Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Продукционный процесс плодовых растений и пути его регуляции в условиях Западного Предкавказья

ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Продукционный процесс плодовых растений и пути его регуляции в условиях Западного Предкавказья"

Чумаков Сергей Семенович

ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ПЛОДОВЫХ РАСТЕНИЙ И ПУТИ ЕГО РЕГУЛЯЦИИ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Специальность 03.01.05 - физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Краснодар - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дорошенко Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты: Трошин Леонид Петрович доктор

биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», заведующий кафедрой виноградарства

Трунов Юрий Викторович доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт садоводства им. Мичурина» Россельхозакадемии, директор

Бандурко Ирина Анатольевна доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный технологический университет», заведующий кафедрой агрономии

Ведущая организация - ГНУ «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «23» апреля 2013 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.04 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», с авторефератом -на сайте http://www.vak.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://www.kubsau.ru Автореферат разослан « Ц / » марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственны* наук,

профессор ЬЯГ Слюсарев Валерий Никифорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время основная проблема отрасли садоводства - наиболее полная реализация продукционного потенциала плодовых растений, зависящая от комплекса факторов: генотипических, абиотических и технологических. Однако современные технологии производства плодов не обеспечивают его реализации в должной степени. Основной причиной происходящего следует признать участившееся в последние годы влияние на растения абиотических стресс-факторов (Дорошенко, Захарчук, Рязанова 2010). Данная проблема особенно актуальна для Краснодарского края, который обеспечивает около 39% общероссийских объемов промышленного производства плодов (Егоров, 2006).

В сложившихся условиях для повышения эффективности отрасли необходимо изучить особенности формирования элементов продуктивности плодовых растений и предложить стратегию регуляции продукционного процесса, реализация которой обеспечит получение стабильных и достаточно высоких урожаев плодов в интенсивных насаждениях разного возраста даже в годы с погодными аномалиями.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить особенности формирования элементов продуктивности плодовых растений и разработать прецизионные технологии регуляции продукционного процесса в различные по погодным условиям годы в интенсивных насаждениях разного возраста.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:

- выявить возможности стимуляции процесса оплодотворения плодовых растений;

- исследовать особенности органогенеза плодовых растений (на примере яблони) в различных климатических условиях Западного Предкавказья;

- дать физиологическое обоснование приемам оптимизации формирования плодов высоких товарных качеств;

- разработать и обосновать агроприемы, ускоряющие начало товарного плодоношения в молодых насаждениях интенсивного типа;

- разработать и обосновать приемы, обеспечивающие регулярное плодоношение во взрослых насаждениях интенсивного типа в разных погодных условиях;

- предложить концептуальную модель и технологии регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа и определить эффективность их реализации.

Научная новизна результатов исследований. Расширены и уточнены представления о физиологических особенностях оплодотворения многолетник плодовых растений (на примере яблони и черешни). Доказана роль фенольных соединений (кофейной кислоты) в повышении результативности этого процесса.

Раскрыт механизм стимуляции оплодотворения плодовых растений. Определена главенствующая роль борной кислоты в образовании и функционировании р - индолилуксусной кислоты (ИУК), обеспечивающей эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик». На примере растений яблони подтверждена роль ионов Са2+ как хемо-тропного агента, концентрирующегося в завязи и обеспечивающего повышение результативности оплодотворения.

Предложена модифицированная методика экспресс-оценки жизнеспособности органов цветка.

На примере яблони установлено, что градиент концентрации эндогенного ауксина в системе «лист - семя» является определяющим фактором направленного транспорта ассимилятов из листьев к атграгирующим центрам - формирующимся плодам.

В условиях Западного Предкавказья выявлены особенности вегетативного роста и генеративного развития плодовых растений семечковой и косточковой группы в годы с проявлением неблагоприятных факторов среды (морозы, весенние заморозки, повышенная солнечная активность, аномально высокие температуры в различные сроки периода вегетации, водный дефицит в летне-осенний период).

Обоснована с физиологической точки зрения совокупность элементов прецизионных технологий регуляции продукционного процесса (некорневые обработки макро- и микроэлементами, регуляторами роста и т. д.), обеспечивающих корректировку хода формирования продуктивности плодовых растений в интенсивных насаждениях разного возраста.

Практическая значимость работы. Для различных систем садоводства южного региона России предложена стратегия управления продукционным процессом плодовых растений, реализация которой обеспечит получение запланированных показателей урожая и качества плодов в насаждениях разного возраста и в разные по погодным условиям годы.

Предложены агроприемы (использование некорневых обработок борными и кальциевыми удобрениями), направленные на оптимизацию процесса оплодотворения плодовых растений.

Предложены пути оптимизации нагрузки деревьев плодами в начале вегетации в традиционных, адаптивных и органических насаждениях интенсивного типа.

Обоснована возможность корректировки хода формирования урожая и качества плодов в течение периода вегетации растений в разновозрастных интенсивных насаждениях.

Рекомендована совокупность агроприемов, обеспечивающих регуляцию продукционного процесса плодовых культур в годы с проявлением неблагоприятных факторов среды (морозы, весенние заморозки, повышенная солнечная инсоляция, аномально высокие температуры в различные сроки периода вегетации, водный дефицит в летне-осенний период).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Накопление гидроксикоричной - кофейной кислоты в цветках плодовых растений, как доминанта стимуляции образования и увеличения функциональной активности ИУК, обеспечивающей повышение эффективности взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик».

2. Главенствующая роль бора и кальция в оптимизации процесса оплодотворения плодовых растений.

3. Необходимость использования результатов мониторинга органогенеза плодовых растений в годичном цикле как главных критериев эффективности продукционного процесса и выработке стратегии его регуляции.

4. Градиент концентраций эндогенного ауксина в системе «лист -семя» - один из определяющих факторов направленного транспорта ас-симилятов из листьев к агграгирующим центрам - формирующимся плодам.

5. Биологически обоснованные элементы прецизионных технологий регуляции продукционного процесса (некорневые обработки макро- и микроэлементами, регуляторами роста, ручное нормирование плодовой нагрузки и т. д.) как инструмент корректировки хода формирования элементов продуктивности плодовых растений в интенсивных насаждениях разного возраста, особенно в годы с ярко выраженными погодными аномалиями.

Апробация и реализация результатов исследований. Результаты исследований представлены на международных симпозиумах и конференциях: «Проблемы экологизации современного садоводства и пути их решения» (Краснодар, 2004); «Проблемы и тенденции устойчивого развития аграрной сферы» (Волгоград, 2008); «Достижения науки и инновации в садоводстве» (Мичуринск, 2009); «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод» (Краснодар, 2010); «Современное садоводство: состояние и перспективы развития» (Молдова, Кишинев, 2010); «Макро- и микроэлементы в питании и продуктивности растений» (Краснодар, 2010); «Использование биотехнологических методов и регуляторов роста в садоводстве» (Москва, 2011); «Роль отрас-

ли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста» (Беларусь, Самохваловичи, 2011); «Разработки, формирующие современный облик промышленного садоводства и виноградарства» (Краснодар, 2011); конференции посвященной 90 -летаю со дня рождения академика А. А. Шмука (Краснодар, 2011); «Параметры адаптивности многолетних культур в современных условиях развития садоводства и виноградарства» (Краснодар, 2011); «Приемы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеверения и расширения границ садоводства» (Челябинск, 2011); «Актуальные проблемы современного плодоводства» (Брянск, 2011); «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (Оренбург, 2012); «Перспективы развития технологий хранения и переработки плодов и ягод в современных экономических условиях» (Беларусь, Самохваловичи, 2012); «Виды и уровни воздействия стресс-факторов среды на устойчивость агроэкоси-стем в условиях изменения климата» (Краснодар, 2012); Всероссийских научно-практических конференциях «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2002, 2005-2012 гг.); «Актуальные проблемы садоводства России и пути их решения» (Орел, 2007); «Проблемы интенсивного садоводства» (Краснодар, 2010); «Управление минеральным питанием плодовых и ягодных культур в точных технологиях возделывания» (Москва, 2011); «Биологический потенциал плодовых, ягодных и овощных культур в зоне Урала и инновационные технологии в современных условиях агропроизводства» (Пермь, 2012); «Косточковые культуры в садоводстве и декоративном озеленении» (Челябинск, 2012), на ежегодных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2005 - 2012).

Результаты исследований по мере выполнения поэтапно внедрены в хозяйствах Краснодарского края: А/Ф «Солнечная» (г. Краснодар), ЗАО «Виктория 92», ОАО «Агроном» (Динской район), КФХ «Чередниченко», КФХ «Ковалева Р. И.», ООО «Ангелинские сады» (Красноармейский район), ЗАО «Мирное» (Тихорецкий район).

Личный вклад соискателя в проведение научного исследования и получение наиболее существенных научных результатов состоит в следующем:

- определение актуальной проблемы в области науки физиологии и биохимии растений и отрасли садоводства и разработка программы исследований в этом направлении;

- непосредственное участие в закладке опытов и проведении научного эксперимента;

- участие в получении исходных данных, их обработке и интерпретации;

- личное участие в апробации результатов исследования;

- непосредственное участие в обобщении полученных результатов исследований и их публикации в различных изданиях, в том числе рецензируемых.

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в трех монографиях, 46 статьях (в том числе 14 - в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 250 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 151 рисунок и состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций по использованию результатов исследований, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 309 источников, в том числе 19 - на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность за оказанную консультативную помощь в выполнении данной работы доктору сельскохозяйственных наук, профессору Т. Н. Дорошенко, сотрудникам кафедр плодоводства, физиологии и биохимии растений, ботаники и кормопроизводства, агрохимии и почвоведения Кубанского ГАУ, а также руководству А/Ф «Сад-Гигант» за предоставленную возможность проведения некоторых экспериментов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Пути реализации продукционного потенциала плодовых растений

Общеизвестно, что продуктивность сорто-подвойной комбинации определяется прежде всего генотипическими особенностями используемого сорта. Однако полная реализация хозяйственно полезных признаков и свойств, заложенных в генотипе, достигается при достаточном уровне оптимизации факторов природных условий. Таким образом, чем выше степень соответствия условий среды биологическим требованиям растений, тем более полно реализуются их потенциальные возможности (Кудрявец, 1987).

Существенное влияние на проявления генотипических особенностей плодового растения оказывают экологические факторы. Результаты подобного воздействия многообразны, но сопоставимы, так как всегда выражаются в изменении состояния растений (Дорошенко, 2002).

Обоснована целесообразность изучения особенностей формирования элементов продуктивности плодовых растений и разработки преци-

зионных технологий регуляции продукционного процесса в различные по погодным условиям годы в интенсивных насаждениях разного возраста.

2. Условия, объекты и методы исследований

Работа выполнена на кафедре плодоводства Кубанского государственного аграрного университета в соответствии с тематическим планом НИР (номер регистрации 01.2.00606838).

