Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Устойчивое земледелие: взаимоотношения почва-растение-животное

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Устойчивое земледелие: взаимоотношения почва-растение-животное"

Р Г Б ОД

- 8 АГОСКОВСКЛЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ДЖЕЙМС ЭРОЛ ХОРН

УСТОЙЧИВОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ: ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПОЧВА — РАСТЕНИЕ — ЖИВОТНОЕ

Специальность 03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена в Отделе полевых исследований и лабораторного анализа Керр Центра по устойчивому земледелию, г. Пото, Оклахома, США и Лаборатории по устойчивому земледелию, Колледж экологии и биосферы при Путинском государственном университете.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор В. И. Кефели; доктор биологических наук, профессор О. А. Соколов.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников; кандидат химических наук, доцент М. М. Овчаренко.

Ведущая организация — Всероссийский институт удобрений и агропочвоведения имени Д. Н. Прянишникова.

Защита диссертации состоится ¿« .

1995 года на заседании диссертационного совета К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « ЛЧ » . ОЩ^. 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

Актуальность работы. Устойчивый или экологически чистым эеы-земледелием, как определено Актом по производству, сохранению и

торговле пищевыми продуктами от 1990 года США, является интегрированная.. система..производства продуктов растительного и животного происхождения, которая раО'отает в течении продолжительного времени на: I) удовлетворение человеческих нужд в пищевых продуктах и промышленных товарах, 2) улучшение состояния окружающей среды и природных ресурсов, на которые опирается сельскохозяйственное производство, 3) наиболее эффективное использование нево-зобновляеьшх ресурсов и ресурсов самого сельскохозяйственного производства, 1) интегрированные природные биологические циклы и имеющуюся в наличии экологичеркую ситуацию, 5) утверждение экономической жизнеспособности фремерских хозяйств и б) улучшение уровня жизни фермеров и общества в целом.

Керр Центр по Устойчивому Земледелию, Пото, Оклахома используют в своей практике десять принципов, которые позволяют сделать любую сельскохозяйственную систему экологически чистой (устойчивой). Эти факторы отражают текущие проблемы в устойчивом земледелии (ноше , 1993). Принципы и критерии, используемые для оценки ведения фермерского хозяйства, следующие:

1. Система контроля за плодородием почв и круговоротом питательных веществ.

2. Адаптация растений и животных.

3. Биологическое разнообразие.

4. Контроль за сорняками.

5. Система контроля за водными ресурсами.

6. Система контроля за насекомыми и болезнями растений.

7. Использование энергии.

8. Люди, общество и развитие сельской местности.

9. Рентабельность.

10. Охрана природных ресурсов.

Данные исследования связаны с созданием новой области знаний и новых методов, которые позволяют плавно перейти от индустриального сельского хозяйства к устойчивому земледелию. Данная работа только "приоткрывает" дверь к насущным исследовательским нукдам,

которые в будущем помогут экологически чистому земледелию стать рентабельным, получать высокие урожаи и снабжать население планеты продукта?,!и питания, сохраняя при этом природные ресурсы (Кефе-

ли, 1389; Ковда, 1990).

Почвенные, растительные и животные взаимодействия являются важными компонентами устойчивого земледелия, которые, несомненно, . подлежат дальнейшему изучению ( p0inceU>t » 1986; i^i Р^гсс., 1991; Lockerete and Anderson , 1993).

Известно, что устойчивое земледелие рассматривает адаптацию растений с точки зрения получения наилучших урожаев на данной почве без существенных затрат на изменение ее плодородия ( Sam Bitigham and Alan Savory, Keeney, 1990; Hodale. 1990 )•

Растения, использованные в данных исследованиях, включали в себя пшеницу, фестуку (tfestuca elatior мат. anmdinaoeae )' тРаБУ бермуду (cyhodon daotylon )» различные виды деревьев и кустарников.

Например, пшеница может использоваться или только как зерновая культура, или только как фураж для скота. Пшеница может также использоваться для получения урокая зеленой массы и зерна одновременно. Она может обеспечить скот теми питательными веществами, которые необходимы животным в осенне-зимний период. Трава бермуда, другие однолетние и многолетние травы, использовавшиеся в экспериментах, где оценивался минеральный состав зеленой массы по месяцам, показали, что существуют месяцы, когда потребление минеральных элементов домашними животными возрастает, а содержание этих элементов в траве падает. Пшеница хорошо произрастает в холодное время года, что позволяет успешно решить эту проблему. Совместное выращивание травы бермуды и пшеницы на пастбищах позволяет обеспечивать скот фуражом почти 12 месяцев в году. Бри этом пшеница должна отвечать ряду требований: высокая устойчивость к неблагоприятным природным условиям, высокое содержание питательных веществ, высокая продуктивность, низкий потенциал выноса элементов минерального питания из почвы при высокой продуктивности, что способствует поддержанию почвенного плодородия в комбинации с ротацией и пропашными культурами. Эти методы позволяй фермераи выращивать скот на одном и.тон же участке в течении ряда лет без внесения В почву дополнительных удобрений (PoiBcelot, 1986; Larney and Lindwall, 1994).

Пшеница, выращиваемая в условиях устойчивого земледелия, является важной составной частью экологически чистого сельского хозяйства и значимым звеном в цепи почва - растение - ашьотноь -

-г-

человек (WesteIтаan, 1989; Кгепгег, 199+)-

Цель работы. Основной целью данной работы была оценка взаимоотношений почвы, растения и животных в системе устойчивого земледелия. Во-первых, исследовались вопросы рационального использования земли, во-вторых, изучалось, каким образом следует изме--— -------

нить систему производства фуража, чтобы сельское хозяйство стало более экологически чистым. Для этого:

1. оценивали почвенный и ботанический состав территории Керр Центра по Устойчивому Земледелию;

2. проводили экологический мониторинг влияния ротации пастбищ и других сельскохозяйственных методов на почвенное плодородие, поддержания желательной плотности травяного покрова на пастбищах;

3.установили взаимосвязь менду содержанием минеральных элементов в фураже и их потреблением животными в процессе выпаса;

4. исследовали ответные реакции пяти озимых пшениц при выращивании на трех различных почвах юго-востока Оклахомы, США. |

Научная новизна. Впервые проведено комплексное изучение взаимодействий в системе почва - растение - вивотное с точки зрения ! концепции устойчивого земледелия.

