% (рис. 7).

/ / / / // ✓ *

DWAHBit посла toou» асофвм**« я«*и

Рис. 7. Содержание сырого протеина в вегетативных органах сортов однолетних видов люпина, 2002. ..2004 гг.

Погодные условия б значительной степени повлияли на накопление сырого протеина как в семенах, так и зеленой массе сортов люпина (табл. 4). Самое низкое его содержание в семенах наблюдалось в 2003 г, (34,2%) и самое высокое было в 2002 г. (38,8%), и в 2004 г. составило 35,9%. Амплитуда колебания содержания протеина у сортов узколистного люпина находилась в пределах 29,9%...38,5% и 31,6...42,0% у белого люпина. За три года по содержанию сырого протеина выделились сорта узколистного люпина Сндерат 38 (34,8%) и Снежеть (34,2%) и сорт белого люпина Детер-1 (37.4%).

Колебание содержания протеина в зеленой массе составляло по годам исследования от 16,59 до 21,25%. Отклонение по сортам узколистного и белого люпина не превышали 1,5% в среднем затри года

Таблица 4

Содержание сырого протеина в зеленой массе и семенах сортов люпина узколистного и белого

Сорт Содержание сырого протеина в семенах, % Содержание сырого протеина в зеленой массе, %

2002 г. 2003 г. 2004 г. Среднее 2002... 2004 гг. 2002 г. 2003 г. 2004 г, Среднее 2002... 2004 гг.

Кристалл 32,90 31,51 33,28 32,56 17,94 17,77 19.84 18,51

Надежда 35,79 29,94 32,99 32,90 17,59 17,24 20,39 18,40

Снежеть 35,00 32,60 35.18 34,26 17,50 17,33 19,08 17.97

Сидерат 38 38,50 32,47 33.60 34,85 19,34 16.59 20.65 18.86

Белозерный ПО 35,70 31,59 31.68 32,99 20,39 16,89 19.60 18.96

Брянский 123 31,90 33,60 33,51 33,00 17.94 17,78 21,25 18.99

Гамма 36,57 32,47 37.63 35,56 16,54 18,47 21,44 18.81

Детср-1 37,97 38,68 35.70 37,45 19,60 18,12 21,61 19.77

СН-72 42,00 31,68 34,39 36,02 21,87 16,72 17,94 18,84

В 2002 г. в зеленой массе и корнях в среднем по сортам узколистного люпина в период цветения накапливалось от 93,9...195,9 азота на гектар, в 2003 г. 174,7...278,0 кг/га и в 2004 г. 148,1,..248,б кг/га, по сортам белого люпина соответственно 104,0...145,9; 276,9...340,2; 186,2...264,1. Средний уровень азота по годам составил по узколистному люпину 129,5; 218,7 и 219,7 кг/га, по белому 120,0; 300,3; 232,9 кг/га. Сндеральный сорт Сидерат 38 содержал в корнях и зеленой массе азота от 195,9 кг/га до 239,4 кг/га (табл. 5).

Таблица 5

Накопление азота (кг/га) в зеленой массе сортов люпина, 2002...2004 гг.

Сорт Азот, кг/га

2002 г. 2003 г. 2004 г.

зелен, масса | корни | сумма = 3 3 Й корня л 3 X 5> * 3 II £ 1 | сумма

Кристалл 80,9 17,4 98,3 237,1 40,9 278,0 191,8 22,4 214.2

Надежда 87,2 21,7 108,9 169.8 20.3 190,1 131,8 16,3 148.1

Снежеть 76,2 17,7 93,9 190,1 27,3 217,4 219,7 28,9 248,6

Сидерат 38 173,2 22,7 195,9 177,3 21,4 198,7 211,4 28.0 239.4

Белозерный ПО 128,4 19,2 147,6 153,9 20,8 174,7 196,8 27,7 224,5

Брянский 123 114,2 23.0 137.2 231,2 22,6 253,8 220,3 23.4 243,7

Гамма 88,3 15,7 104.0 259,4 24,6 284,6 222,9 25,6 248.5

Детер-1 92,2 18,1 110,3 305,4 34.8 340,2 232,4 31,7 264,1

СН-72 126,6 19,3 145.9 252,4 24.5 276,9 161,3 24,9 186,2

Таблица 6

Накопление азота (кг/га) в семенах и пожнивных остатках у сортов люпина __узколистного и белого__

Сорт 2002 г. 2003 г. 2004 г.