Исследования проведены в 2002 - 2012 гг. в условиях Западного Предкавказья (плавневая и центральная подзоны прикубанской зоны садоводства). Почвы - черноземы выщелоченные и аллювиальные луговые. Обеспеченность аллювиальных луговых почв подвижным азотом высокая (65 мг/г), подвижным фосфором - средняя (286 мг/г), обменным калием - высокая (650 мг/г). У чернозёмов выщелоченных обеспеченность подвижным азотом средняя (43 мг/г), подвижным фосфором - высокая (423 мг/г) и обменным калием - высокая (589 мг/г). Климат -умеренно континентальный.

Объектами исследований являлись районированные и перспективные сорта яблони разных сроков потребления, а также сорта сливы и черешни.

Схемы полевых опытов представлены в соответствующих разделах диссертации. Повторность опытов шестикратная. За однократную по-вторность принято «дерево-делянка». Полевые опыты проводили в соответствии с «Программой и методиками сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (1999). Анализ почв проводили по методике, описанной Ю. А. Штемпелем (Штемпель и др., 2003). В условиях полевого опыта определяли биометрические характеристики плодовых растений, учитывали продуктивность деревьев в саду (кг /дер.) весовым способом. Динамику роста плодов в суточном цикле изучали с помощью стандартного фитомонитора LPS - 03/05 НА, при этом использовали датчик FI - 3. При проведении исследований были использованы общепринятые физиолого-биохимические методы. Степень повреждения деревьев морозами определяли по методике Соловьевой (1988); площадь листьев - по методу Сардаряна (1984); чистую продуктивность фотосинтеза - по методу Овсянникова (1973); засухоустойчивость растений - по методике Кушниренко (Кушниренко, Курчатова, 1984); жароустойчивость растений - методом Мацкова (1999); содержание хлорофиллов и каротиноидов в листьях - по методу Lichtenthaler, Welbum (1983); содержание растворимых углеводов в листьях и плодах - по методу Воробьёва (1985); закладку цветковых почек - на микроскопе МБС - 1; биологическую активность эндогенных стимуляторов роста в семенах - методом Кефели, Ту-

рецкой (1973); биотестирование с использованием отрезков колеоптилей пшеницы - по Бояркину (1973); жизнеспособность семян - с использованием 0,05 %-го водного раствора индигокармина; жизнеспособность органов цветка - согласно модифицированной методике (Чумаков, 2011); содержание белка, органических и аминокислот - в соответствии с методиками, изложенными в сборнике «Методическое и аналитическое обеспечение исследований по садоводству» (2010); содержание витамина С -по методике, описанной в «Программе и методике сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (1999); нитратредуктазную активность листьев яблони - по методу Mulder (1959) в модификации Фадеева (1988); проницаемость мембран органов цветка яблони по изменению электропроводности водных вытяжек - с помощью кондуктометра (Федулов, 1981, 1999); титруемую кислотность - потенциометрическим методом (ГОСТ 25553.0-82). Повторность анализов - дву-трехкратная.

Математический анализ результатов исследований осуществляли стандартными методами (Серебряковский, 1970; Доспехов, 1985; Мои-сейченко, 1999).

3. Особенности оплодотворения плодовых растений: физиолого-биохимический аспект

Важным этапом реализации генеративной функции плодовых растений является фенофаза распускания почек и цветения. Именно процесс оплодотворения лежит в основе формирования величины и качества урожая плодов. Глубокое изучение механизмов данного процесса делает возможным оптимизацию определенных его параметров.

В результате экспериментов и обобщения литературных источников (Кретович, 1980; Якушкина, 2005; Упадышев, 2008) разработана гипотетическая схема стимуляции процесса оплодотворения плодовых растений (рисунок 1).

В рыльце пестика происходит синтез аминокислоты триптофана. При попадании пыльцы на рыльце пестика происходит взаимодействие фермента и триптофана, приводящее к образованию фитогормона ауксина - р - индолилуксусной кислоты (ИУК), влияющего на интенсивность прорастания пыльцы и рост пыльцевых трубок. Известно также, что действие ИУК стимулируется хлорогеновой кислотой, ингибирующей особый разрушающий ИУК фермент (оксидазу р - индолилуксусной кислоты). Биохимическим предшественником хлорогеновой кислоты является кофейная кислота.

Рисунок 1- Гипотетическая схема стимуляции процесса оплодотворения у плодовых растений

В пользу данной гипотезы свидетельствуют полученные нами данные о содержании фенольных соединений и ИУК в цветках различных по потенциальной продуктивности сортов плодовых культур, например черешни (таблица 1).

Таблица 1- Содержание фенольных соединений и ИУК в цветках черешни различных по потенциальной продуктивности сортов, мг/кг (сад закладки 1997 г., подвой - сеянцы антипки, почвы - черноземы выщелоченные, 20. 04. 2012 г.)

Помологический сорт Потенциальная продуктивность Фенольные соединения ИУК

кофейная кислота хлорогеновая кислота

Францис Высокая 3,1 163,2 7,0

Кавказская улучшенная Средняя 1,3 349,1 0,5

£х, % < 3-4

Таким образом, в процессе оплодотворения ведущая роль принадлежит эндогенной ИУК, влияющей на эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик».

По нашим данным, некорневая подкормка борной кислотой (концентрация 0,03%, фаза выдвигания соцветия) активизирует синтез кофейной кислоты с дальнейшим превращением её в хлорогеновую, в ущерб образованию белка.

Отмеченная закономерность наиболее отчетливо зафиксирована у сортов с высокой потенциальной продуктивностью: сорт яблони Голден Делишес, черешни - Францис (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние борной кислоты на биохимические показатели цветков плодовых растений (20.04. 2012 г.)

Вариант Содержание

суммы Сахаров, % кофейной кислоты хлорогеновой кислоты ИУК белка, массовая доля, %

мг/кг

Яблоня, сорт Голден Делишес

Контроль 27,4 5,0 749,4 3,1 2,8

Борная кислота 25,5 5,2 815,2 5,4 2,8

Черешня, сорт Францис

Контроль 23,9 3,1 163,3 2,3 3,9

Борная кислота 19,3 9,8 178,2 7,0 3,3

¿х, % < 3-4

Содержание фенольных соединений в цветках названных сортов под влиянием этого агроприема повысилось в 1,1-3,2 раза в сравнении с контрольными значениями, что сопряжено с увеличением в них концентрации ИУК - в 1,7-3,0 раза в сравнении с контролем. В связи с этим уместно говорить о позитивном влиянии бора на активизацию образования и функционирования фитогормона ИУК в цветках плодовых растений, обеспечивающей эффективность оплодотворения. Вместе с тем использование бора способствовало существенному (на 18-38%) увеличению фер-тильности пыльцы. Это необходимо учитывать при разработке мероприятий по повышению эффективности опыления и оплодотворения.

Интегральным показателем повышения эффективности процесса оплодотворения, под влиянием предложенного агроприема является количество образовавшихся на плодовом дереве завязей. Так, количество завязей (% суг общего количества цветков на дереве) при использовании борной кислоты на деревьях яблони сорта Голден Делишес увеличилось на 22% (в сравнении с контролем).

Данное обстоятельство положительно повлияло на продуктивность деревьев. Этот показатель у деревьев яблони, обработанных борной кислотой, превышал контрольные значения в среднем на 30%.

Использование борных удобрений в насаждениях черешни сорта Францис привело к увеличению урожайности практически в два раза.

Еще одним эффективным агроприемом, повышающим результативность оплодотворения плодовых растений, по данным наших экспериментов, является некорневая обработка деревьев кальциевой селитрой (фенофаза распускания почек, концентрация 0,3%). Эти показатели подтверждают отмеченную в литературных источниках (Якушкина, 2005) роль ионов Са2т как хемотропного агента, обеспечивающего направленный рост пыльцевой трубки в сторону завязи, а в конечном счете - повышение результативности оплодотворения. Так, использование указанного агроприёма позволило снизить опадение завязей у сортов яблони Флорина и Голден Делишес на 16 и 23% соответственно.

Таким образом, результативность оплодотворения плодовых растений обусловлена накоплением в органах цветков кофейной (хлорогено-вой) кислоты, обусловливающим стимуляцию образования и функционирования ИУК. Весеннее применение некорневых подкормок борной кислотой и кальциевой селитрой оптимизирует процесс оплодотворения, а в конечном счете - продуктивность деревьев.

4. Особенности вегетативного роста и генеративного развития растений яблони в годы с различными метеорологическими условиями

Изучены особенности органогенеза яблони в различных (в том числе аномальных) погодных условиях южного региона. В исследуемые годы отмечалось проявление следующих неблагоприятных факторов среды: морозов (2006, 2009, 2010, 2012), весенних заморозков (2004, 2005, 2009), высоких температур в летний период (2005, 2006, 2007, 2008, 2010, 2012), повышенных осенних температур (2010, 2011) повышенной солнечной активности в весенне-летний и водного дефицита в летне-осенний периоды (2012 г.). Так, в 2010- 2011 гг. при проявлении повышенной температуры воздуха в осенний период в сочетании с высокой влажностью почвы

у плодовых деревьев зафиксирована слишком высокая ростовая активность. В частности, в 2011 г. на отдельных деревьях яблони на протяжении всего осенне-зимнего периода не опадали листья. У таких деревьев в черешках листьев отмечалась высокая концентрация ИУК (таблица 3) на фоне крайне низкого содержания этилена.

Таблица 3 - Биохимические показатели черешков листьев яблони в первой половине зимнего периода, мг/кг (сад закладки 2002 г. на подвое N49, схема посадки 4*2м, почвы - черноземы выщелоченные, 27.12. 2011 г.)

Помологический сорт Аскорбиновая кислота Хлорогеновая кислота Сумма кофейной и хлорогеновой кислот ИУК

Ренет Симиренко 17,7 261,0 264,8 11,9

Голден Делишес 12,5 192,5 209,7 5,8

Флорина 57,0 392,5 397,2 12,0

¿х, % < 3-4

Это обусловило предельно низкую закладку генеративных почек - на уровне 27-38%. Между тем, по результатам многолетних наблюдений, процент закладки генеративных почек у растений яблони в эти сроки, как правило, колеблется в диапазоне 53-68.

В сложившихся погодных условиях осеннего периода 2011 г. нами поставлен эксперимент по своевременному удалению листьев (имитация листопада). В качестве контроля подобраны деревья без проявления листопада.

Дальнейшее наблюдение показало, что в осенне-зимний период в надземных органах контрольных деревьев отмечалось резкое снижение содержания воды, что привело к гибели растений. Вместе с тем при своевременном удалении листьев снижение оводненности тканей было менее выражено.

Существенные отклонения метеорологических условий последних лет от среднемноголетней нормы вызывают нарушение ритма развития растений и в конечном счёте снижают возможность полной реализации потенциала продуктивности.

