Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние предшественников и минеральных удобрений на фотосинтетические показатели, продукционный процесс, урожайность и качество семян яровой пшеницы в степной зоне Южного Урала

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Бесалиев, Ишен Насанович, Оренбург

'Л

Российская академия сельскохозяйственных наук Оренбургский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства

. л

„ / На правах рукописи

Бесалиев Ишен Насанович

Влияние предшественников и минеральных удобрений на фотосинтетические показатели, продукционный процесс, урожайность и качество семян яровой пшеницы в степной зоне Южного Урала

Специальность 06.01.09. - «Растениеводство»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -

доктор сельскохозяйственных наук

А.Г.Крючков

Оренбург - 1999 г.

Содержание

стр.

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

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Влияние предшественников и минеральных удобрений на фотосинтетические показатели, продукционный процесс, урожайность и качество семян яровой пшеницы в степной зоне Южного Урала............................................................... 7

1.1. Влияние условий питания и водообеспеченности на фотосинтетические показатели в посевах пшеницы ..... ............ 7

1.2. Вторичное использование сухого вещества (реутилизация)......... 14

1.3. Роль побегов кущения и формирования площади листьев, ФП. ЧПФиКхоз..................................................:.;Г:........................ 17

1.4. Влияние предшественников на урожайность и семенную продуктивность яровой пшеницы ................................................. 25

1.5. Влияние удобрений на урожайность, семенную продуктивность

и качество семян яровой пшеницы ....................................... 30

1.6. Первичные и вторичные источники азота и фосфора................ 37

Глава 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ....................................... 43

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ

УДОБРЕНИЙ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ......... 50

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Фотосинтетические показатели. Общие положения..................... 50

- Влияние различных факторов на основные показатели

урожайности и фотосинтетические показатели яровой пшеницы 54

3.2. Накопление и распределение биомассы ................................. 75

3.3. Накопление и распределение азота..............................................................................86

3.4. Накопление и распределение фосфора......................................................................98

Глава 4. УРОЖАЙНОСТЬ И ЕГО СТРУКТУРА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

УСЛОВИЙ ГОДА, ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ

УДОБРЕНИЙ......................................................................................................................................112

4.1. Урожайность......................................................................................................................................................112

4.2. Реализация потенциальной продуктивности колоса ....................................116

4.3. Структура стеблестоя ................................................................................................................122

4.4. Кущение яровой пшеницы и его роль в формировании урожая ... 128

4.5. Элементы продуктивности побегов ............................................................................133

Глава 5. ВЫХОД СЕМЯН, ИХ ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА И УРОЖАЙНЫЕ

СВОЙСТВА В СВЯЗИ С УСЛОВИЯМИ ВЫРАЩИВАНИЯ................135

5.1. Выход семян....................................................................................................................................................135

5.2. Посевные качества семян с различных побегов.................................................140

5.3. Состав фракции семян по разнокачественности ................................................146

5.4. Полевая всхожесть и урожайные свойства семян ............................................150

Глава 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ 11 Э11ГР1ТЛТ1ЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ И УДОБРЕНИЙ............................................................154

Основные выводы..................................................................................................................157

Предложения для производства..........................................................................................160

Список использованной литературы..............................................................................161

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Южный Урал - крупный производитель зерна яровой пшеницы. Урожайность её здесь невысока (1,0-1,2 т с 1 га) и неустойчива по годам (и = 56%). В связи с этим необходимо выявить причины этого явления и наметить пути решения задачи повышения урожайности.

Среди факторов, обеспечивающих увеличение урожайности, важная роль отводится предшественникам и минеральным удобрениям, сортам и улучшению качества семян. В условиях степной зоны Южного Урала вопросы влияния агрофонов на урожайность и качество семян яровой пшеницы разрабатывались в исследованиях А.Г.Крючкова (¡977), Р.Х.Абдрашитова (1985), А.В.Ряховского (1995) и других. Авторами установлены наиболее приемлемые для данной зоны предшественники, дозы минерального питания, нормы высева и сроки сева. Но особенности продукционного процесса, определяющие уровень урожайности и качество семян на разных агрофонах, остались неизученными.