Было показано, что животные выборочно потребляют те элементы минерального питания, в которых в данный момент ощущают острый дефицит. Посадка пшеницы на пастбища, где ранее произрастала трава бермуда, помогает решить эту проблему. Пшеница содержит значительное количество мичяпя'п-.ных элементов во время зимних месяцев и почти полностью удовлетворяет нукда животных. Таим образом, сни&ается необходимость закупки дополнительных кормов для скота. В данном исследовании впервые было оценено влияние кислотности почв юго-восточной Оклахомы на прорастание семян пшеницы. Кислые почвы значительно подавляли этот важный физиологический параметр. Было такие показано, что почвенная кислотность уменьшает накопление сухого вещества проростками пшеницы. Вынос минеральных веществ из почвы и накопление этих венестЕ в зеленой массе такие зависили от значения почвенной рН.

Практическая значимость. Выполненная работа рассматривает взаимоотношения в системе почва - растение - животное и помогает поня'/ь взаимосвязь ае>«ду этими компонентами. В будущем это поможет ъ^едаш*) новых сортов и разработке новых ые^одоз в с/.стеме

устойчивого земледелия. Разрешение проблемы потребления минеральных элементов животными, полное удовлетворение потребностей животных за счет трав, дает фермерам возможность выращивать скот без дополнительных затрат. Следует отметить, что выращивание по-' ликультур на пастбищах всегда выгоднее, чем монокультур. Оценка ответных реакций пшеницы на существующие почвенные условия является первым шагом, позволяющим выявить сорта с высокой продуктивностью, качественным фуражом и наименьшим выносом минеральных элементов из почвы.

Апробация работы. Материалы диссертации неоднократно обсуждались на расширенных заседаниях научного клуба "Биосфера, Института Почвоведения и Фотосинтеза (Пущино, 1993, 1994), на заседании-лаборатории "Природных и синтетических регуляторов роста" Института Физиологии Растений РАН, 1993, в колледже "Экологии и Биосферы" в Пущинском Государственном Университете, в Санкт-Петербургском Аграрном Университете (Пушкин, 1993, 1994),на заседаниях к омитетов конгресса по субсидирование сельского хозяйства (Вашингтон, США, 1987, 1988), на губернаторской конференции по защите окружающей среды (Оклахома, США, 1993), кафедре животноводства Государственного Университета штата Оклахомы, СЩА (1994), семинаре по устойчивому земледелию Техас, США (1994), президентском совете по развитию устойчивого земледелия, Вашингтон, США (1944).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения и обсуждения экспериментальных данных, заключения и выводов; содержит 45 таблиц и рисунков. Список литературы включает 68 наименований, из них 53 иностранных источников.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Климатические условия. Климатические данные были получены из Национального Климатического Центра и Национального Управления Океанологии и Атмосферы США (ыоаа )•

Почвенная инвентаризация и .учет растительного покрова. Детальное описание почз Керр Центра о'ыло проведено районный отделением Комитета по сохранении почвенных ресурсов в 1983 году. '

Почвенное картирование было проведено вместе с Сельскохозяйственным Департаментом США, Лесной Службой США и Сельскохозяйственной Экспериментальной Станцией Оклахомы, США. Растения были собраны в гербарий и определены сотрудниками Керр Центра.

Содеркание минеральных элементов в фураже и потребление этих элементов животными. Минеральные элементы были даны животным в следующем сочетании:

1. смеоь 1:1 пропаренной костчной муки и поваренной соли;

2. смесь 1:1 промышленной смеси минеральных солей и поваренной соли;

3. набор минеральных солей в отдельных контейнерах.

Поле было разделено на три загона, между которыми перегонялся скот. Такая постановка эксперимента позволила снизить ошибку опыта. Коли животное заболевало, то оно удалялось с поля, и сокращалось общее число скота на пастбище.- Оценка выбора животными минерального вещества, необходимого для их жизнедеятельности, было следующим:

1. растительные пробы брались каждый месяц и анализировались на минеральный состав;

2. количества потребляемых минеральных элементов определялось путем взвешивания остатков солей в кормушках.

Данные по каждому элементу оценивали по пяти уровняй: I - острая недостаточность, 2 - скрытая недостаточность, 3 -оптимальное значение, 4 - избыток, 5 - значительный избыток.

Сорта пшеницы. Было исследовано влияние трех различных типов почвы на рост и развитие двух американских - Триумф 64 и ВэйкЗлшд и трех русских сортов пшеницы - Мироновская 808, Безостая и Инна ( Triticum aeativum L. ). Эти сорта были выбраны для исследований благодаря их значимости для сельского хозяйства России и США. Почвенные образцы брались-с полей Керр Центра, где в будущем предполагается выращивать пшеницы. Методика взятия почвенных образцов проводилась в соответствии с рекомендацией Сельскохозяйственного факультета Государственного Униаерсите-та Оклахомы и a&L лаборатории, Цемйис, Теннесп, COA.

Определение содержания минеральных веществ в почве и зелено;! пассе. Определение шшеральных элементов в почвах и проростка;; идашщы просочилось сиектроХогометрически (jdr /2000,

руководство по спектрофотометрии, НАСН. (ïoapeny , США, 1992). Содержание кальция и магния определялось по методике, описанной в руководстве по водному анализу, НАСН, 1992.

Прорастание семян пшеницы. Исследования проводились в термостатических условиях при дневной температуре - +25°С и ночной -+22°С. Почва по 50 г насыпалась в чашки Петри диаметром 14 см, с последующим добавлением 25 мл" дистиллированной воды. Количество семян на чашку Петри составило 50 штук.