По нашим данным, этапы органогенеза яблони в течение осенне-зимнего периода 2011-2012 гг. проходили с задержкой в 25-30 дней в сравнении со среднемноголетними наблюдениями.

После затяжной зимы 2011/12 г. начиная со второй декады апреля отмечалось резкое повышение температуры воздуха. Кроме того, в эти сроки регистрировали предельно высокую солнечную активность. Данные обстоятельства привели к значительному ускорению развития плодовых растений.

По-видимому, при такой активизации развития снижается эффективность прохождения отдельных этапов органогенеза генеративных почек плодовых культур, в частности процессов микро- и макроспороге-неза.

Последствия описанного явления отмечались нами в фазу цветения. В частности, в указанные сроки фертильность пыльцы цветков плодовых деревьев была крайне низкой. Так, у деревьев различных сортов сливы и черешни данный показатель был ниже среднемноголетних значений в 1,7-2,4 раза, а у яблони - в среднем в 4 раза.

Как показал эксперимент, своевременное удаление листьев способствовало повышению фертильности пыльцы яблони (в среднем на 45% в сравнении с контролем).

По всей видимости, в годы со специфическими погодными условиями в конце периода вегетации одним из приемов оптимизации продукционного процесса может стать удаление листьев, в том числе с помощью различных ретардантов и дефолиантов.

В летне-осенний период 2012 г. из-за дефицита влаги проявилась почвенная засуха (влажность почвы в корнеобитаемом слое колебалась в пределах 30—40% НВ). Данное обстоятельство способствовало более ранней закладке и дифференциации генеративных почек, что в конечном счете привело ко вторичному цветению плодовых растений.

Таким образом, использование результатов мониторинга органогенеза плодовых растений в годичном цикле является главным критерием оценки эффективности продукционного процесса и выработки соответствующей стратегии его регуляции.

5. Возможности оптимизации продукционного процесса яблони на ранних этапах органогенеза

Как было отмечено выше, мониторинг прохождения этапов органогенеза делает возможным корректировку реализации продукционного потенциала плодовых культур. В этой связи наибольший интерес представляют этапы, характеризующие репродуктивное развитие.

По мнению Ф.М. Куперман (1977), на третьем этапе органогенеза происходит переход из вегетативного состояния в репродуктивное. В это время форма конуса нарастания трансформируется из округлой в коническую.

Следует отметить, что на данном этапе развития паренхима конуса нарастания содержит в большом количестве кальций, необходимый для ее дальнейшего развития. При появлении первого бугорка концентрация кальция резко снижается (Усков, 1961).

Использование в качестве некорневой подкормки кальбита кальция (1л /1000 л, фенофаза смыкания чашелистиков) в насаждениях яблони эффективно отразилось на продолжительности третьего этапа. В частности, под действием указанной обработки продолжительность закладки новых первичных бугорков в генеративных почках в целом сократилась, особенно у сорта Голден Делишес данный показатель уменьшился на 30% в сравнении с контролем. Кроме того, использование указанного агро-приема обеспечило увеличение количества образовавшихся генеративных почек. Так, у сорта Голден Делишес данный показатель превышал контрольные значения на 21%.

В дальнейшем развитии цветковых почек также прослеживалось преимущество обработки деревьев кальцием.

Определение фертильности пыльцы в вариантах с использованием кальция также свидетельствует об эффективности данного агроприема. Однако сорта по-разному реагировали на указанную обработку. Следует отметить, что фертильность пыльцы у сорта Голден Делишес в 2011 г. была низкой. Однако использование кальбита кальция стимулировало повышение жизнеспособности пыльцы на 16% в сравнении с контролем. Вместе с тем у сортов Гренни Смит и Ренет Симиренко не отмечалось сходного повышения данного показателя.

Дальнейшие наблюдения показали, что под действием обработки кальцием снизилось на 21% в сравнении с контролем опадение формирующихся плодов яблони сорта Голден Делишес. Однако у других изучаемых сортов указанная обработка не вызвала подобного эффекта (рисунок 2).

Интегральным показателем эффективности используемого агроприема является продуктивность деревьев. Этот показатель у деревьев яблони сорта Голден Делишес, обработанных кальцием, превышал контрольные значения на 17%. Использование кальция в насаждениях других сортов яблони не привело к адекватному увеличению урожайности.

■ контроль

> обработка

ГолдемДедишес ГреиииСмит

Ренет Сныиренко

Рисунок 2 - Влияние некорневой подкормки кальцием на опадение формирующихся плодов яблони*, % от исходного количества завязей (вторая декада июня 2011 г.)

* Сад закладки 2007 г. на подвое М 9, схема посадки 4 * 2 м, почвы - аллювиальные луговые

Таким образом, использование кальция в качестве некорневой подкормки (фенофаза смыкания чашелистиков) оптимизирует процесс прохождения этапов органогенеза. Применение указанной обработки в насаждениях яблони сорта Голден Делишес повышает их продуктивность.

6. Особенности роста плодов и пути его регуляции

Среднее количество цветков в соцветии яблони обычно составляет 5 шт. После цветения, как правило, все они реализуются в завязи. При этом плод, сформированный из центрального (наиболее развитого) цветка имеет приоритет в развитии. Эта доминантность сохраняется на протяжении всего периода развития плодов. Об этом свидетельствуют результаты наблюдения за ростом плодов в суточном цикле (рисунок 3). Как показано на рисунке, плоды в течение суток увеличиваются в размерах неравномерно. Так, интенсивность роста плода, сформированного из центрального цветка соцветия, повышалась с 4 ч и достигала максимума в 8-9 ч, затем в дневные часы резко снижалась, ас 16 ч вновь незначительно

16

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Часы

•атод, сформированный из бокового цветка соцветия ■плод, сформированный из центрального цветка соцветия

Рисунок 3 - Динамика роста плодов яблони сорта Ренет Симиренко в течение суток (15.08.04 - 25.09.04), в зависимости от их расположения в соцветии (сад закладки 1999 г. на подвое М 9. по схеме 4,0 * 1,5, почвы - аллювиальные луговые)

17

возрастала. Аналогичная ростовая тенденция наблюдается и у плода, сформированного из бокового цветка соцветия, но в данном варианте опыта динамика скорости роста плода заметно ниже.

В нашем эксперименте по изучению особенностей роста плодов в зависимости от их количества, формирующегося из одного соцветия после окончания цветения оставляли завязи в трех вариантах соотношений: одно соцветие - один плод; одно соцветие - два плода; одно соцветие - три плода. При этом центральный плод присутствовал в любой комбинации.

Исходя из полученных данных, в молодых насаждениях при проведении нормирования плодовой нагрузки (в целях повышения величины и качества урожая) допускается наличие двух плодов, развивающихся из одного соцветия. Наличие трех плодов, произрастающих в рамках одного соцветия, является избыточным.

Во взрослых насаждениях при проведении нормирования нагрузки урожаем (в целях повышения его качества) необходимо оставлять в соцветии одну завязь.

Ведущая роль в получении высококачественной плодовой продукции отводится помологическому сорту (Бандурко, 2003). В связи с этим нами изучалась биологическая активность стимуляторов роста в семенах формирующихся плодов яблони. Исследовались следующие сорта яблони: Голден Делишес, Либерти, Флорина.

В ходе эксперимента установлены сортовые различия в активности эндогенных стимуляторов роста ауксиновой природы в семенах формирующихся плодов (II этап органогенеза) яблони (таблица 4).

Причем этот показатель у сортов Голден Делишес и Флорина с плодами, относящимися по массе к разряду «выше среднего», на 612% больше, чем у сорта Либерти, имеющего плоды лишь среднего размера. Следует иметь в виду, что именно ауксины, вырабатываемые физиологически активными тканями семян, поступают в развивающиеся плоды и контролируют сохранение их на дереве и дальнейший рост (Усков, 1967; Третьяков, Кошкин, Макрушин, 1998). Однако для более точной оценки эффеюпвности формирования товарных качеств плодов у различных сортов яблони необходимо принимать во внимание и другие показатели гормональной системы семян, в частности активность ингибиторов ИУК, а также соотношение «стимуляторы / ингибиторы».

В справедливости этого утверждения нас убеждают результаты сопоставления данных таблиц 4 и 5.

Таблица 4 - Активность эндогенных регуляторов роста в

развивающихся семенах1" у сортов яблони с плодами разных размеров (Дорошенко,Чумаков, Сатибалов, Добренков, 2008)

Помоло- Размер Ауксины (ИУК), % к контролю Стимуляторы: ингибиторы

гический сорт созревших плодов стимуляторы ингибиторы

Либерти Средний 283,3 150,0 1,9

Голден Делишес Выше среднего 300,0 100,0 3,0

Флорина Выше среднего 316,8 132,0 2,4

*П этап органогенеза; в среднем за 2005-2006 гг.

Весьма примечателен и тот факт, что в семенах мелкоплодных яблонь-крэбов (средняя масса плодов 25 г) активность ингибиторов ИУК достигает 170%.

Как повышение активности стимуляторов, так и снижение функций ингибиторов роста в органах яблони приводит к увеличению в них соотношения «стимуляторы / ингибиторы». Исходя из данных таблицы 4, по величине отмеченного параметра изучаемые сорта располагаются в следующей последовательности (по убывающей): Голден Делишес, Флорина, Либерти. В том же порядке выстраиваются эти сорта и при рассмотрении различных показателей товарных качеств плодов (таблица 5).

Таблица 5 - Товарные качества плодов у сортов яблони с плодами разных размеров* (Дорошенко, Чумаков, Сатибалов, Добренков, 2008)

Помоло- Средняя Товар- Выход плодов по товарным

гический масса ность, % сортам,%

сорт плода, г высший первый второй третий

Либерти 114,3 79 33 28 24 13

Голден

Делишес 172,1 96 35 50 13 2

Флорина 152,3 92 23 52 22 3

*В среднем за 2005-2007 гг.

По всей видимости, соотношение гормонов в развивающихся семенах яблони, зависящее от генотипических особенностей сорта, определяет направление передвижения ассимилятов из листьев к аттра-гирующим центрам - формирующимся плодам - и активность биохимических процессов в них, а в конечном счете - уровень качества полученной плодовой продукции (Дорошенко, Чумаков, Сатибалов, До-бренков, 2008).

Таким образом, показатели содержания гормонов в развивающихся семенах яблони целесообразно использовать в качестве критериев подбора оптимального сортимента и эффективных агроприемов, способствующих повышению товарных качеств плодов.

Как известно, ростовые процессы различных частей растения, протекающие одновременно, тесно связаны между собой. Однако в определенные сроки активный рост происходит только в немногих (из потенциально возможных) зонах (Уоринг, 1984). Причину этого часто объясняют конкуренцией за питательные вещества.