Накопленный к настоящему времени большой экспериментальный материал по фотосинтетической деятельности, продукционному процессу, реутилизации элементов минерального питания наиболее полно разработан в связи с решением задач селекции и созданием моделей сортов. Влияние же агротехнических фонов (предшественников и минеральных удобрений) на эти процессы, разработано недостаточно, а для условий степной зоны Южного Урала не было изучено.

В связи с этим, обоснование роли предшественников и минеральных удобрений в изменении фотосинтетических показателей, продукционном процессе; определение значимости кущения не только в формировании урожая, но и качества семян; выявление урожайных свойств семян с различных побегов кущения актуально для степной зоны Южного Урала, поскольку подводит теоретическую базу для совершенствования технологии, гарантирующей высокие сборы полноценных семян яровой пшеницы.

Цель и задачи исследований. Цель работы - установить влияние совместного действия предшественников и минеральных удобрений на

фотосинтетические показатели и ход продукционных процессов, определяющих уровень урожайности разных сортов яровой пшеницы и получение полноценных семян.

В задачи исследований входило:

- изучить особенности формирования урожая (фотосинтетическая деятельность, накопление и распределение биомассы, баланс азота и фосфора, баланс сухого вещества при размещении разных сортов яровой пшеницы по различным предшественникам, различных дозах и соотношениях элементов минерального питания;

- исследовать влияние указанных факторов на выход семян, их посевные качества, полевую всхожесть и урожайные свойства в связи со структурой стеблестоя (выход и качество семян с главных и боковых побегов, а также одностебельных растений).

определить состав фракции семян по разнокачественности по различным агрофонам и на этой основе обосновать выбор режима сортирования партий семян.

- дать энергетическую и экономическую оценку изученных агрофонов.

Научная новизна. Впервые для степной зоны Южного Урала: обоснована

биологическая целесообразность посева яровой пшеницы по различным предшественникам с учётом доз минерального питания; определена роль кущения в формировании урожая и качества семенных партий на различных агрофонах; выявлена роль источников азота и фосфора в накоплении их зерном; рассчитаны балансы различных источников азота и фосфора, а также баланс сухого вещества; определен состав стеблестоя при возделывании пшеницы по различным предшественникам и дозам удобрений; изучены посевные качества и урожайные свойства семян с различных побегов яровой пшеницы в связи с условиями выращивания; выявлен состав отдельных семенных фракций по степени разнокачественности; установлены математические зависимости показателей продуктивности посевов яровой пшеницы от основных фотосинтетических показателей.

Практическая значимость. Основные выводы из наших исследований вошли в «Систему сухого земледелия Оренбургской области» (1992 г.).

рекомендации, внедрены на площади 1229 гектаров. Экономическая эффективность, подтверждённая актами внедрения, на сумму 31,5 тыс. руб.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Влияние предшественников и доз минерального питания на фотосинтетические показатели и ход продукционных процессов формирования урожайности яровой пшеницы в условиях степной зоны Южного Урала.

2. Влияние агрофонов на выход семян, их посевные качества и урожайные свойства в связи со структурой стеблестоя.

3. Разнокачественность семян по различным предшественникам и фонам удобрений и концепция отбора полноценных семян с учётом снижения доли семян с боковых побегов в семенной фракции.

Работа выполнена по плану НИР по теме 02.01.03. «Разработать более совершенную технологию выращивания семян с высокими посевными качествами и урожайными свойствами», по гем. плану целевой программы 01Д.032.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практической конференции молодых учёных и аспирантов (г. Оренбург, 1982), научно-практической конференции молодых учёных и специалистов, посвященной 70-летию комсомола (г. Оренбург. 1988), учёных советах Оренбургского НИИСХ и НПО «Элита Поволжья», а также на Российском дне Поля, конференциях и выездных сессиях РАСХН (1983, 1988, 1994 гг.).