Условия роста. 50 г воздушно-сухой почвы насыпались в чашки Петри, куда ¡...добавлялось 15 мл дистиллированной воды. 25 семян каждого сорта пшеницы высевались в каждую чашку Петри. После трех дней прорастания в темноте все исследуемые сорта помещались в комнату с постоянными температурными и световыми условиями: ночная и дневная температура - +23°С, белый свет - 6 флуоресцентных ламп, Suivante fluorescent Company, Р032/735 В каждая. Растения были расположены на расстоянии 1,3 м от ламп с 12 часовым фотопериодом. Содержание минеральных веществ оценивалось в проростках пшеницы и в почвах после десяти дней роста растений.

Рост и развитие проростков пшеницы. Накопление сухого вещества. Рост пшеничных проростков определяли измерением их высоты. После 10 дней роста растения извлекались из почвы, высушивались в сушильном шкафу, и затем определялся сухой вес проростков.

Вынос азота и калия проростками пшеницы. Вынос N0j~ и К+ определялись у семидневных проростков сорта Мироновская 808 и Инна. Вынос изучался на основе изменения концентрации ионов в растворе и их содержания в корнях. Абсорбция ионов определялась с помощью ионоселективных электродов, подсоединенных к самописцу, который в свою очередь был связан с компьютеров.

Статистическая обработка. Все эксперименты имели трехкратную повторность. Данные были статистически оценены о использованием компьютерной программы " sigma Plot "• Стандартное отклонение не превышало 10Д.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Климатические условия района. Среднегодовое значение температур за последние 30 лет составило 1б,3°С. Среднее максимальное значение было +22,2°С. Сроднее значение выпавших осадков составило 1029,7 мм.

Общее описание почв. Почвы на территории Керр Центра представляют собой в основной массе илистые суглинки, подстилаемые глинистыми материнскими породами. Отличительной чертой почв данного региона является их кислая почвенная реакция, которая аокет варьировать от сильно кислой. рН 4,5 до практические й- __ тральной оН 6,5.

Почвы с аналогичной почвенной текстурой и разными значениями рН были выбраны для экспериментов. Почвы исследовались на общи;; состав минеральных элементов (Таблица I) и на состав экстрагируемых элементов (Таблица 2).

Таблица I. Общее содержание минеральных элементов

,в почве, мг х кг

-I

почгй I

почва 2

почва 3

песок

азот

фосфор

калий

кальций

магний-

РН

2030.0-40.1 1796.3*33,9 2456.1*124.0

3594.0*46.1 74509.0-80.0 11765.0*97.4 19608.0-111.5 4.99

2956.0*36,8 30990.0±10.2 18006.0*98.7 14086.0*97.8 6.04

4092.0*41,3 43859.0*71.6 29825.0*121.417544.0*77.2 6.80

7.50

Таблица 2. Содержание экстрагируемых элементов и почве, мг х кг-"

• почва I почва почва 3

орган, в-во,/? 2.53*0.21 1.95*0.14 3.72*0.30

нитраты 6.3*0.49 4.3*0.46 4.3*0.47

аммоний 101.3*5.43 53.0*2.94 55.3*2.86

фосфор 114.5*4.7 35.0*4.7 39.5*1.1

калий 165.8*2.1 94.0*6.2 130.0*1.4

кальций 638*48.1 944*50.9 1024*82.9

магний 176*11.1 104*6.8 200*14.8

-Г-

Ботанический состав полей Керр Центра. Было найдено 532 вида растений, представляющих 86 семейств. Список трав включает 128 видов, из которых 53 бобовые. Было обнаружено 59 видов различных деревьев. На пастбищах преимущественно росли фестука и бермуда. Однако некоторые пастбища включали от 20 до 106 различных видов растений. На некоторых пастбищах были даже представлены 200 видов, включая редкие нативные травы и различные представители дикой флоры.

Экологический мониторинг был произведен для всех проектов, осуществляемых в Керр Центре, где использовались ротации пастбищ. Это было.проделано с целью изучить систему почва - растение - животное, которая могла бы быть одновременно экологически чистой и рентабельной. Например, система ротации пастбищ включает в себя обычно десять или более загонов, куда через определенные промежутки времени перегоняется скот. Концепция кратковременного выпаса скота на определенном участке (загоне) позволяет эффективнее использовать кормовые травы, способствует увеличению времени отрастания травы, снижает уровень нагрузки на пастбища, и,таким образом, скот получает свежий корм в течении про/ должительного времени. Кроме того, эта система позволяет равномерно распределять природные удобрения по пастбищу, что, несомненно, способствует улучшению плодородия почв. Сама система ротации позволяет учитывать, общую экологическую обстановку на пастбище, включая травяной покров, деревья и кустарники. Благодаря этому можно производить выпас большего количества голов скота на гектар с меньшими затратами, и получать положительный экологический эффект при длительном использовании земли.

В Керр Центре разрабатывается проект, включающий ротацию нескольких видов домашнего скота на одном н том же пастбище. Данный проект рассматривает з совокупности адаптацию различных видов животных, их совместимость при ьыпасе, а также ботанический состав пастбищ и общее экологическое состояние исслодуеаых участков.

Еще одним примером такого комплексного подхода к проблеме может служить "Лесной проект". Группа специалистов, включающая ■ агрономов, лесоводов, животноводов, разработала проект, позволяющий одновременно получать древесину, секо, а такие использовать

исследуемые участки для пастбищ. Деревья были посажены в дерн фестуки. Питательным веществом для роста деревьев, мульчой для

контроля за сорняками и средством против эрозии почвы служили рулоны сена, раскатанные рядами, шириной 2 м. В эти ряды и были-посажены деревья.-------

Содержание минеральных элементов в фураже и потребления этих элементов животными. Высококачественный фурак-это тот, где максимально возможная концентрация питательных веществ находится в формах,максимально доступных для животных. Требования к качеству фуража вклячает и содержание элементов минерального питания.

Например, кальций - важный элемент минерального питания для крупного рогатого скота. Он является основныл компонентом косней и скелета.

Фосфор - это наиболее критический элемент в минеральном питании животных. Соотношение кальций/фосфор также важно в питании животных. Так как обычно содержание фосфора в фураже очень низкое, то следует привести это соотношение к приемлемому значению. Соотношение кальций/фосфор должно быть 7/1. Если данное соотношение превышает эту величину, то в результате могут возникнуть нежелательные последствия. Фосфор может связываться с кальцием в кишечнике и, таким образом, становиться недоступным для поглощения, даже если он и содержится в организме животного в достаточном количестве. Недостаток же фосфора ведет к стерильности коров, а вопнчи'я пяие изменения в костях часто приводят к хромоте же о ¿¡¡их.