В растениях яблони в фазу активного роста побегов нами зафиксированы следующие особенности распределения эндогенного ауксина (по убывающей): концентрация в верхушках побегов > концентрация в центральных завязях"1 > концентрация в завязях-конкурентах"1"" > концентрация в листьях (рисунок 4, а).

В такой ситуации на деревьях сохраняется значительное количество завязей, которые впоследствии превращаются в плоды средних размеров.

Примечательно, что в развивающихся семенах плодов, сформированных из цветков одного соцветия, отмечается различная концентрация ИУК, связанная с их местоположением. Так, ее содержание в центральной завязи на 21% выше, чем в завязях-конкурентах. При обработке деревьев яблони экзогенным гетероауксином (на 2-3-й день после начала цветения (распускание не более 10% цветков), концентрация 0,01%) этот показатель в центральной завязи увеличивается в 1,5 раза, а в остальных - снижается в 1,7 раза (рисунок 4, б). Это приводит к ослаблению притока пластических веществ к развивающимся плодам с низким содержанием ИУК и их преждевременному опадению.

Обращает на себя внимание усиливающаяся под влиянием обработки высокими концентрациями ауксинов аттрагирующая способность листьев. Последнее, по-видимому, также способствует увеличению опадения «лишних» завязей.

* завязи, сформированные из центрального цветка соцветия;

** иные завязи, сформированные из цветков одного соцветия.

£ I

и >

центральная »кхя>

'ЗЕЯ'И

конкуренты

б

Рисунок 4 - Особенности распределения эндогенного ауксина

(мг/кг) в органах яблони (фаза активного роста побегов): а - контроль; б - обработка гетероауксином (концентрация 0,01%)

Совершенно обратное явление наблюдается при использовании низкой концентрации гетероауксина - 0,001% (обработка осуществля-

лась на 2 - 3-й день после начала цветения). Содержание ИУК в развивающихся семенах завязей превышает данный показатель в листовых пластинах. Примечательно, что в данном варианте опыта содержание эндогенного ауксина в завязях-конкурентах, развившихся из цветков одного соцветия, не ниже, чем у центральной завязи. В данном случае нет препятствий передвижению ассимилятов из листьев ко всем завязям и их сохранению на дереве.

Отмеченная особенность в перераспределении пластических веществ между аттрагирующими центрами плодового растения, вызванная действием экзогенных регуляторов роста, подтверждается нашими экспериментальными данными. У сортов со средней и «выше среднего» интенсивностью роста - Айдаред, Голден Делишес, Ренет Сими-ренко, Гренни Смит использование гетероауксина в концентрации 0,001% стимулирует сохранение на дереве полезных завязей (в среднем на 21% в сравнении с контролем).

Это обеспечивает увеличение урожайности яблони в 1,4 раза в сравнении с аналогичным показателем в контроле (таблица 6).

Таблица 6 - Влияние гетероауксина на урожай и товарные качества плодов яблони сорта Голден Делишес (адаптивный сад закладки 2000 г. на подвое N49, по схеме 4 * 2 м., почвы - черноземы выщелоченные, в среднем за 2010-2011 гг.)

Вариант опыта Урожайность, т/га Средняя масса плода, г Выход плодов по товарным сортам,%

высший первый второй третий

Контроль 17,3 132,4 16,4 42,5 37,3 3,8

Гетероауксин, концентрация 0,001% 0,01% 24,5 22,1 125,6 176,4 15,8 45,7 44,7 38,5 36.7 15.8 2,8 0

НСР05 1,3 4,3 - - - -

Вместе с тем в указанном варианте опыта наблюдается некоторое снижение товарного качества плодов. По всей видимости, использование данной концентрации целесообразно при неблагоприятных условиях цветения и низкой нагрузке деревьев плодами.

Отмечено положительное влияние экзогенного гетероауксина в концентрации 0,01% на фотосинтетическую деятельность растений яблони потенциально продуктивного сорта Голден Делишес, в частности на содержание в листьях хлорофиллов (таблица 7). Этот показатель увеличивается в сравнении с контролем на 12%. Вместе с тем не зафиксировано существенных различий между вариантами опыта по концентрации каротиноидов. У менее продуктивных сортов яблони (Гренни Смит, Ред Чиф и т. д.) данный агроприем не привел к заметному повышению содержание хлорофиллов в листьях. По-видимому, это явление отражает сортоспецифические реакции фотосинтетического аппарата на действие данного регулятора роста. Между тем важно учитывать характер перераспределения пластических веществ между процессами роста и плодоношения растений.

Таблица 7 — Влияние обработки гетероауксином* на содержание

пигментов в листьях яблони сорта Голден Делишес, мг/г сухого вещества (сад закладки 2000 г. на подвое М9, схема посадки 4 * 2 м, почвы - черноземы выщелоченные, июнь 2011 г.)

Вариант Хлорофиллы Каротиноиды

«а» сумма

Контроль 4,746±0,160 6,080±0,220 2,370±0,250

Обработка 5,370±0,180 6,780±0,260 2,424±0,240

* Концентрация 0,01%.

При использовании концентрации 0,01% у изучаемых сортов яблони происходит сбрасывание «лишних» завязей уже в первую волну опадения, что благоприятно влияет на формирование оставшихся плодов. В этом варианте опыта выход плодов высшего товарного сорта увеличивается в сравнении с контролем в 2,8 раза, а их средняя масса в 1,3 раза. Одновременно сводится к минимуму выход плодов третьего товарного сорта, не пригодных для дальнейшего эффективного использования.

Таким образом, применение некорневых обработок деревьев в фазу начала цветения экзогенным гетероауксином обеспечивает регуляцию плодовой нагрузки, направленность которой определяется концентрацией препарата.

Использование данного агроприема актуально и в адаптивных и в традиционных насаждениях.

Вместе с тем органическое садоводство полностью исключает использование химических веществ. В этом случае применение ручного нормирования нагрузки деревьев плодами с соответствующей листовой поверхностью, несмотря на свою трудоемкость, единственно возможное решение.

В связи с этим заложен опыт по изучению возможности использования ручного нормирования при оптимизации плодоношения яблони в органических насаждениях. При проведении ручного нормирования использовали следующие варианты соотношения плодов и листьев: на один плод - десять листьев; один плод - двадцать листьев; один плод - сорок листьев; один плод - шестьдесят листьев.

Показано, что потребность генеративных органов яблони в асси-милятах будет зависеть от аттрагирующей способности сорта, а следовательно, и количество листьев, необходимых для оптимального формирования плодов, не является постоянной величиной.

Установлено, что использование ручного нормирования плодовой нагрузки по следующим схемам: сорт Флорина (высокая агтрагирую-щая активность плодов) - «один плод - сорок листьев» (общая площадь листьев - 0,16 м2); сорт Либерти (менее выраженная аттраги-рующая активность плодов) - «один плод - двадцать листьев» (общая площадь листьев - 0,07 м2) обеспечило увеличение урожайности на 18 - 21% в сравнении с контролем (вариант без использования ручного прореживания). Кроме того, товарность плодов яблони сорта Флорина в варианте с соотношением элементов системы «плод-лист» 1:40 превышает контрольные значения на 10%, а у сорта Либерти с соотношением системы «плод-лист» 1:20 - на 7%. В упомянутых вариантах опыта отмечалось увеличение выхода плодов высшего и первого товарных сортов в среднем на 40% в сравнении с контролем.

Таким образом, доказана целесообразность использования в органических садах интенсивного типа ручного нормирования плодовой нагрузки по схеме, указанной выше.

7. Особенности регуляции продукционного процесса плодовых растений в разновозрастных насаждениях

При разработке комплекса агроприемов по уходу за молодыми насаждениями необходимо учитывать, что основная задача в этом возрастном периоде - обеспечение образования большего количества

цветковых почек с последующей реализацией в плоды и максимальное их сохранение на дереве.

В настоящее время в мировой практике отработан ряд агротехнических приемов, направленных на повышение интенсивности цветения и завязывания плодов. В качестве дополнения к этим приемам, по результатам наших исследований, можно рекомендовать обработки деревьев микро-, макроэлементами и БАВ.

В ходе эксперимента установлено, что некорневое питание плодовых растений борной кислотой в два срока: в фазу выдвигания соцветия (концентрация 0,03%) и расхождения лепестков (концентрация 0,01%) способствует увеличению жизнеспособности пыльцы и сохранению плодов на дереве (Дорошенко, Чумаков, 2002, 2008).

Следует отметить, что сохранению завязей способствует использование макроэлементов. В частности, применение некорневой подкормки плодовых растений нитроаммофоской в фазу смыкания чашелистиков (концентрация 0,3%) уменьшает процент опадения завязей в среднем в 2 раза в зависимости от культуры в сравнении с контролем (Дорошенко, Чумаков, 2005).

Еще одним агротехническим приемом, способствующим регуляции плодовой нагрузки, является применение стимуляторов роста, например ауксинов, и их химических аналогов. Так, использование в насаждениях яблони и сливы гетероауксина в концентрациях 0,0010,002% на 2-3-й день после начала цветения существенно увеличивает образование полезной завязи (на 21-29% в зависимости от культуры).

Применение некорневой обработки гетероауксином в концентрациях 0,001-0,002% обеспечивает увеличение урожайности насаждений сливы и яблони на 24-31%.

Заметного влияния обработки стимулятором роста (в указанной концентрации) на интенсивность и продолжительность ростовых процессов, а также длину вегетационного периода плодовых растений в молодых насаждениях не отмечено.

Таким образом, к эффективным агроприемам, позволяющим обеспечить быстрое наращивание урожая в молодых насаждениях яблони и сливы, можно отнести:

1. Опрыскивание деревьев кальциевой селитрой (фенофаза распускание почек, концентрация 0,3%);

2. Обработка борной кислотой в два срока: в фазу выдвигания соцветия (концентрация 0,03%) и расхождения лепестков (концентрация 0,01%);

3. Опрыскивание гетероауксином в концентрациях 0,001-0,002% на 2-3-й день после начала цветения (распускание не более 10% цветков);

4. Применение некорневой подкормки нитроаммофоской в фазу смыкания чашелистиков (концентрация 0,3%).

Целесообразность указанных агроприемов базируется и на известном положении о способности молодых деревьев наращивать урожай без снижения товарного качества.

Использование комплекса вышеперечисленных агроприемов в молодых насаждениях сливы и яблони повышает урожайность на 2533% без снижения товарного качества плодов.

Одна из главных особенностей функционирования взрослых плодовых насаждений заключается в некотором ослаблении ростовой активности и одновременном усилении генеративной функции деревьев. В данном случае возможно резкое снижение товарного качества плодов. В связи с этим необходимо проводить систематический контроль за процессом закладки и дифференциации цветковых почек в зимне-весенний период с последующей оценкой степени плодовой нагрузки деревьев.