в семенах й*1 « 3 (- | ■сумма * и ё * . 8 я Л У X £ ® 2 С « й •I" л Й- * и а £ а з я А « X 1 ® 2 н са н « 1 Р сумма

Кристалл 138,40 40,10 178,56 83,04 115.36 198,40 235,20 86,08 321.28

Надежда 114,40 30,24 174.64 74,24 62,72 136,96 127,20 59,36 186.56

Снежеть 114,72 36,48 (51,20 77,28 94,56 171,84 232,96 115,63 348,64

Скдерат 38 90,40 42,56 132.96 114,24 80,96 195.20 231,68 102.56 334,24

Белозерный 110 162,72 49,92 212,64 128,32 76,32 204,64 216,32 136,32 352,64

Брянский 123 100,96 52,00 152,96 98,24 109,92 208,16 199,36 97,28 296,64

Гамма 76,00 28,00 204,00 131,84 214,08 345,92 264,80 90,72 355,52

Детер-1 154.88 28,64 183,52 132,96 175,84 308,80 204,48 71,84 276.32

СН-72 176.00 37,76 213.76 66,88 245,76 312.64 294,08 128.48 422,56

Вынос азота с семенами и пожнивными остатками в 2002 г. у сортов узколистного и белого люпина составил 132,9...213,7 кг/га, в 2003 г. — 136,9...345,9 кг/га, в 2004 г. - 186,5...422,5 кг/га.

Различия по накоплению азота отдельными сортами в контрастных условиях были значительными. Так, у сорта Кристалл в 2002 г. накопление азота составило 178,56, что было ниже, чем в 2003 и 2004 гг. в 1,1 и 1,8 раза. У сорта белого люпина СН-72 общий выход азота в 2002 г. был в 1,4 и 1,9 раза ниже, чем в 2003...2004 гг.

Два сорта узколистного люпина Кристалл и Белозерный 110 и сорт белого люпина СН-72 превысили остальные сорта по накоплению общего азота в семенах и пожнивных остатках.

/ У ' у / / ' ✓ '

Рис.7. Индекс азота в урожае, кг/га

Для количественной оценки процесса ремобилизации азота из вегетативных органов (в первую очередь из листьев) в семена используется «индекс азота в урожаем, который вычисляется как доля азота, накопленного в семенах, от общего количества азота в надземной части растений. Как видно на рисунке 8 индекс азота значительно изменяется по годам исследования. В 2003 г. индекс был самым низким 2)...63% и самым высоким»в 2002 г. — 66...86%, что говорит об интенсивном оттоке азота в засушливом году из вегетативных органов в семена и больших его потерях в условиях избыточного увлажнения почвы 2003 года. За все годы высокую способность к ремобилизации азота из вегетативных органов к семенам проявил сорт узколистного люпина Белозерный 110.

Комплексная сравнительная оценка эффективности люпнно-

сеяния

Сравнительные преимущества однолетних видов люпина на кормовые, товарные и кормо-товарио-семенные цели

А.И, Терехов (2003) разработал методику комплексной сравнительной экономической оценки сельскохозяйственных культур, основанную на использовании индексной системы. Индексы рассчитываются как отношение отдельных признаков изучаемой культуры к базисной. В наших исследованиях в качестве базисной культуры принят овес.

Для оценки культур на кормовые цели используются индексы чистой продуктивности гектара посевов (за вычетом семян) в кормовых единицах, индексы переварим ого протеина в кормовой единице и индексы оплаты затрат кормовой продукцией.