Содержание фосфора в траве бермуде начинает уменьшаться в период с октября по апрель. Обычно самое низкое содержание фосфора наолвдается с ноября но январь. Потребление же минерального фосфо-..ра животными значительно возрастает ь эти месяцы (Рис. 1А).

Содержание кальция в фураже уменьшается в осенне-зимние месяцы - с ноября по март. В это время потребление минерального кальция ь.иьотншп заметно возрастает (Рис. 1Б)

;;ал:ш ь траьа:: $цеиьь&с$с.> и ош»орк, и наиболее острый его дефицит наблюдается в декабре. Хотя в январе и феврале содержание калия незначительно увеличивается, все же итого недостаточно для полноценного латания животных, т.е. необходимость с жтсралыш 1ишш '..отстает видогь /о :.:арта (Рис. 1В). ¡ццкшлеаие аагюш в

травах в зависимости от времени года имело те асе тенденции, что и накопление кальция (Рис. 1Г).

Использование пшеницы для пастбищ. Прорастание семян пшеницы. Данные в таблице 3 отражают процент прорастания семян при различных значениях .почвенной рН. Прорастание семян в контрольном варианте для всех сортов варьировало от 95,3% для сорта Триумф'64 до-98.для сорта'Безостая.

Оптимальное значение рН для прорастания семян пшеницы вне зависимости от сорта была близка к нейтральной. Однако даже незначительное снижение рН до 6,8 приводило к снижению процента прорастания, -хотя разница и не была существенной. Увеличение кислотности почвы до 6,04 (почва 2) значительно снижало процент прорастания: с 96.7% для контроля до 90% для сорта Мироновская 808. Для сорта Инна этот показатель снижался с 96,7% до 90,7%, для сорта Безостая - с 98.4% до 75.6%. Американские сорта также показали уменьшение процента прорастания семян одновременно со снижением рН почвы (Таблица 3). Наиболее сильное подавление прорастания семян было отмечено для почвы I, где рН равнялась 4,99.

Ингибирование процесса прорастания (Таблица 3) достигало 20 процентов и более.

Таблица 3. Влияние рН почвы на прорастание семян пшеницы

% Прорастания

Сорт пшеницы

рН=4.99 почва I

рН=6.04 почва 2

Безостая Мироновская 808 Инна

Вейкфилд Триумф 64

75.6*3.3 74.0*2.3 77.3*4.1 80.7*1.2 71.3*3.1

рН«6.8 рН=?.5

почваЗ контроль песок

95Л¿4.3 90.0*3.5 90.7*3.2 94.6*1.5 88.0*4.0

96.1*5.6 95.3*1.3 95.7*0,6 96.7*2.1 93.3*5.1

98.4*3.5 96.7*2.0 97.0*2.2 97.3*1.9 95.3*2.3

Рост растений пшеницы. Ингиоироъание роста растений пшеницы проявляется с начальных этапов роста. Высота растений пшеницы сорта Безостая на почве с рН 4.99 была 10.9*0.1 мм, а на почве с рН 6.80 - 24.8*0.3 мм.

-¿О-

Рис. I. Месячное потребление животными минеральных веществ и уровень их содержания в траве. (А) фосфор;(Б) кальций;(В) калиН;

(Г) лаглил

-Л-

Для сорта Мироновская 808 не наблюдалось столь значительных различий в высоте растений на 4 сутки роста, в сравнении с сортом Инна, где на почве с низкой рН высота растений равнялась 37.4* 1.4 мм, а для почвы с рН 6.8 - 50.3-3.3 им. Американские сорта не проявили существенных различий в росте на 4 сутки после прорастания. Это могло быть связано с лучшей адаптацией к местным условиям произрастания. Такие-не наблюдалось существенных различий в высоте контрольных растений и растений, выросших на почвах с различными значениями рН.

Дальнейший рост пяти сортов пшеницы на почвах с различным значением рН заметно подавлялся в зависимости от величины рН. Различия в росте у семидневных проростков сорта Безостая составили 30.8% при рН 4.99, в сравнении с растениями, росшими на почвах с рН 6.04 и рН 6.80. Для Мироновской 808 этот процент составил 36%, а для сорта Инна - 32. В то же время Вейкфилд и Триумф 64, которые лучше адаптированы" к кислым почвам, показали снижение высоты проростков только на 20.7% и 20.8% соответственно. На 10 день роста высота проростков для сорта Инна на почве с рН 4.99 бяло на 12.4 процента ниже, чем для проростков, выросших на почве с почти нейтральной рН. Сходное значение для сорта Безостая оыло 30.7 процента, а для Мироновской 808 - 43.5%. Разница между высотой проростков, выросших на почвах с рН 4.99 и 6.80 Оыло 23.7% для Триумфа 64 и 26.7% для сорта Вейфилд. Эта величина оыла почти в 1.5-2 раза меньше, чем для сортов русской селекции. Растения в контрольном эксперименте (рН 7.5) удовлетворительно росли даже на среде Оез питательных элементов. Это показывает, что семена содержа!' достаточное количество питательных веществ для успешного роста растений в течении нескольких дней.

Накопление сухого вещества растениями пшеницы. Накопление зеленой массы растениями пшеницы является та клее ванным экономическим фактором при выпасе скота. Стрессовое низкое значение рН уменьшает накопление сухого вещества и, следовательно, сокращает прибавку в весе животных. В наших экспериментах уменьшение накопления сухого вещества зависило от сорта пшеницы. Однако на.ш опыты не выявили такого резкого уменьшения накопления сухого вещества в зависимости от значения рН, как это было показано в работах Кренцера(Кгспгег,1994). Сорт Вейкфилд показал наибольдее различие в накоплении сухого вещества на почвах с различной рН. На-

копление сухого вещества для этого сорта на почве с рН 4.99 было на 40$> ниже, чем на почве с рН 6.80 (Таблица 4). Разница'между максимальный значением накопления сухого вещества на почве с рН 6.80 и минимальным значением (почва с рН 4.99) составило 34.В,« для сорта Триумф_.64- 27.9%—для-Инны;" Значение накопления сухого "ве^Тйства было минимальным почти для всех контрольных растении.