Очевидно, в случае слабой закладки цветковых почек следует предпринять меры по максимальному сохранению завязей на дереве. Наряду с умеренной обрезкой необходимо использовать ранее описанный комплекс агроприемов, обеспечивающий быстрое наращивание урожая в молодых насаждениях.

Использование указанных агроприемов актуально и в случае прогнозирования неблагоприятных факторов весенне-летнего периода.

Показатели роста у растений во взрослых насаждениях, как правило, ниже, чем в молодых. Однако использование гетероауксина в концентрации 0,01% активизирует ростовые процессы деревьев яблони. В частности, применение регулятора роста в указанной концентрации привело к увеличению длины побегов и суммарного годичного прироста яблони (на примере сорта Айдаред) в среднем на 23% по сравнению с контролем. Вместе с тем использование данного агро-приема увеличило опадение завязей яблони различных сортов на 1218% в сравнении с контролем. Под действием обработки гетероауксином в концентрации 0,01% отмечено усиление оттока ассимилятов из листьев к формирующимся плодам по принципу «донор-акцептор». Об этом свидетельствует заметное увеличение концентрации растворимых Сахаров в плодах яблони и сливы в данном варианте опыта (в среднем на 9% по сравнению с контролем).

Использование гетероауксина в концентрации 0,01% у всех изучаемых сортов яблони и сливы существенно повысило массу плодов -22-27% в сравнении с контрольным вариантом.

Как показал эксперимент, под влиянием повышенной концентрации гетероауксина активизируется выход плодов высших товарных сортов яблони. Этот показатель достигал максимальных значений при использовании концентрации 0,01%, и в зависимости от сорта разница с контролем составила 47-64%.

Таким образом, формирование крупных плодов с высокими товарными качествами обусловлено опрыскиванием деревьев гетероаук-сином в концентрации 0,01%.

Одним из агротехнических факторов, существенно влияющих на генеративную активность яблони, является некорневое питание макроэлементами (Трунов, 2003).

Установлено, что двукратная подкормка деревьев яблони нитроаммофоской (концентрация 0,3% в фазе смыкания чашелистиков и через 12 дн после первой) обеспечивала увеличение средней массы плодов на 13-20% (в зависимости от сорта). Одновременно с повышением средней массы плодов увеличился и урожай деревьев яблони (на 24-32% в зависимости от сорта). Кроме того, под влиянием некорневой подкормки макроэлементами активизируется выход плодов высших товарных сортов. Этот показатель достигал максимальных значений при двукратном опрыскивании, и в зависимости от сорта яблони разница с контролем составила 50-75%. Аналогичным образом указанный агроприем воздействует и на растения сливы (Дорошенко, Чумаков, 2005).

Трехкратная подкормка нитроаммофоской, проводимая в начале III этапа органогенеза, стимулирует лучшую закладку и дифференциацию смешанных почек, определяющих потенциал продуктивности деревьев. Использование в насаждениях яблони указанной обработки обеспечило повышение закладки генеративных почек на 16-30% в зависимости от сорта (Дорошенко, Чумаков, 2009).

В рамках известной триады NPK четко выделена ведущая роль калия в активизации транспорта углеводов из листьев к генеративным органам. Под действием некорневой обработки сульфатом калия (концентрация 0,3%, за 40 дней до уборки плодов) происходит существенное (на 20-60%) увеличение массы и соответственно урожая плодов (Дорошенко, Чумаков, 2005).

Таким образом, к эффективным агроприемам, обеспечивающим увеличение товарных качеств плодов и регулярное плодоношение во взрослых насаждениях плодовых культур, можно отнести:

1. Опрыскивание гетероауксином в концентрации 0,01% на 23-й день после начала цветения (распускание не более 10% цветков);

2. Применение некорневых подкормок нитроаммофоской (трехкратно) (концентрация 0,3%): первая - в фазе смыкания чашелистиков, а вторая и третья - через 12 и 24 дня после первой, соответственно;

3. Обработку сульфатом калия (концентрация 0,3%), за 40 дней до уборки плодов.

В качестве дополнения к указанным агроприемам в случае угрозы воздействия стресс-факторов целесообразно использовать:

- в весенний период - обработку борной кислотой в фазу выдвигания соцветия (концентрация 0,03%);

- в летний период - подкормка плодовых деревьев сульфатом калия в дозе 30 кг/га по д. в.

Использование представленных технологических элементов во взрослых насаждениях яблони и сливы повышает урожайность на 3040%, при этом достигается стабильность в плодоношении, даже в годы с неблагоприятными погодными явлениями.

8. Концептуальная модель регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа в условиях Западного Предкавказья

Реализация продукционного потенциала плодовых растений зависит, прежде всего, от точности в подходах при создании насаждений:

- подбор лучших генотипов: (сортов, подвоев),

- климатических условий территорий, на которых планируется размещение насаждений (для наиболее полного проявления потенциала привитых растений) (Дорошенко, 2006).

Принципы создания плодовых насаждений подробно изложены в специальной литературе (Куренной, Колтунов, Черепахин, 1985; Кудрявей, 1987). В данной работе обоснованы возможности регуляции продукционного процесса плодовых культур в разновозрастных насаждениях интенсивного типа.

Регуляция продукционного процесса, по нашему мнению, должна основываться на системе мониторинга физиологического состояния плодовых растений в течение годичного цикла. Весьма ценными являются наблюдения за растениями в период конца текущей вегетации - начала следующей. Полученная таким образом информация позволит судить о предполагаемой нагрузке плодовых деревьев и ожидаемом урожае плодов следующего года. Кроме того, учитывая погодную специфику каждого конкретного года и возможность проявления

различных климатических стрессоров, необходимо своевременно разрабатывать систему мероприятий, способствующих более полной реализации продукционного потенциала растений в различные по погодным условиям годы. При этом система ведения отрасли и возраст насаждений - определяющие факторы при выборе технологического решения для достижения запланированного уровня и качества урожая плодов. Очевидно, что в молодом саду необходимо наращивать урожай (в обоснованных пределах), используя специфические агроприемы, а во взрослом - создавать оптимальный баланс между вегетативной и генеративной функциями растений.

Осуществляя мониторинг физиологического состояния растений в процессе вегетации, можно своевременно корректировать ход процесса формирования урожая, используя комплекс предлагаемых нами агроприемов. Так, для лучшего оплодотворения плодовых растений в различные по погодным условиям годы, целесообразно использовать некорневые обработки кальциевой селитрой (фенофаза распускания почек, концентрация 0,3%) и борной кислотой (концентрация 0,03%, в фазу выдвигания соцветия). Ослабить негативное влияние высоких температур летнего периода поможет подкормка плодовых деревьев сульфатом калия в дозе 30 кг/га по д. в. и т. д.

Применение разработанного комплекса технологических элементов обеспечивает повышение урожайности плодовых культур (при снижении периодичности в плодоношении) и товарных качеств плодов (рисунки 5, 6, 7).

На основе представленных материалов разработана концептуальная модель регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях (яблони и сливы) интенсивного типа, позволяющая направленно воздействовать на различные процессы жизнедеятельности плодовых культур и обеспечивать получение запланированного результата (рисунок 8).

Использование предложенной технологии гарантирует получение следующих результатов: урожайность плодовых культур (на примере яблони) в молодых насаждениях на уровне 10-12 т/га, во взрослых садах - 23-35 т/га (в зависимости от системы ведения); выход плодов высшего и первого товарных сортов в традиционных садах не менее 80%, а в органических - не менее 50%, повышение рентабельности производства плодовой продукции на 26-38%.

о

2009 2010 2011 2012

.__„ годы

производственный контроль

использование элементов предложенной технологии

Рисунок 5 - Влияние предлагаемой технологии регуляции

продукционного процесса на динамику урожайности сливы сорта Стенлей (сад закладки 1998 г., подвой -сеянцы алычи, схема посадки 5 х 3 м., прикубанская зона садоводства, почвы - черноземы выщелоченные)

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

годы

« производственный контроль _ ш использование элементов предложенной технологии

Рисунок 6 - Влияние предлагаемой технологии регуляции

продукционного процесса на динамику урожайности яблони сорта Голден Делишес (сад закладки 2000 г. на подвое М9, схема посадки 4 * 2 м., прикубанская зона садоводства, почвы - черноземы выщелоченные)

Низкий урожай плодов в 2006 г. связан с негативным действием на растения низких отрицательных температур, критических для культуры яблони.

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

__годы

♦ — производственный контроль —Ш— использование элементов предложенной технологии

Рисунок 7 - Влияние предлагаемой технологии регуляции

продукционного процесса на динамику выхода плодов яблони сорта Голден Делишес высшего и первого товарных сортов (сад закладки 2000 г. на подвое М9, схема посадки 4 х 2 м., прикубанская зона садоводства, почвы -черноземы выщелоченные)

Рисунок 8 - Концептуальная модель регуляции продукционного

процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа

выводы

1. В результате многолетних исследований и теоретического обобщения полученных данных определены физиолого-биохимические особенности формирования элементов продуктивности плодовых растений и сформулирована стратегия регуляции продукционного процесса в интенсивных насаждениях разного возраста.

2. Важнейшим критерием подбора сортов, формирующих плоды высоких товарных качеств, является соотношение «стимуляторы/ингибиторы» в семенах развивающихся генеративных органов. Растения сортов яблони с высокой аттрагируюшей способностью (например, Голден Делишес) отличаются слабой активностью ингибиторов ИУК и формируют плоды лучших товарных качеств. Вместе с тем в семенах мелкоплодных яблонь-крэбов (средняя масса плодов 25 г) активность ингибиторов ИУК достигает 170%.

3. Результативность оплодотворения плодовых растений сопряжена с накоплением в органах цветков кофейной и хлорогеновой кислот, обусловливающим стимуляцию образования и функционирования ИУК, которая влияет на эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик».

4. Весеннее применение некорневой подкормки плодовых деревьев яблони и черешни борной кислотой (концентрация 0,03%, фаза выдвигания соцветия) активизирует синтез кофейной кислоты и стимулирует образование и функционирование ИУК в тканях цветков растений. Указанные соединения оптимизируют процесс оплодотворения, повышая количество образовавшихся на плодовом дереве завязей (например, у яблони сорта Голден Делишес - на 22%) и в конечном счёте - продуктивность деревьев (в 1,3-2,0 раза в зависимости от культуры).

5. Показано положительное влияние некорневой подкормки кальциевой селитрой в концентрации 0,3% (фенофаза распускания почек) на процесс оплодотворения растений яблони. Данное обстоятельство подтверждает (на примере растений яблони) роль ионов Са2+, как хе-мотропного агента, обеспечивающего повышение результативности оплодотворения. Использование указанного агроприёма в насаждениях яблони позволило снизить опадение завязей на 16-23% в зависимости от сорта.

6. Экзогенный гетероауксин (концентрация 0,01%) активизирует фотосинтетическую деятельность растений яблони потенциально продуктивного сорта Голден Делишес увеличивая содержание хлорофил-лов в листьях (на 12% в сравнении с контролем).