Публикация результатов исследований. Материалы по теме диссертации опубликованы в 8 научных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, четырёх экспериментальных глав, выводов, практических рекомендаций, приложений, содержит 83 таблицы, 3 рисунка. Список использованной литературы включает в себя 283 наименования, в том числе 30 - на иностранных языках.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ВЛИЯНИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

1Л. Влияние условий питания и водообеспеченности на фотосинтетические показатели в посевах пшеницы

Основу продукционного процесса составляет фотосинтез растений как первичный источник органического вещества.

Фотосинтетическая деятельность посевов теснейшим образом связана с обеспеченностью их влагой и элементами питания. Совокупность этих факторов определяет не только общий уровень биологической продуктивности, но и качественный состав биомассы, и зерна.

По вопросам фотосинтетической деятельности пшеницы и её связи с урожаем существует обширная литература (Ничипорович, 1956, 1963, 1965, 1967. 1970; Устенко, 1963; Беденко, 1980; Полимбетова, Мамонов, 1980; Кумаков, 1954, 1980 и др.).

Современные представления о фотосинтетической деятельности растений в посевах как факторе их продуктивности и показателях этой деятельности разработаны е работах Ничипоровича A.A. (1952, 1955, 1956, 1963, 1966, 1967) и других исследователей (Watson. 1952, 1956, 1958; Watson, Philip, 1958; Tsunoda, 1959; Donald, 1961; Устенко, 1963; Natz, 1965; Тарчевский, 1972; Росс, 1975).

Дальнейшее развитие представлений в этой области привело к созданию теории фотосинтетической продуктивности растений, как научной основы для разработки путей и способов повышения урожая. Основные положения этой теории впервые были сформулированы и приведены в строгую систему А.А.Ничипоровичем (1965) в XV Тимирязевском чтении и развиты в его

последующих работах (1967). Большой вклад в разработку отдельных вопросов внесли и другие учёные (Watson, 1947, 1952, 1956; Saeri, 1960; Устенко, 1963).

Урожай рассматривается как конечный результат сложной фотосинтетической деятельности растений, которая начинается с фотосинтеза и через цепь процессов превращения веществ и энергии реализуется в урожае.

Урожайность посевов в первую очередь зависит от мощности ассимиляционного аппарата, то есть от величины листовой поверхности и продолжительности её работы. Совокупность этих показателей определяет, как известно, фотосинтетический потенциал посева (ФП). Кроме того, важнейшими показателями фотосинтетической деятельности являются чистая продуктивность фотосинтеза, которая выражает собой общую сухую биомассу, накапливаемую за сутки в расчёте на 1 м2 листьев (ЧИФ, г/ м2 сут.), а также коэффициент хозяйственной эффективности (КХ0)), характеризующий долю хозяйственной части урожая в общей биомассе (Беденко, 1980).

Роль листьев в формировании урожая изучалась многими авторами (Мосолов, Панова, 1953; Эйдельман, 1933; Корнилов, 1951; Кумаков, 1954, 1974; Кравцова, 1957, 1961; Добрунов, 1959; Прокудин, 1977; Беденко, 1980; Davidson, 1965). Исследования этих авторов показали, что листовая поверхность не только определяет величину биологического и хозяйственного урожая, но и ход его формирования. На прямую зависимость между размерами общей площади листьев и урожаем биомассы и зерна указывают Ляпшина З.Ф. (1970), Белоусов A.M., Устенко Г.П. (1972), Воробьёв В.А. (1972).

Однако, отмечает Мединец В.Д. (1967), корреляция между площадью листьев (ПЛ) и урожаем соблюдается лишь до определённого предела, после которого урожайность начинает снижаться.

Оптимум площади листьев для создания высокопродуктивного посева зерновых культур составляет 40-50 тыс. м2 сут./га (Ничипорович, 1956, 1965, 1977; Шатилов, Замараев, Чаповская, 1969, 1981).

Размеры листьев, их пространственная структура определяют количество поглощённой посевом энергии, суммарную транспирацию (Ничипорович и др., 1961; Watson, 1952; Saeri, 1960).