Таблица 4. Накопление сухого вещества проростками пшеницы в зависимости от значения почвенной рН

Сорт

Сухой вес одного растения, мг

рН надземная подземная часть часть

целое растение

отношение; подземная чао!гь/ надземная часть

Вейкфиля 4. .99 5, 3 31. 1-2. а .36, с J , .55

6. .03 6, .8*0. I 33. 4±2. I 40. 2 4, .91

6, ,80 9, .з±о. 2 28. 2-1. 7 37. 5 3, .03

7. ,50 песок 3, .7-0. 6 40. 0±2. 4 43. :7 10, .81

Триумф 64 4, ,99 7, .З^О. 3 19. 412, 4 26. 5 2, .73

6. ,08 8, .0±0. 5 19. 4-1. I 27. 4 2. .42

6. .80 10, .9-0. 8 15. 5-1. 2 26. 4 I, .42

7. ,5 песок 8, .8-0. 3 21. 7-1. 2 30. 5 2, .46

Чироноиская 808 '4. .99 8, .9-0. 3 ¿6. 6*1. 3 55. 5 2. ,98

6. ,08 10. ,6*1. I 11. 6*2. 5 37. 9 2. ,60

6. , ВО 13. I ЯЗ. 3*1. 6 36. 3 I. ,79

7. ,5 песок .8*0. 7 ; 39. 5*1. I 49. 3 и. ,03

Вии истая 4, ,99 В. .7-и. 6 31. 8*1. 9 40. ь 3, ,65

ь. 9, ,з±и. о 29. 9*1. 4 38. 2 2. 05

о. ,.!!0 13. ? . . 7*1. 2 39. 7 3. ,61

7. .5 песок 10. ,1-0. 7 36. 5-1. I 46. 6 3. ,61

Цнна 4. ,99 8. .0*0. 3 36. 6-2. 0 44. 6 4, ,57

г и. ОП у. 8 зу. 3*1. 5 41). 8 4. 15

6. ,80 II. ,1±и„ у У. 7*и. 3 40. 2. ,67

7. ,5 песок 7. ,8-0. 4 44. 8-4. 6 52. 6 5. ,74

Наивысшее значение накопления сухого вещества в к( показали сорта йечочтап я ¡¿л^ноьскаи, есд.1 ирььнаьажь с

"0Ч11 о рП ч.)) и 6.:¡4. В ооVII, ччгндеицй« »С иыла СХОДНОЙ .71ЛН 1)сс" опп гни.-, »а.-пи.'!'

штроле огни по-Нс1пипле-'оь. Нин-

меньшее значение по накоплению сухого вещества наблюдалось при рН 4.99 и наивысшее при рН 6.80.

Таблица 5. Процент выноса минеральных элементов пшеницами из почв с различными значениями рН

Вынос, %

Сорт пшеницы Почва I Почва 2 Почв;

рН 4.99 рН 6.04 рН 6,

Нитраты

Триумф 64 31.7 16.2 20.9

Вейкфилд 25.3 20.9 20.9

Безостая 31.3 6.9 23.2

Мироновская 808 36.5 6.9 16.2

Инна 42.8 20.9 37.2

Аммоний

Триумф 64 40.3 5.7 21.7

Вейкфилд 29.9 25,6 19.9

Безостая 38.8 33.3 41.2

Мироновская 808 48.6 16.2 15.0

Инна 37.1 20.1 . 26.5

Фосфор

Триумф 64 15.8 34.2 27.3

Вейкфилд 26.0 11.4 35.9

Безостая 10.0 22.8 22.8

Мироновская 808 20.7 0.8 10.6

Инна 17.9 20.0 24.0

Калий

Триумф 64 8.5 6.3 5.9

Вейкфилд 7.1 4.5 33.3

Безостая 15.8 31.4 30.4

Мироновская 808 ' 17.3 12.4 6,7

Инна 3.5 0.3 3.3

Кальций

Триумф 64 2.8 • 5.4 1.9

Вейкфилд 14.3 . 20.3 4.7

Безостая 25.1 30.9 2.2

Мироновская 808 26.8 37.4 3.7

Инна 9.8 12.2 . 3.2

-М-

Продолжение таблицы 5

Вынос, %

Сорт пшеницы Почва I Почва 2 Почва 3

рН 4.99 рН 6.04 рН 6.80

------------Магний

Триумф 64 7.8 8.9 1.9

Вейкфилд 46.9 ' 32.0 24.8

Безостая 44.3 54.8 38.5

.Ыроновскан 808 53.9 47.1' 47.6

Инна 13.6 10.8 15.1

Наши исследования показали, что значение почвенной рН, не-сианенно, влияет на сухую масе,у корней. В противоположность накоплению сухой массы надземной частью растений пшеницы, изменение значения рН с 4.99 до 6.80 снижало показатель накопления сухого вещества корнями в независимости от сортовой принадлежности (Таблица 4). Возможно, что растения пшеницы, развивая мощную корневую систему, старались самостоятельно регулировать рН в корневой зоне.

Интересным показателем,на наш взгляд, является накопление сухого вещества целым растением (надземная и подземная часть совместно). Как показано в таолице 4, снижение рН почвы не вызывало изменения этого показателя. Для всех вариантов накопление сухого вецеегьа целым растением остаюаооь оояее к л» менее цосгойниой величиной. Это говорит о том, что окрука.одан среда в корневой зоне минет на возиогшоих'Ь растений няеницы полностью использовать запасные ведоса<а, находились в семе.¡и. Прк услоькнх, «лизкил к оптимальным (,рН 6.80)^питательные вещества из семени оили преимущественно утилизированы клетками листьев. Корни, в свою очередь, поставляли листьям все необходимые для их поста и ратвпт'.тп элсаспты кз почвы. Доказательством о'.оиу

.может служить сухиго веса на;,;л л иод-

асало» чисгеи растений пшеницы.