7. Доказано основополагающее влияние градиента концентраций эндогенного ауксина в системе «лист - семя» на направленность транспорта ассимилятов из листьев к аттрагирующим центрам - формирующимся плодам. Основываясь на данной позиции, применение некорневых обработок деревьев в фазу начала цветения экзогенным гетероауксином обеспечивает регуляцию плодовой нагрузки, направленность которой определяется концентрацией препарата. Так, использование гетероауксина в концентрациях 0,001-0,002% повышает образование завязей на 21-29% в зависимости от культуры. В то же время при использовании указанного регулятора роста в концентрации 0,01% у растений яблони происходит сбрасывание «лишних» завязей уже в первую волну опадения, что благоприятно влияет на формирование оставшихся плодов. Аналогичный эффект отмечен и у растений косточковой группы.

8. При ручном нормировании плодовой нагрузки в органических насаждениях интенсивного типа необходимо учитывать аттрагирую-щую способность сортов. При этом целесообразно сохранять определенное количество листьев (площадь листьев), необходимое для оптимального обеспечения формирующихся плодов пластическими веществами. Установлено, что использование ручного нормирования плодовой нагрузки по следующим схемам: сорт Флорина (высокая аттра-гирующая активность плодов) - «один плод - сорок листьев»; сорт Либерти (менее выраженная атграгирующая активность плодов) -«один плод - двадцать листьев» обеспечило увеличение урожайности на 18-21% в сравнении с контролем (вариант без использования ручного прореживания). В упомянутых вариантах опыта отмечалось увеличение выхода плодов высшего и первого товарных сортов в среднем на 40% в сравнении с контролем.

9. Отмечены особенности органогенеза яблони в различных (в том числе аномальных) погодных условиях. Так, при повышенной температуре воздуха осенне-зимнего периода 2010 и 2011 гг. не свойственной этому сезону, в южных регионах России, в сочетании с высокой влажностью почвы у плодовых деревьев зафиксирована продолжительная ростовая активность в ущерб генеративному развитию. Напротив, почвенная засуха 2012 г., отмечаемая в летне-осенний период (влажность почвы в корнеобитаемом слое колебалась в пределах 3040% НВ) способствовала более ранней закладке и дифференциации генеративных почек, что в конечном счете привело ко вторичному цветению плодовых растений. В связи с этим использование результатов мониторинга органогенеза плодовых растений в годичном цикле

является необходимым условием оценки эффективности продукционного процесса и выработки соответствующей стратегии его регуляции.

10. Предложена концептуальная модель регуляции продукционного процесса плодовых культур для различных систем ведения садоводства на юге России. Ее реализация обеспечит получение следующих результатов: урожайность плодовых культур (на примере яблони) в молодых насаждениях на уровне 10-12 т/га, во взрослых садах - 2335 т/га (в зависимости от системы ведения); выход плодов высшего и первого товарных сортов в традиционных садах - не менее 80%, а в органических - не менее 50%, повышение рентабельности производства плодовой продукции на 26-38%.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для оперативного (в полевых условиях) определения степени воздействия отрицательных температур на состояние органов цветка плодовых растений необходимо использовать модифицированную методику экспресс-оценки его жизнеспособности.

Для обеспечения наращивания урожая в молодых насаждениях следует использовать комплекс технологических элементов:

- опрыскивание деревьев кальциевой селитрой (фенофаза распускания почек, концентрация 0,3%);

- обработка борной кислотой в два срока: в фазу выдвигания соцветия (концентрация 0,03%) и расхождения лепестков (концентрация 0,01%);

- опрыскивание гетероауксином в концентрациях 0,001-0,002% на вторые-третьи сутки после начала цветения (распускание не более 10% цветков);

- некорневая подкормка нитроаммофоской в фазу смыкания чашелистиков (концентрация 0,3%).

Для увеличения товарных качеств плодов и регулярного плодоношения взрослых насаждений плодовых культур (яблоня, слива) необходимо применять комплекс элементов прецизионных технологий, включающий:

- опрыскивание гетероауксином в концентрации 0,01% на вторые - третьи сутки после начала цветения (распускание не более 10% цветков);

- применение некорневых подкормок нитроаммофоской (трехкратно, в концентрации 0,3%): первая - в фазе смыкания чашелисти-

ков, а вторая и третья - по истечению 12 и 24 суток после первой, соответственно;

- обработку сульфатом калия (концентрация 0,3%), за 40-45 сут до уборки плодов.

В преддверии прогнозируемых заморозков использовать некорневую обработку борной кислотой в фазу выдвигания соцветия (концентрация 0,03%).

При воздействии критически высоких температур в летний период осуществлять подкормку деревьев сульфатом калия в дозе 30 кг/га по д. в.

В органических насаждениях интенсивного типа мероприятия по нормированию плодовой нагрузки следует проводить после июньского опадения завязей и добиваться следующих соотношений: для сортов с высокой аттрагирующей активностью плодов (Флорина) - «один плод

- сорок листьев» (общая площадь листьев - 0,16 м2); для сортов с менее выраженной аттрагирующей активностью (Либерти) - «один плод

- двадцать листьев» (общая площадь листьев - 0,07 м2).

В рамках высших учебных заведений при чтении специальных дисциплин по направлению «Агрономия» использовать уточненную теорию оплодотворения плодовых растений, а также сформулированную стратегию регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа в условиях Западного Предкавказья.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Формирование качества плодов яблони под влиянием некорневого питания калием / Т. Н. Дорошенко, В. И. Остапенко, Л. Г. Рязанова, И. В. Дубравина, С. С. Чумаков // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук-2005. -№3.-С. 38-40.

2. Перспективы использования некорневого питания для регулирования продукционного процесса яблони / И. В. Дубравина, Т. Н. Дорошенко, В. И. Остапенко, Л. Г. Рязанова, И. В. Горбунов,

С. С. Чумаков // Труды / КубГАУ. -2005. - Вып. 419(447). -С.70-81.

3. Дорошенко Т. Н. Физиологические аспекты повышения качества плодов в насаждениях яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, А. В. Сатибалов, Е. А. Добренков // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2008. - №1. - С. 13-15.

4. Дорошенко Т. Н. Возможность нормирования плодоношения яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Труды Кубанского государ-

ственного аграрного университета. - 2010. №1 (22). - С. 29-32.

5. Чумаков С. С. Особенности генеративного развития плодовых деревьев на юге России в связи с аномальными температурными явлениями / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2011. №2(29). - С. 48-51.

6. Возможности регуляции генеративной деятельности яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук, Д. А. Маджар // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. работ / ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии. - М., 2011. - Т. 26. - С. 159-164.

7. Перспективы развития органического садоводства на юге России / Т. Н. Дорошенко, А. В. Бузоверов, В. М. Кондратенко, С. С. Чумаков, В. М. Яковук // А фарная наука. - 2011. № 7. - С. 2-3.

8. Дорошенко Т. Н. Влияние погодных факторов на развитие плодовых растений в южном регионе России / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, А. Н. Ройбул // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - № 03 (67). С. 30-39. - Шифр Информрегистра: 0421100012\0103. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/03/р<ШЭ.р(1Г, 0,625 у.п.л.

9. Дорошенко Т. Н. Особенности некорневого питания плодовых растений при действии температурных стресс-факторов весенне-летнего периода / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Д. В. Максимцов // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. работ / ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии. - М., 2012. - Т 30. -С. 22-30.

10. Чумаков С. С. Особенности регулирования плодоношения яблони в органических насаждениях юга России / С. С. Чумаков, А. Н. Ройбул // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. работ / ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии. - М„ 2012. - Т. 32, № 2. - С. 309313.

11. Чумаков С. С. Возможности активизации роста плодов яблони в органическом садоводстве /С. С. Чумаков, С. С. Чукуриди, Н. В. Матузок, М. Д. Омаров // Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2012. -№ 4 (37). - С. 121-124.

12. Дорошенко Т. Н. Особенности реализации потенциала продуктивности плодовых растений в годы с погодными аномалиями / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Д. В. Максимцов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - № 08(82). С. 913-931. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/63.pdf, 1,188 у.п.л.

13. Чумаков С. С. Особенности органогенеза яблони и возможности его оптимизации / С. С. Чумаков, В. К. Бугаевский // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - № 09 (83). С. 806 -823. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/56.pdf, 1,125 у.п.л.

14. Чумаков С. С. О возможных механизмах стимуляции оплодотворения плодовых растений / С. С. Чумаков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012.-№ 09 (83). С. 866-875. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdf/61.pdf, 0,625 у.п.л.

Монографии:

15. Особенности регулирования плодоношения яблони: монография / С. С. Чумаков. -Краснодар: КубГАУ, 2010. - 84 с.

16. Возможности реализации биологического потенциала плодовых растений в разновозрастных насаждениях юга России: монография / С. С. Чумаков. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - 96 с.

17. Органические сады на юге России: монография/ Т. Н. Дорошенко, А. В. Бузоверов, А. Н. Кондратенко, С. С. Чумаков, Л. Г. Рязанова, Е. С. Сугоняев. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - 141 с.

Патент:

18. Пат. № 2223633, Российская Федерация, МПК А0Ю17/00, А01С21/00. Способ регулирования генеративной деятельности семечковых культур / В. И. Кашин, Т. Н. Дорошенко, И. В. Дубравина, С. С. Чумаков; заявитель и патентообладатель Кубан. гос. аграр. ун-т. - № 2002132936; заявл. 09. 12. 2002; опубл. 20. 02. 2004, бюл. №5.

Статьи в зарубежных изданиях:

19. Дорошенко Т. Н. Перспективы применения некорневого питания яблони микро- и макроэлементами / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // НоПюШикауМсиШгаБмшЯсайе, 5Пу1сииигаБ1§^Ы-риЬПсе, рго1есИар1ате1ог: ШСЯАЯ18ТШТ1Р1СЕСН18^Аи. - 2010. -Уо1. 24 (1). - Р. 123-127.

20. Чумаков С. С. Возможности обеспечения стабильного плодоношения плодовых растений / С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук, Д. А. Маджар // Роль отрасли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста: материалы междунар. науч. конф., Самохваловичи (Беларусь), 2011. - С. 162— 166.

21. Органические сады яблони на юге России / Т. Н. Дорошенко, А. В. Бузоверов, А. Н. Кондратенко, С. С. Чумаков Н Известия гос. аграр. ун-та Армении: междунар. науч. журн. - Ереван, 2012. - № 1. -С. 29-32.

22. Дорошенко Т. Н. Влияние некорневых обработок кальцием на лежкоспособность плодов яблони / Т. Н Дорошенко, С. С. Чумаков, Д. А. Маджар II Перспективы развития технологий хранения и переработки плодов и ягод в современных экономических условиях: материалы междунар. научн. конф., Самохваловичи (Беларусь), 2012. - С. 39-41.