Оценка сравнительной эффективности товарно-экономических преимуществ однолетних видов люпина включает все те категории, которые характерны именно для товарного производства, т.е. количество непосредственно товарной продукции, ее себестоимость и цены. Метод комплексной сравнительной экономической оценки культур на товарные цели основан на индексах сбора чистой продукции (без учета семян) с гектара посевов изучаемой культуры к базисной, цен реализации продукции и оплаты затрат денежной выручкой.

Итоговая формула этого метода, направленного на получение совокупной комплексной оценки основана на одновременном использовании результатов предварительной сравнительной оценки культур отдельно на товарные, кормовые и семенные цели,

В таблице 11 приведены сводные результаты многолетней комплексной сравнительной экономической оценки однолетних видов люпина на кормо-товарно-семеиные цели в сопоставлении с зерновыми культурами в Центральном районе России за 38 лет и в Орловской области (ВНИИЗБК) за пс-

риод с 2002-,-2004 гг. с включением новых сортов однолетних видов люпина. Урожайность зерновых культур и люпина учитывалась по средним данным за 2002...2004 гг. в зерно-пропашном севообороте лаборатории генетики и микробиологии и ОПХ ВНИИЗБК.

Таблица 11

Комплексная сравнительная экономическая оценка однолетних ендов люпина на кормо-товарно-семенные цели в сопоставлении с зерновыми культурами в

Центральном районе за 1955... 1992 (А.И. Терехов, 2003) и в ВНИИЗБК за __2002...2004 гг.__

Культура Совокупный индекс комплексной сравн. оценки на кормовые цели Совокупны И индекс комплексной сравн. оценки на товарные цели Совокупный индекс комплексной сравн. опенки на кормо-товар ко-семс н ные цели

1955... 1992 гг. 2002.., 2004 гг. 195*5,,, 1992 гг. 2002... 2004 гг. 195*5... 1992 гг. 2002... 2004 гг.

Оз. пшеница 4,653 3,778 4,496 2,360 4.082 2,839

Яр. пшеница 1,543 2,361 1.387 1,574 1.365 1,737

Ячмень 1,738 1,494 1,244 1,409 1.456 1,392

Овес 1.000 1,000 1,000 1.000 1,000 1,000

Люпин желтый 1,132 1,208 2,942 2,726 2.193 2,073

Люпин белый 0,885 1,954 2,625 5,309 2.073 3,426

Люпин узколистный 1,082 2,034 3,225 5Д77 1.869 3,506

Анализ расчетов показал, даже при отставании чистой продуктивности гектара посевов желтого кормового люпина от овса, принятого за базисную культуру, в Центральном районе его совокупная сравнительная экономическая оценка на кормовые цели превышала базисный уровень соответственно в 1,13 раза. Это стало в основном результатом того, что среднее содержание переваримого протеина во всех случаях оказалось в 3,3 раза выше, тогда как индекс оплаты затрат хотя и повышался, но всего лишь в пределах от 1,09 до 1,15 раза.

Высокоэффективные совокупные кормовые преимущества всех видов кормового люпина проявились только в тех случаях, когда реальный уровень использования потенциальных возможностей чистой продуктивности их посевов по сравнению с базисной культурой находился в пределах 60..,70%. Что же касается учета только высокой белковости, то он допустим, как показывают специальные расчеты, в условиях организации достаточно высокоинтенсивного ведения зернового производства, когда средние урожаи зерна превышают 30,.,40 ц/га и более, в том числе кормового люпина не менее 8...10 ц/га.

При значительном отставании зерновой продуктивности, сопровождающихся в 2...3 раза более высокими ценами реализации по сравнению со

всеми зерновыми культурами, исследуемые виды кормового люпина по многолетним данным уступали ведущее положение как по индексу оплаты затрат, так и по совокупному индексу комплексной сравнительной оценки на товарные цели только наиболее высокоурожайной озимой пшенице и весьма значительно опережали все другие зерновые.