Таким образом, реакция почвенной среды влияет на перераспределение сухого вещества мизду частями растения. Счи^еяке зН почвы к уъс сухо.; масеи лютемы и к сип-

-с.'ЛО К.Л1. !.!:•. е,у,.иГ0 '.С', ис Г ! а М -у.:.-. ■ 1ЧаС'1' Ь

, ивмзаио с ъозмонностх," г,ао ¿дшмьагь

- Л5- ■

рН в корневой зоне ( Moore , 1974).

Вынос элементов минерального питания растениями пшеницы. Влияние низкого значения рН на вынос нитратов из почвы наблюдалось для всех исследуемых сортов пшеницы (Таблица 5). Максимальный вынос нитратов наблюдался для всех сортов при рН 4.99. Сорт Безостая показал минимальное значение 25.3$, а максимальное значение показал сорт Инна - 42.8$. Вынос нитратов из почвы при рН 6.04 не превышал 20.% для сортов Инна и Вейкфилд. Дальнейшее повышение рН до 6.8 привело к.увеличению выноса нитратов из почвы всеми исследуемыми сортами.

Вынос ионов аммония. В таблице 5 показано, что вынос аммония с почв, при рН 4.99 был максимальным для всех исследуемых сортов. Максимальное значение показал сорт Мироновская 808 - 48.6, Безостая и Инна показали почти равное значение выноса ионов аммония на почвах с очень кислой рН - 38.8$ и 37.1% соответственно. Сорта Триумф 64 и Вейкфилл показали соответственно 40.3% и 29.9$ выноса ионов аммония из почвы.

Максимальное значение выноса ионов аммония при рН 6.04 показал сорт Безостая - 33%. Самое низкое значение было характерно для сорта Триумф 64 - 5.7%. Вынос аммония для сортов Мироновская, Инна и Вейкфилд составил 16.2%, 20.1% и 25.6% соответственно. Сорта пшеницы Триумф 64 и Вейкфилд показали почти равное значение выноса аммония при рН 6.8. Максимальное значение выноса аммония при рН 6.8 было характерно для сорта Безостая - 40.2%. Мироновская и Вейкфилд имели сходную тенденцию в уменьшении выноса ионов-аммония из почв при изменении значения рН от кислой до нейтральной. Сорта Безостая, Инна и Триумф 64 имели свою специфику выноса ионов аммония из почвы (Таблица 5).

Вынос фосшора. В таблице 5 представлены данные по выносу фосфора различными сортами пшениц. Каидый сорт имел свои особенности выноса минеральных веществ из почвы, в соответствии с изменением реакции почвенной среды. НаиболышГ; вынос фосфора из почвы с рН 4.99 был характерен для сорта Вейкфилд - 26%, наименьший для сорта Безостая - 10.0%. На почве с рН 6.04 сорт Триумф 64 имел максимальный занос фосфора, которой составлял 34.2%. Минимальное значение, только 0.8%, показал сорт Мироновская 808. Сорта Безостая, Инна и Вейкфилд имели показатели выноса фосфора, равные 22.9%, 20.0% и 11.4% соответственно.

-J&-

Вынос фосфора растениями пшеницы на почве с рН 6.80 составил 35,9% для сорта Вейкфилд, что было максимальным. Минимальное значение выноса фосфора на данной почье принадлежит сорту Мироновская 808 - 10.8%. Остальные сорта показали процент выноса фосфора______

в пределах.21-2'+%. - -----------------

Бшюс калий. Вынос калия для данных сортов ъ заьвстгости os цочвонной рН, во ииел четко лырчкенной зависимости, хотя как-дц;; сорт плел сбои характерные особенности при выносе калия из почвы. Наибольшее значение по выносу калия было ЛрИиуще сорту Вейкфилд - 33.3% при рН 6.80. Сорт Пика имел самой низкое значение по виносу калия - 0.3% при рН 6.04. Сорт Мироновская 808 показал наибольший вынос калия при рН 4.99 - 17.3%. Наивысшие показатели по выносу калия практически из ьсех почв были присуди только сорту Бс-зоитая, где процент выноса для почв с рН 6.04 и 6.80 составил 31.4 и 30.4% соответственно. Из всех исследуемых сортов сорт Инна показал наименьший вынос данного элемента для всех значений почвенной рН. Возможно, что такое разнообразие по выносу калия из почвы зависит от содержания данного элемента в семенах и от возможности самих растений утилизировать калий при прорастании и росте.

Вынос кальция. Для всех исследуемых сортов наблюдалась тенденции к увеличение выноса кальция из почв при рН 4.99 и ¿.04. В тс время при рн 6.30 процент выноса кальция снижался в несколько раз. Бее исследуемые сорта показал/. наавыс.лК процент выноса кальция па почвах с рН 6.ü'¡. ¿tu даг.пые составили - 37.4%

дли сорта Мироновская 808, 30.9% - длп сорта Бизостэя и 20.3% - для сорта Вейкфилд. Ньобходиио отметить, что американские сорта, уха адаптированные к данным кислым почвам, показали во всех случав* напленьлие результаты не выносу кальция независимо от почвенных условии (Таблица 5).

Вынос магния. Как и для кальция, в sukocc иагпин растениями nucrtttuu на ранних почтах не било обла^уксио четиил закономерности. Если длп сорта с у-и^ичеписм pti почвы вынос магния увеличивался, то для сорта Вейкфилд вынос магния из почвы снижался с 46.9% до 24.8%. Необходимо отле'тнть, что из всех исследуемых сортов, только адаптированное вкорякааст-.с сор г- ..¡..лионли '.'ai1.!:!). :¡.j иочьи (То ;лииа 5). л..1..'j.j H.i^ja.oi: л калии сорт^ии пшеницы: влияние ионного '

статуса в тканях на кинетические параметры ионнотранспортной системы. Растения, выросшие в среде, не содержащей нитратов, показали наименьшее значение по содержанию нитратов в корнях и в по-побегах как для пшеницы сорта Мироновская 808, так и для сорта Инна. Сорт Инна показал более высокие результаты в адсорбции нитрат- ионов, в отличии от сорта Мироновская 808. Увеличение концентрации нитрат-ионов в ростовой среде приводило к увеличению содержания этих ионов в корнях и побегах обоих сортов. Если содержание нитратов в побегах сорта Мироновская 808 при концентрации |\l0j-I0-5 М было 29:91^3.86 мМ/г свежего веса, то при тех же условиях концентрация Nв побегах сорта Инны была 39.123.00 Ш/г свежего веса.