Статьи в аналитических сборниках и материалах конференций:

23. Дорошенко Т. Н. Возможность регулирования генеративной функции яблони при использовании некорневого питания борными удобрениями / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Проблемы и тенденции устойчивого развития аграрной сферы: материалы междунар. науч.- практ. конф. - Волгоград, 2008.-Т. 1.-С. 167-169.

24. Дорошенко Т. Н. Особенности плодоношения яблони в связи с использованием борных удобрений / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Науч. обеспечение агропром. комплекса: материалы 2 Всерос. науч,-практ. конф. молодых ученых, г. Краснодар, 19-21 нояб. 2008 г. -Краснодар, 2008. - С. 186-187.

25. Дорошенко Т. Н. Влияние некорневого питания борными удобрениями на особенности плодоношения яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Достижения науки и инновации в садоводстве: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75 -летию со дня рожд. лауреата Гос. премии РФ, заслуж. деятеля науки, проф. В. А. Потапова. - Мичуринск, 2009. - С. 197-198.

26. Дорошенко Т. Н. Влияние обработки стимуляторами роста на плодоношение яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Науч. обеспечение агропром. комплекса: материалы 3 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Краснодар, 2009. - С. 194-196.

27. Чумаков С. С. Возможность повышения регенерационной активности семечковых культур / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Гл. агроном. - 2010. - № 11. - С. 43-46.

28. Дорошенко Т. Н. Пути регулирования величины и качества урожая плодов яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук // Проблемы интенсивного садоводства: сб. науч. тр. (материалы расшир. заседания ученого совета, посвящ. 100-летию со дня рожд. д-ра с.-х. наук Г. В. Трусевича) / ГНУ СКЗНИИСиВ. - Краснодар, 2010.-С. 89-92.

29. Чумаков С. С. Особенности нормирования урожая яблони / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Ун-т: наука, идеи и решения. -2010. -№ 1. - С.103-105.

30. Чумаков С. С. Возможность повышения устойчивости яблони к действию стресс-фактора в начале периода вегетации / С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук Т. Н. Дорошенко // Ун-т: наука, идеи и решения. - 2010.-№ 1.-С. 106-107.

31. Дорошенко Т. Н. Роль макроэлементов в формировании величины и качества урожая яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Энтузиасты аграр. науки. - 2010. - Вып. 11. - С. 225-227.

32. Дорошенко Т. Н. Влияние микроэлементов на повышение за-морозкоустойчивости яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук // Энтузиасты аграрной науки. - 2010. - Вып. 12. - С. 100-101.

33. Чумаков С. С. Особенности использования некорневого питания макроэлементами в яблоневых насаждениях/ С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук// Высокоточные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод: материалы междунар. науч.-практ. конф. / ГНУ СКЗНИИСиВ. - Краснодар, 2010. - С. 217-218.

34. Чумаков С. С. Перспективы использования калийных удобрений в насаждениях яблони во второй половине вегетации / С. С. Чумаков, Н. В. Захарчук, А. Н. Кондратенко // Науч. обеспечение агропром. комплекса: материалы 4 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Краснодар, 2010. - С. 235-238.

35. Чумаков С. С. Особенности реализации продукционного потенциала яблони в связи с использованием комплексных удобрений / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Науч. обеспечение агропром. комплекса: материалы 4 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. -Краснодар, 2010. - С. 3^.

36. Дорошенко Т. Н. Эффективность применения комбинированных удобрений в насаждениях яблони / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Ун-т: наука, идеи и решения. - 2010. - № 2. - С. 4950.

37. Чумаков С. С. Особенности формирования высококачественных плодов в условиях юга России / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко,

Л. Г. Рязанова И Ун-т: наука, идеи и решения. - 2010. - № 2. - С. 115118.

38. Дорошенко Т. Н. Агробиологический аспект формирования высококачественных плодов в насаждениях яблони юга России / Т. Н. Дорошенко, Л. Г. Рязанова, С. С. Чумаков // Пищевая индустрия.-2011,-№ 11 (6).-С. 62-63.

39. Влияние калийного питания на повышение устойчивости яблони к абиотическим стрессорам летнего периода / Н. В. Захарчук, Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, А. Н. Кондратенко // Фундамент, и приклад, разработки, формирующие соврем, облик садоводства и виноградарства / СКЗНИИСиВ. - Краснодар, 2011. - С. 241-244.

40. Чумаков С. С. Использование гетероауксина для послестрес-совой активизации восстановительных процессов деревьев семечковых культур / С. С. Чумаков, Д. А. Маджар, Л. Г. Рязанова // Фундамент, и приклад, разработки, формирующие соврем, облик садоводства и виноградарства / СКЗНИИСиВ. - Краснодар, 2011. - С. 245-248.

41. Чумаков С. С. Влияние погодных аномалий на особенности развития плодовых растений / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Энтузиасты аграр. науки. -2011. - Вып. 13. - С. 56-60.

42. Возможности использования минерального питания как фактора повышения устойчивости плодовых растений к действию стрессоров / Т. Н. Дорошенко, Н. В. Захарчук, С. С. Чумаков, А. Н. Кондратенко // Энтузиасты аграр. науки. - 2011. - Вып. 13. - С. 73-75.

43. Дорошенко Т. Н. Особенности послестрессовой адаптации плодовых растений / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Л. Г. Рязанова // Энтузиасты аграр. науки. - 2011. - Вып. 13. - С. 76-80.

44. Дорошенко Т. Н. Особенности регулирования плодоношения косточковых культур / Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков, Д. В. Максимцов, Н. В. Захарчук// Приемы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеверения и расширения границ садоводства: материалы междунар. симп. - Челябинск, 2011. - С. 128-131.

45. Чумаков С. С. Пути регулирования плодоношения семечковых и косточковых культур / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Ун-т: наука, идеи и решения. - 2011. - № 1. - С. 86-88.

46. Чумаков С. С. Влияние температурного стрессора на особенности развития плодовых растений / С. С, Чумаков, Н. В. Захарчук, Д. А. Маджар // Ун-т: наука, идеи и решения. - 2011. - № 1. - С. 88-90,

47. Чумаков С. С. Возможности использования элементов питания как фактора регулирования плодоношения семечковых и косточковых культур / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Параметры адап-

тивности многолетних культур в современных условиях развития садоводства и виноградарства: материалы 3 междунар. дистанционной науч.- практ. конф. молодых ученых / СКЗНИИСиВ, [Электронный ресурс] г. Краснодар, [Электронный ресурс] 2011. - Режим доступа: http://www.kubansad.ru/ru/content/effektivnost-primeneniya-nauchnyh-гazгabotok-v-pгoizvodstve-pгodukcii-plodovodstva-i/

48. Чумаков С. С. Возможности обеспечения стабильного плодоношения косточковых культур / С. С. Чумаков, Т. Н. Дорошенко // Науч. обеспечение агропром. комплекса: материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Краснодар, 2011. - С. 228-229.

49. Чумаков С. С. Возможности регуляции плодоношения сливы при действии заморозков / С. С. Чумаков, Д. В. Максимцов // Биол. потенциал плодовых, ягодных и овощных культур в зоне Урала и ин-новац. технологии в соврем, условиях агропр-ва: материалы Всерос. науч.- практ. конф. / Пермская ГСХА. - Пермь, 2012. - С. 157-160.

50. Дорошенко Т. Н. Особенности регулирования плодоношения косточковых культур/ Т. Н. Дорошенко, С. С. Чумаков // Косточковые культуры в садоводстве и декоративном озеленении: материалы 4 Всерос. съезда садоводов. - Челябинск, 2012. - С. 43-45.

Подписано в печать 5.03.2013 г. Формат 60*84 1/16

Бумага офсетная Офсетная печать

Печ. л. 1,5 Заказ №178

Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии КубГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

2012496823

2012496823

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора сельскохозяйственных наук, Чумаков, Сергей Семёнович, Краснодар

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

05201351038

Чумаков Сергей Семёнович

ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ПЛОДОВЫХ РАСТЕНИЙ И ПУТИ ЕГО РЕГУЛЯЦИИ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Специальность 03.01.05 - физиология и биохимия растений

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дорошенко Татьяна Николаевна

Краснодар - 2012

СОДЕРЖАНИЕ С. Введение .............................................................................................4

1. Пути реализации продукционного потенциала плодовых

растений..............................................................................10

2. Условия, объекты и методы исследований.................................24

3. Особенности оплодотворения плодовых растений: физиолого-биохимический аспект.............................................26

4. Особенности вегетативного роста и генеративного развития растений яблони в годы с различными метеорологическими условиями.............................................................................43

5. Возможности оптимизации продукционного процесса

яблони на ранних этапах органогенеза.......................................93

6. Особенности роста плодов и пути его регуляции..........................108

6.1 Возможности регулирования плодовой нагрузки в традиционных насаждениях интенсивного типа....................119

6.2 Возможности активизации роста плодов в органических

садах яблони................................................................132

6.2.1 Влияние листовой поверхности на ростовую

активность плодов яблони.............................................133

6.2.2 Особенности фотосинтетической деятельности деревьев яблони в связи с ручным прореживанием плодов...............137

6.2.3 Влияние ручного нормирования плодовой нагрузки на урожайность и качество плодов яблони........................... 141

7. Особенности регуляции продукционного процесса плодовых растений в разновозрастных насаждениях.....................................146

7.1 Агроприемы увеличения урожая в молодых насаждениях.......147

7.2 Пути стабилизации плодоношения во взрослых

насаждениях..................................................................162

8. Концептуальная модель регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа в условиях

Западного Предкавказья..........................................................197

Выводы..............................................................................206

Рекомендации по использованию результатов исследований...........209

Список использованной литературы..........................................211

Приложения........................................................................242

Введение

В настоящее время основная проблема отрасли садоводства - наиболее полная реализация продукционного потенциала плодовых растений, зависящая от комплекса факторов: генотипических, абиотических и технологических. Однако современные технологии производства плодов не обеспечивают его реализации в должной степени [43, 149]. Основной причиной происходящего следует признать участившееся в последние годы влияние на растения абиотических стресс-факторов [85]. Данная проблема особенно актуальна для Краснодарского края, который обеспечивает около 39% общероссийских объемов промышленного производства плодов [102].