Совокупная комплексная сравнительная экономическая оценка желтого, белого и узколистного видов кормового люпина одновременно на кормо-товарно-семенные цели привела к тому, что все они, в среднем за многие годы их возделывания, значительно опережали ячмень, яровую пшеницу, овес, но существенно уступали озимой пшенице, и поэтому занимали соответственно второе, третье и четвертое места в общем ряду распределения всех указанных культур.

Следует подчеркнуть, что за 2002.. .2004 гг. преимущества однолетних видов люпина не только сохранились, но и увеличились: белый и узколистный люпин заняли первые позиции, далее следует озимая пшеница, желтый люпин, яровая пшеница, ячмень и базисная культура овес, что в значительной степени связано с ростом урожайности семян и зеленой массы однолетних видов люпина.

Выводы

1. Контрастные метеорологические условия позволили выявить широкий диапазон адаптивных реакций сортов, выразившихся в варьировании морфо-биологи чески х признаков, продуктивности и содержания белка. Вегетационный период у сортов узколистного люпина изменялся от 77 до 90 суток у белого люпина от 90 до 126 суток, при сумме эффективных температур 1330...1475°С и 1500...1700°С. Амплитуда колебания урожайности семян узколистного люпина составила 14,7...44,2 ц/га, белого - 13,2...53,5 ц/га, урожайность зеленой массы узколистного люпина колебалась от 136...417 ц/га. белого в пределах 147.. .527 ц/га.

2. Сорта люпина узколистного кормового использования Белозерный 110, Кристалл, ендеральный сорт Сидерат 38 и сорт белого люпина Гамма проявили наиболее высокую и стабильную урожайность семян, которая за 3 года у сортов узколистного люпина составила 26,6...32,3 ц/га, у сорта Гамма -31,2 ц/га.

3. Изучена аэотфиксирующая способность сортов узколистного и белого люпина в различных метеорологических условиях (колебание температурных режимов, избыточное и недостаточное увлажнение, пониженная воздухо-обеспеченность почвы). Самый высокий уровень сим биотической азотфикса<-ции установлен в 2004 г, при среднесуточной температуре воздуха в период интенсивного клубенькообразовзиня 15,0-18,0°С и при достаточном увлажнении почвы. Низкие температуры, избыточное увлажнение 2003 г, и засуш-

ливые условия 2002 г, негативно отразились на снмбиоти ческой эффективности сортов однолетних видов люпина.

4. Реализация продуктивного потенциала новых сортов однолетних видов люпина в стрессовых метеорологических условиях осуществляется в результате интенсификации адаптивных реакций на энергетическом уровне. Наиболее высокая продуктивность семян выявлена при сочетании максимальной азотфиксируюшей и фотосинтетической деятельности.

5. При сидеральном использовании люпина в формируемой биомассе у сортов узколистного люпина уровень азота достигал в среднем 130,3...219,7 кг/га, с амплитудой колебания 93,9.,.278,0 кг/га, у белого люпина от 120,0...300,3 кг/га с амплитудой 104,0, .,340,2 кг/га. Накопление азота в семенах у сортов узколистного люпина составило по годам 74,2...232,9 кг/га, у сортов белого люпина 66,9.. .294,1 кг/га. Сорта узколистного люпина в пожнивных остатках накапливали 30,2...136,3 кг/га, сорта белого - 28,0...245,7 кг/га азота.

6. Возделывание перспективных сортов люпина узколистного с ограниченным типом ветвления стебля на семенные цели экономически эффективно. Установлено, что энергетический коэффициент этих сортов увеличился на 0,97.,.1,38, рентабельность на 8,8% по сравнению с сортом Брянский 123 с обычным типом ветвления.

7. Изучена и апробирована методика сравнительной экономической оценки люпина и зерновых культур на основе комплексного использования количественной, качественной и стоимостной оценки по каждой культуре путем их совокупно-индексного сравнения в виде единых интегрированных показателей.