Увеличение концентрации ионов калия в растворе незамедлительно приводило .к увеличению содержания этих ионов в корнях и по-, бегах исследуемых сортов. Наблюдалась следующая закономерность: содержание ионов калия в корнях обоих сортов было более, чем в два раза выше, чем их содержание в побегах. При концентрации 10"^ М К Oj, содержание калия в корнях для сорта Инна составило, •93.87*8.12 ".мМ/г свежего веса, в то время как для побегов-168.00 *8.46 мМ/г свежего веса.

Накопление минеральных элементов проростками пшеницы. Накопление азота.Исследование показало, что с увеличением рН накопление азота сортами русской селекции уменьшалось. Накопление азота для сорта Безостая уменьшилось с 4.7% на почве с рН 4.99 до 3.41% в контрольном варианте. Мироновская 808 показала 4.28% азота для почвы, с рН 4.99, 3.77% для рН 6.04 и 3.35% для рН 6.80. Сорт Инна имел ту же тенденцию в накоплении азота, что и сорт Безостая. Американские сорта накапливали меньше азота, чем русские, однако общая тенденция но накоплению азота была сходной, и данное значение не превышало 4%.

Накопление аюсфора. Все плть исследуемых сортов пшеницы имели практическл одинаковое значение по накоплению этого элемента, вне зависимости от почвенной рЯ. Однако Безостая и Ыироиовская 808 показали наивысший процент содержания фосфора (0.72% - 0.79-%) на всех почвах, за исключением сорта Триумф, процент содержания фосфюра в котором составил для- почвы с рН 6.80 - 0.82%.

Накопление калия. Анализ результатов накопления кааня в проростках пшеницы на почвах с различной рН показал, что' каждый -

-J8-

сорт имел свои особенности. Проростки сорта Безостая накапливали больше калия на кислых почвах (2.74% для почвы с рН 4.99), чем на почг.ах с реакцией среды, одилкой к нейтральной - 1.89% для

почвы с pli 6.80). В ojo ко время процент накопления калия.для________________

сорта. Триумф 64-был • больюе~иа"почве"и рП 6.80 (2.41%), чем на почве с рй 4.99 (2.04%). Процент содержании калик дли остальных исоледуеми.ч сортов ие превышал 2%. .

Накопление кальции. В накоплении кальция проростками пшеницы не отмечено никаких сортовых особенностей ь зависимости от изменения рН почвы. Для всех исследуемых сортов процент накопления кальцин колебался в пределах от 1.06% для сорта Вейкфилд на почве о pil 6.04 до 0.26% для сорта Безостая на почве с рН 4.99. Однако общий анализ результатов показал, что накопление такого намного rr.BcpaawiüX'o ол«мвнта даит '.п:встьил,как кальций шике для сортов Безостая, ...ироновская 808 и Инна, где процент содержания кальция не превышал 0.5% по сравнении с сортами Три.,мф 64 и Вейкфилд, где этот показатель был в 2-3 раза выше.

Накопление магния. Содержание магния в проростках пшеницы Триумф 64 не превышало 0.33% длп почвы с рН 6.80. Для остальных сортов пшениц процент содержания магния колебался в пределах 0.16-0.26%. Все исследуемые сорта не выявили существенны;-: различий при накоплении магния в aatricnaoctsi от рй ночьенной среды.

злкл.мыш

Устойчивое, экологически чисюь- зомледе ше р. ри»йе fes как альтернатива индустриальному сельскому хозяйству. В данной раооте ооооое взимание уделялось вздииоихиоыепшш почва - растение - uibOSHoe, Поучение которых нилнетс» ьа .ним условием пире-ходц от индустриального земледелия к устойчивому.

Иссл0ноьанйя проводились с учетом тех десяти н^.ащ.шов,которое были описаны в работах Керр Центра по Устойчивому Земледелию, Пото, Оклахома, СНА. Получеыые данное аогазиля, что система почва -'р.стспие - ',г.ньотное требует осоооги ьняман/.л к изучению ; тех взаимосвязей, которые существует внутри данной системы.

В данном исследовании была изучена, потребность гшвогных в ' питательных веществах в различные месяцы года. и оценивалось содержание этих веществ в nactíoV. ,:ш>. травах. Мниголотное. л однолетние траьы является tuиша лодочником inrraiо.-ьмых вечоет.ь дли животных, выращенных ь условиях пастбищной ротации. Например, в зимний период озимые сорта пшеницы поставляли ын>оччшм ¿се неоо'ходи-

-S9-

мыв питательные вещества. Таким образом, одновременное использование травы бермуды, произрастающей в основном в летнее время, и озимой пшеницы на пастбищах позволило животным получать полноценные свежие корма почти без перерыва в течении круглого года.

Специально изучалось поведение коров, овец и коз в системе ротации пастбищ. Выпас этих животных вместе на одном пастбище выявил специфические потребности каждого из них: в то время, как коровы поедали траву, овцы потребляли в основном сорняки, а козы поедали кустарники. Ротация пастбищ показала, что данная система способствует увеличению урожая трав на полях и прибавке в весе животными. Однако ротации, используемые в устойчивом земледелии, имеют, один существенный недостаток. Для них требуется больше загонов, чем для обычного сельского хозяйства. Внедрение солнечных батарей и ветряных двигателей в систему устойчивого земледе- . лия значительно снижает стоимость электрических заграждений для пастбищ, обеспечения водой животных и полива растении и успешно решает экономическую и экологическую проблемы.