В сложившихся условиях для повышения эффективности отрасли необходимо изучить особенности формирования элементов продуктивности плодовых растений и предложить стратегию регуляции продукционного процесса, реализация которой обеспечит получение стабильных и достаточно высоких урожаев плодов в интенсивных насаждениях разного возраста даже в годы с погодными аномалиями.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить особенности формирования элементов продуктивности плодовых растений и разработать прецизионные технологии регуляции продукционного процесса в различные по погодным условиям годы в интенсивных насаждениях разного возраста.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:

- выявить возможности стимуляции процесса оплодотворения плодовых растений;

- исследовать особенности органогенеза плодовых растений (на примере яблони) в различных климатических условиях Западного Предкавказья;

- дать физиологическое обоснование приемам оптимизации формирования плодов высоких товарных качеств;

- разработать и обосновать агроприемы, ускоряющие начало товарного плодоношения в молодых насаждениях интенсивного типа;

- разработать и обосновать приемы, обеспечивающие регулярное плодоношение во взрослых насаждениях интенсивного типа в разных погодных условиях;

- предложить концептуальную модель и технологии регуляции продукционного процесса в разновозрастных насаждениях интенсивного типа и определить эффективность их реализации.

Научная новизна результатов исследований. Расширены и уточнены представления о физиологических особенностях оплодотворения многолетних плодовых растений (на примере яблони и черешни). Доказана роль фенольных соединений (кофейной кислоты) в повышении результативности этого процесса.

Раскрыт механизм стимуляции оплодотворения плодовых растений. Определена главенствующая роль борной кислоты в образовании и функционировании р - индолилуксусной кислоты (ИУК), обеспечивающей эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик». На примере растений яблони подтверждена роль ионов Са2+ как хемотропного агента, концентрирующегося в завязи и обеспечивающего повышение результативности оплодотворения.

Предложена модифицированная методика экспресс-оценки жизнеспособности органов цветка.

На примере яблони установлено, что градиент концентрации эндогенного ауксина в системе «лист - семя» является определяющим фактором направленного транспорта ассимилятов из листьев к аттрагирующим центрам - формирующимся плодам.

В условиях Западного Предкавказья выявлены особенности вегетативного роста и генеративного развития плодовых растений семечковой и косточковой группы в годы с проявлением неблагоприятных факторов среды (морозы, весенние заморозки, повышенная солнечная активность, аномально высокие темпера-

туры в различные сроки периода вегетации, водный дефицит в летне-осенний период).

Обоснована с физиологической точки зрения совокупность элементов прецизионных технологий регуляции продукционного процесса (некорневые обработки макро- и микроэлементами, регуляторами роста и т. д.), обеспечивающих корректировку хода формирования продуктивности плодовых растений в интенсивных насаждениях разного возраста.

Практическая значимость работы. Для различных систем садоводства южного региона России предложена стратегия управления продукционным процессом плодовых растений, реализация которой обеспечит получение запланированных показателей урожая и качества плодов в насаждениях разного возраста и в разные по погодным условиям годы.

Предложены агроприемы (использование некорневых обработок борными и кальциевыми удобрениями), направленные на оптимизацию процесса оплодотворения плодовых растений.

Предложены пути оптимизации нагрузки деревьев плодами в начале вегетации в традиционных, адаптивных и органических насаждениях интенсивного типа.

Обоснована возможность корректировки хода формирования урожая и качества плодов в течение периода вегетации растений в разновозрастных интенсивных насаждениях.

Рекомендована совокупность агроприемов, обеспечивающих регуляцию продукционного процесса плодовых культур в годы с проявлением неблагоприятных факторов среды (морозы, весенние заморозки, повышенная солнечная инсоляция, аномально высокие температуры в различные сроки периода вегетации, водный дефицит в летне-осенний период).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Накопление гидроксикоричной - кофейной кислоты в цветках плодовых растений, как доминанта стимуляции образования и увеличения функцио-

нальной активности ИУК, обеспечивающей повышение эффективности взаимодействия элементов системы «пыльца - пестик».

2. Главенствующая роль бора и кальция в оптимизации процесса оплодотворения плодовых растений.

3. Необходимость использования результатов мониторинга органогенеза плодовых растений в годичном цикле как главных критериев эффективности продукционного процесса и выработке стратегии его регуляции.

4. Градиент концентраций эндогенного ауксина в системе «лист - семя» - один из определяющих факторов направленного транспорта ассимилятов из листьев к аттрагирующим центрам - формирующимся плодам.

5. Биологически обоснованные элементы прецизионных технологий регуляции продукционного процесса (некорневые обработки макро- и микроэлементами, регуляторами роста, ручное нормирование плодовой нагрузки и т. д.) как инструмент корректировки хода формирования элементов продуктивности плодовых растений в интенсивных насаждениях разного возраста, особенно в годы с ярко выраженными погодными аномалиями.

Апробация и реализация результатов исследований. Результаты исследований представлены на международных симпозиумах и конференциях: «Проблемы экологизации современного садоводства и пути их решения» (Краснодар, 2004); «Проблемы и тенденции устойчивого развития аграрной сферы» (Волгоград, 2008); «Достижения науки и инновации в садоводстве» (Мичуринск, 2009); «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод» (Краснодар, 2010); «Современное садоводство: состояние и перспективы развития» (Молдова, Кишинев, 2010); «Макро- и микроэлементы в питании и продуктивности растений» (Краснодар, 2010); «Использование биотехнологических методов и регуляторов роста в садоводстве» (Москва, 2011); «Роль отрасли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста» (Беларусь, Самохваловичи, 2011); «Разработки, формирующие современный облик промышленного садоводства и виноградарства» (Крас-

нодар, 2011); конференции посвященной 90 -летию со дня рождения академика А. А. Шмука (Краснодар, 2011); «Параметры адаптивности многолетних культур в современных условиях развития садоводства и виноградарства» (Краснодар, 2011); «Приемы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеве-рения и расширения границ садоводства» (Челябинск, 2011); «Актуальные проблемы современного плодоводства» (Брянск, 2011); «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (Оренбург, 2012); «Перспективы развития технологий хранения и переработки плодов и ягод в современных экономических условиях» (Беларусь, Самохваловичи, 2012); «Виды и уровни воздействия стресс-факторов среды на устойчивость агроэкосистем в условиях изменения климата» (Краснодар, 2012); Всероссийских научно-практических конферет^иях «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2002, 2005-2012 гг.); «Актуальные проблемы садоводства России и пути их решения» (Орел, 2007); «Проблемы интенсивного садоводства» (Краснодар, 2010); «Управление минеральным питанием плодовых и ягодных культур в точных технологиях возделывания» (Москва, 2011); «Биологический потенциал плодовых, ягодных и овощных культур в зоне Урала и инновационные технологии в современных условиях аг-ропроизводства» (Пермь, 2012); «Косточковые культуры в садоводстве и декоративном озеленении» (Челябинск, 2012), на ежегодных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2005 - 2012).

Результаты исследований по мере выполнения поэтапно внедрены в хозяйствах Краснодарского края: А/Ф «Солнечная» (г. Краснодар), ЗАО «Виктория 92», ОАО «Агроном» (Динской район), КФХ «Чередниченко», КФХ «Ковалева Р. И.», ООО «Ангелинские сады» (Красноармейский район), ЗАО «Мирное» (Тихорецкий район), КСП «Дружба» (Гулькевичский район).

Личный вклад соискателя в проведение научного исследования и получение наиболее существенных научных результатов состоит в следующем:

- определение актуальной проблемы в области науки физиологии и биохимии растений и отрасли садоводства и разработка программы исследований в этом направлении;

- непосредственное участие в закладке опытов и проведении научного эксперимента;

- участие в получении исходных данных, их обработке и интерпретации;

- личное участие в апробации результатов исследования;

- непосредственное участие в обобщении полученных результатов исследований и их публикации в различных изданиях, в том числе рецензируемых.

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в трех монографиях, 46 статьях (в том числе 14 - в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 250 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 151 рисунок и состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций по использованию результатов исследований, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 309 источников, в том числе 19 - на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность за оказанную консультативную помощь в выполнении данной работы доктору сельскохозяйственных наук, профессору Т. Н. Дорошенко, сотрудникам кафедр плодоводства, физиологии и биохимии растений, ботаники и кормопроизводства, агрохимии и почвоведения Кубанского ГАУ, а также руководству А/Ф «Сад-Гигант» за предоставленную возможность проведения некоторых экспериментов.

1. Пути реализации продукционного потенциала плодовых

растений

Общеизвестно, что продуктивность сорто-подвойной комбинации определяется, прежде всего, генотипическими особенностями используемого сорта [105, 107, 182, 286]. Однако полная реализация хозяйственно полезных признаков и свойств, заложенных в генотипе, достигается при достаточном уровне оптимизации факторов природных условий [121, 181]. Таким образом, чем выше степень соответствия условий среды биологическим требованиям растений, тем более полно реализуются их потенциальные возможности [106, 122, 145, 252].

Существенное влияние на проявления генотипических особенностей плодового растения оказывают экологические факторы [124]. Результаты подобного воздействия многообразны, но сопоставимы, так как всегда выражаются в изменении состояния растений [71, 111].

Воздействие любого экологического фактора ограничено понятиями минимума и максимума, соответствующими крайним его значениям, при которых возможна жизнедеятельность растений. Если показатели жизнедеятельности растений соответствует наилучшим значениям, это определяет оптимальную величину фактора. Однако точное определение оптимальных значений экологического фактора крайне затруднительно, в этой связи целесообразно использовать понятия -зона оптимума или зона комфорта. Значения оптимума, минимума и максимума определяют возможности реакции организма на данный фактор [49].

Факторы окружающей среды не находящиеся в зоне оптимума и угнетающие растения, в экологии называются крайними (или экстремальными, трудными) [175]. В данном случае характеризуются не только экологические ситуации (критические температуры, отсутствие доступной влаги, избыток вредных солей в почве и т. п.), но и места произрастания растений, с условиями близкими к их гибели - пустыни, высокогорья, арктические области [2, 218].

и

По мнению К. А. Куркина [4], влияние совокупности экологических факторов на растения определяется следующими явлениями: монодоминантностью, синергизмом, антагонизмом.

Монодоминантность проявляется в случае, когда один из факторов, находясь, либо в минимуме, либо в максимуме, оказывает подавляющее влияние на все остальные факторов. Синергизм - взаимоусиление влияния двух и более факторов. В случае проявления антагонизма воздействие факторов на биосистему взаимно «гасится» [72].

Процессы жизнедеятельности плодовых растений протекают только при определенных температурных значениях окружающей среды [117, 161]. При этом каждой плодовой породе свойственны свои характерные особенности [8, 226].

Оптимальная температура воздуха для активного роста и интенсивного проявление фенологических фаз плодовых растений составляет 15-30°С [49]. При прохождении фенологических фаз у плодовых растений меняется чувствительность к критическим температурам. В состоянии покоя (при условии нормального затухания ростовых процессов) яблоня выдерживает - 40°С [72].

К сожалению, в последние годы, на юге России температурные аномалии из разряда «редкого исключения» переходят в «устоявшуюся закономерность», и сельхозпроизводителям необходимо с этим считаться. В такой ситуации гарантией получения высоких и качественных урожаев плодов должен стать систематический мониторинг развития цветковых почек плодовых деревьев, позволяющий прогнозировать величину урожая и своевременно корректировать ход его фо