8. В результате исследований определена конкретная совокупная экономическая позиция зерновых культур и однолетних видов ¿попика в экономическом ряду по соответствующей комплексной оценке. Показано, что по Центральному району по многолетним данным в ведущую группу входят: на кормовые цели - озимая пшеница (4,653), ячмень (1,738), яровая пшеница (1,543), люпин желтый (1,132), люпин узколистный (1,082), овес (1,000), люпин белый (0,885); на товарные цели - озимая пшеница (4,496), люпин узколистный (3,225), люпин желтый (2,942), люпин белый (2,625), яровая пшеница (1,387), ячмень (1,244), овес (1,000); на кормо-товарно-семенные цели -озимая пшеница (4,082), люпин желтый (2,193), люпин белый (2,073), люпин узколистный (1,869), ячмень (1,456), яровая пшеница (1,365), овес (1,000).

9. В последние годы (2002. ,.2004 гг.) в связи с увеличением урожайности семян однолетних видов люпина итоговое распределение культур составило: на кормовые цели - озимая пшеница (3,778), яровая пшеница (2,361), люпин узколистный (2,034), люпин белый (1,954), ячмень (1,494). люпин желтый (1,208), овес (1,000); на товарные цели -люпин белый (5,309), люпин узколистный (5,277), люпин желтый (2,726), озимая пшеница (2,360), яровая пшеница (1,574), ячмень (1,409), овес (1,000); на кормо-товарно-семенные це-

ли - люпин узколистный (3,506), люпин белый (3,426), озимая пшеница (2,839), люпин желтый (2,073) яровая пшеница (1,737), ячмень (1,392), овес (1,000).

10. Результаты исследований по разработанной методике позволили одновременно с проведением объективной комплексной сравнительной экономической оценки люпина и зерновых культур проанализировать и выявить главные причины возможного отставания той или иной культуры по единому совокупно-индексному показателю и определить необходимые производственно-экономические пределы для эффективного производства культур.

Рекомендации производству

1. Расширить производство сортов люпина узколистного на кормовые (сорт Кристалл, Белозерный 110) и сидеральные цеди (Сидерат 38), которые отличаются высокой рентабельностью и энергоемкостью.

2. В ближайшей перспективе следует стремиться к тому, чтобы под зернобобовые культуры в Центральном районе отводить не менее 2114 тыс.га, или в среднем 10... 15% пашни, из которых непосредственно под узколистный люпин — 262 тыс.га и под белый - 5 тыс.га.

Список опубликованных работ

1. Беляева, Ж.А. Особенности продукционного процесса и адаптивная способность сортов люпина узколистного с комплексом рецессивных генов / Агаркова, С.Н., Веден ни кова, Г.А., Беляева, Ж.А. // Актуальные проблемы генетики: Сб. ( Материалы II конференции МоГИС им, Вавилова. Москва. 2021.02.2003 г., T.I. М.: 203. С.6-7.

2. Беляева, ЖА. Продуктивность и адаптивная способность сортов люпина узколистного / Агаркова. С.Н., Веден ни кова, Г.А., Васильчиков, А.Г., Беляева, Ж.А., Коломейченко, В.В. / Эколого-экологическне аспекты развития растениеводства в рыночных условиях; Сб. / по материалам выездного заседания Президиума РАСХН. ОрелГАУ - 2002 Г. Изд-во: ОрелГАУ, 2002. -С.21.

3. Беляева, Ж.А. Селекционно-генетический контроль показателей фотосинтетической деятельности и снмбнотической азотфиксации люпина узколистного / Агаркова, С.Н., Наумкина, Т.С., Беляева, Ж.А. // Материалы научной конференции посвященной 100-летию научной селекции в России. М.; Изд-во: МСХА. 2003. - С. 28-29.

Издательство ОрелГАУ, 2005, Орел, Бульвар Победы, 19. Заказ21/05, Тираж ЮОэкз.

»136 55