Лесной проект, который разрабатывается в Керр Центре^дает " ряд неоспоримых преимуществ при использовании лесных посадок и пастбищ одновременно: животные получают-необходимый корм, при этом растущие деревья и рулоны мульчи, раскатанные между рядами деревьев, улучшают плодородие почв, сохраняют влагу в почве и подавляют рост сорняков. В дальнейшем фермер также получает ценный лесоматериал.

Ботаническое разнообразие полей Керр Центра открывает широ- ' . кие возможности для изучения и внедрения в систему нативных па-.. стбищ трав,, которые успешно адаптированы к кислотным .почвам этого региона. Почвенное разнообразие дает возможность на уже существующих почвах внедрять новые виды и сорта растений. '

Проведенные исследования показали, что низкая почвенная р№ " •■■ значительно.: подавляет прорастание семян пшеницы и рост растений. Принцип выбора зерновых' культур, которые будут успешно расти на существующих почвенных условиях, был успешно доказан в этом исследовании. Такие бала изучена эффективность выноса минеральных веществ и накопление сухого вещества надземной и подземной частями растений с учетом накопления минеральных веществ в зеленых проростках пхеницы.

Устойчиьое земледелие должно еще выдержать ряд испытаний, чтобы доказать возможность каждого звена в цепи почьа - растение

животное стать устойчивым и экологически чистым. При этом необходимо учитывать рентабельность устойчивого земледелия и текущую

экономическую ситуацию. Фермерские хозяйства в будущем должны работать в едином ритме с природными циклами и процессами. Проведен-пое исследование,есть начальный этап в оценке принципов устойчивости сельского хозяйства, которые в будущем, несомненно, потребуют пристального изучения.

ВЫВОДЫ

1. Экологический мониторинг проектов Керр Центра по Устойчивому Земледелии выявил, что ротация пастбищ равномерно использует кориопуе ресурсы нолей, снижает нагрузку на почву, равномерно • . распределяет органическое удобрение по полям. ;

2. Использонание разных видов домашнего скота на одном пастбище позволяет осуществлять контроль за развитием сорняков и мелких кустарников в процессе выпаса.

3. Введение деревьев в систему пастбищ приводит к увеличению урожая трав и повышению ежедневной прибавки в весе животных. В дальнейшем деревья служат строительным материалом, защитой от неблагоприятных погодных условий.

4. Изучение почвенного и ботанического разнообразия открывает пути для использования в животноводстве растений, которые хорои.о адаптированы к данным почвам, однако ранее широко не использовавшиеся ь системе постбищиых ротаций.

5. Выявлено, что содержание ^осфора, калия, кальция и магния в травах с^иаотвеинп надает имении в том момент, когда потребность ..плотных в нил увеличивается в несколько раз. Введение в севооборот пшениц, кап источника зелени»: массы, снимает эту проблему.

о. Интродукция новых сортов пиениц ограничена низкими значениями pH. 3îo ограничение проявляется в ингибировании процесса прорастания семян и ь подавлении роста проростков.

7. Изменение кислотности почвы вызывает перераспределение сухой массы в растениях пшеницы: снижение почвенной pli ведет ь. сни- , женпю сухой массы надземной части и одновременному ..увеличению ' сухой массы корней. ' :

8. Растения пшеницы всех исследуемых сортов накапливают ми- ; ¡¡о-раль.^е ьедества в количестве, „оегауочиип дц». а^ьд ..пвотнка,

яочвиино., рп л^л^. ,л t.. уь^лпчинп'а солероанил азо-

та в проростках пшеницы русских сортов, в то время как низкие значения рН не оказывали влияния на изменение этого параметра у адаптированных американских сортов. Накопление Р, К, Са, 11 g. проростками пшениц существенным образом не зависило от изменения рН почвы.

9. Изучение системы почва - растение показало, что адаптированные к местным условиям сорта пшеницы, в меньшей мерс потребляли минеральные элементы, присутствующие в почве.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Home, James Е, "Low Input Farming Systems! Benefits and Barriers", ¡Testimony before Conqressional Sub-Committee, Seventy-Fourth Report by the Committee on Qovemment Operations, Washinq-» ton, D.C. October, 1988, pp. 15-31.

2. Home, James E.."Animal Health Needs of Small Producers", Journal of American Association "of Bovine Practitioners, Oklahoma . State University, Stillwater, Oklahoma, November, 1988, pp. 185-168.

3.Джеймс E. Хорн. "Устойчивое земледелие: наша точка зрения'.' [ Научно-дискуссионный клуб "Биосфера" 1993. Пущино, ОНТИ. 20'с. ;

4. J.Horne, N.Ivashikina, A.Amelin, 0. Sokolov.. "Nitrate and |

. Potassium Uptake by Seedlinqs of Two Wheat Varitiess Effect of Ion ;■ Status in Tissue on the Kinetic Parameters of Transport System". . | Kerr Center for Sustainable Agriculture, Poteau, Oklahoma. 1994,

P 22. f

5. J. Home. "Ueetinq Nutritional Requirements of Cattle Based on Mineral Content of Foraqes". KCSA. 1994, p.20.Submitted to American Journal of Alternative Aqriculture, 1995.

6. J ernes E. Home, Alexandre E. Kalevitch, Mariia V. Filimo-nova. "Germination of Five Wheat Varieties Under Various SoiT Conditions With Implications for Sustainable Aqriculture". Kerr Center for Sustainable Aqriculture. Poteau, Oklahoma. 1994. p.18. Submitted to Amer. J. Alternative Aqriculture. 1995.

7. James E, Home, Alexandre E. Kalevitch, Mariia V. Filimono-va. Influence of Soil Acidity on Wheat Dru Matter Accumulatioh on Southeastern Oklahoma Soils: Implications for Sustainable Aqrikul- . ture". Kerr Center for Sustainable Aqriculture, Poteau, Oklahoma. 1994. p.16. Submitted to Amer. J. Alternative Aqriculture.1995.

8. James E. Horne, Alexandre E. Kalevitch, Marri . V. Filimo-

nova. Laboratory Experiments in Sustainable Aqriculture.Kheat for PasturejiJineral Nutrient Uptake.Kerr Center for Sustainable Aqriculture. toteau. Oklahoma. 1944.P. 20. • • ■

-22.- '