По данным Ничипоровича A.A. (1956), коэффициент корреляции между массой растения и площадью его листьев в период максимального развития её у однолетних растений достигает 0,84-0,94. Растения с большей листовой поверхностью более урожайны, чем менее облиственные (Беденко, 1980).

Листья играют активную роль в снабжении пластическими веществами молодых органов (Чижов, 1946; Мосолов, Панова, 1953; Кравцова, 1957, 1961). По мере перехода растений от фазы вегетативного развития к генеративному происходит дифференциация ярусов листьев в отношении снабжения ассимилятами созревающего зерна пшеницы и других растущих органов. После фазы колошения наибольшее значение приобретают два верхних листа (Эйдельман, ¡933; Кумаков, 1954; Кандауров, Мовчан, 1970, 1971; Воробьёв, 1972). И.С.Шатилов (1998) считает, что верхние три листа, колос и верхняя часть стебля формируют не менее 65% урожая зерна.

Для условий Северного Казахстана было установлено, что увеличение площади листьев до оптимальных величин при одновременном усилении корневой системы способствует повышению продуктивности растений (Кандауров, 1970; Кандауров, Мовчан, 1970; Мовчан, 1974). Её можно успешно регулировать агротехническими приёмами возделывания растений и путём подбора соответствующих сортов (Полимбетова, Мамонов, 1980). Этот показатель имеет тесную положительную корреляцию с урожаем общей биомассы растений (Ничипорович, 1965, 1971; Кумаков, 1974), а фотосинтетический потенциал - с хозяйственным и биологическим урожаем пшеницы (Дорохов, 1959; Шатилов и др., 1969; Ивакин, 1970). Вместе с этим некоторые авторы (Петров, 1968) пишут, что величины хозяйственных урожаев часто не соответствуют площади листьев. При засухе масса растений за период колошение-полная спелость снижается в 2,7 раза, чем во влажный год, а фотосинтетический потенциал - в 8,4 раза (Кумаков и др., 1994).

Отсутствие корреляции урожая с площадью листьев можно объяснить широким варьированием оптимальной площади листьев в зависимости от условий возделывания растений, а также от их сортовых и видовых особенностей (Watson, 1952; Ничипорович, 1963; Buttery, 1970; Алиев, 1974).

Полимбетова Ф.А. и Мамонов J1.K. (1980) указывают на то, что в засушливых условиях развитие чрезмерно большой площади листьев рассматривается как признак мезофильности и является нежелательным. Поэтому надо исходить из необходимости соответствия структуры посева и листовой поверхности определённым географическим районам (Росс Ю.К., 1964). Создание и поддержание необходимой величины ассимилирующей поверхности у сортов различных сельскохозяйственных культур осложняется высокой фенотипической изменчивостью этого признака в зависимости от условий произрастания (Зиганшин, 1971; Саранин, Старовойтова, 1982).

Ю.Б.Коновалов и В.С.Рубец (1997) считают, что площадь листьев и биомасса связаны с урожайностью на заключительных этапах органогенеза (г = 0,56-0,96).

Максимальная площадь листьев яровой пшеницы в Оренбургской области значительно меньше приводимой в литературе оптимальной величины и в засушливые годы недостаточна для получения удовлетворительных урожаев.

В степных зонах, по мнению Полимбетовой Ф.А. и Мамонова Л.К. (1980), возможно ограниченное увеличение площади листьев за счёт слабо развивающихся побегов кущения.

Одними из важнейших приёмов увеличения облиственности яровой пшеницы, а значит, и увеличения урожайности является внесение минеральных удобрений и размещение её по лучшим предшественникам.

Так, по данным Шкурихиной А.К. и Гирфанова В.К. (1971) в Башкирии при внесении азота или полного минерального удобрения, площадь листьев у растений в отдельные годы была в 2-2,5 раза больше, чем без удобрений.

Важнейшим показателем, определяющим формирование урожая, является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧИФ). Этот показатель более с