Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние субстратов возделывания на водно-пищевой режим и урожай тепличной культуры томатов

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Ганиев, Ильшат Газимович, Казань

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 631.811:635.64

Ганиев Илылат Газимович

Влияние субстратов возделывания на водно-пищевой режим и урожай тепличной культуры томатов

06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

Доктор биологических наук, заслуженный деятель науки Р.Т., профессор Зялалов A.A. Чл.-корр. АНТ, доктор с/х наук, заслуженный деятель науки Р.Т., профессор Гайсин H.A.

КАЗАНЬ - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................3

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................8

1.1. Биологические особенности растения томат и исследуемого сорта.........8

1.2. Отношение томатов к факторам внешней среды......................................14

1.3. Водообмен.....................................................................................................15

1.4. Феноменология и современное представление о механизмах поглощения элементов минерального питания.....................................................................23

1.5. Токсичность овощной продукции, обусловленная содержанием в ней тяжелых металлов......................................" * • • .......................................41

1.6. Источники поступления тяжелых...............................42

А. Поступление тяжелых металлов из атмосферы.............................42

Б. Поступление тяжелых металлов в почву и субстраты из

минеральных удобрений......................................................................43

С. Поступление тяжелых металлов с поливной водой.....................45

Глава 2 ОБЪЕКТ, УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................47

2.1. Объект. Подготовка семян....................................................................47

2.2. Посев семян и уход за рассадой...........................................................47

2.3. Формирование растений.......................................................................50

2.4. Характеристика субстратов..................................................................51

2.5. Способ внесения удобрений................................................................57

2.6. Методика агрохимических анализов...................................................57

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ........................62

3.1. Особенности водного обмена растения томат на субстратах: торфоопила, минеральная вата, цеолит......................................................62

3.2. Поглощение и транслокация биогенных элементов в растениях томат, возделываемых на различных субстратах...................................................67

3.3. Суточная динамика поглощения элементов минерального питания..........................................................................................................74

3.4. Сбалансированность питательного раствора. Способ

оценки............................................................................................................76

3.5. Оценка циркуляционного потока калия...............................................82

3.6. Транслокация тяжелых металлов..........................................................90

3.7. Потребление и вынос основных макроэлементов растениями...........98

3.8. Влияние субстратов выращивания на величину и качество урожая 105

3.9. Экономическая эффективность выращивания томатов на различных субстратах..................................................................................................108

ВЫВОДЫ................................................................................................................111

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ...............................................................113

ЛИТЕРАТУРА,

114

Введение.

Тепличные хозяйства оказались жизнеспособными и в сложный переходный период. В настоящее время производство овощей в защищенном грунте в Татарстане осуществляется на 106 гектарах и в более 2,5 тыс. гектарах в Российской федерации. Эта отрасль сельскохозяйственного производства имеет перспективы роста. По подсчетам специалистов для удовлетворения потребности одного человека в несезонных свежих овощах надо, чтобы приходилось на него 1м2 защищенного грунта, а для полного удовлетворения в разнообразных овощах 14-16 м2. Однако рост и даже сохранение настоящего уровня производства возможны лишь при постоянном совершенствовании технологии, направленной на снижение себестоимости и улучшения качества продукции. Задача сводится к повышению продуктивности единицы пощади закрытого грунта не за счет повышения затрат, а счет обеспечения более тонкого , максимального соответствия генотипа и среды. Это означает поиск сорта наиболее соответствующего географическому поясу, подбор грунта (субстрата), по химическим и физическим свойствам удовлетворяющего требованиям генотипа. На современном этапе технологические проблемы отрасли для своего решения требуют более углубленного подхода вследствие того, что «работающие» сегодня технологии уже достаточно высоки.

Стратегия поиска оптимальных решений должна исходить из того, что основы технологий опираются на фундаментальные законы и положения агрохимической и физиологической наук. Однако определение значений конкретных параметров -слагающих состояния адекватности генотипа и среды практика вынуждена осуществлять эмпирически. Объясняется это тем, что агрономическая наука - как комплекс теоретических и прикладных наук об управлении продукционным процессом сельскохозяйственных растений еще не дошла до частностей. Развитие исследований и обобщений по частной агрохимии и экологической физиологии несомненно позволит потеснить эмпиризм при разработке технологий возделывании и повысить надежность производства. Известно, насколько специфичны индивидуальные особенности минерального питания и других процессов

жизнедеятельности не только вида, но и сорта, и гибрида. Известно, насколько существенно они преломляются в зависимости от среды корнеобитания.

В овощеводстве защищенного грунта основной экономический параметр -рентабельность однозначно определил ориентир на технологию малообъемной гидропоники, т.е. на возделывания овощных культур на различных субстратах -заменителях почвы, что позволяет эффективно управлять водно-физическими параметрами корнеобитаемой среды. Но в то же время из-за малого объема субстрата перерывы во внесении элементов минерального питания и воды, т.е. в доставке их к корням не компенсируется средой корнеобитания. Условием исключения риска нарушить жизнеобеспечение растения в течение всей вегетации являются надежность технического обеспечения технологического процесса и выверенность системы обеспечения оптимального минерального питания и водного режима культуры. Отсюда очевидна необходимость знаний особенностей поглощения и транспорта элементов минерального питания и воды при возделывании их не на почве, а на искусственном субстрате. Более того, эти процессы переноса безусловно должны исследоваться в увязке с транслокацией тяжелых металлов. В этом убеждает практика. Она показывает, что надежная защита растений от вредного влияния токсических веществ содержащихся в окружающей среде и наиболее полное выполнение современных агротехнических приемов возможно только в защищенном грунте. Поэтому именно с развитием тепличного хозяйства связываются надежды на улучшение снабжения населения экологически чистыми овощами. Одна из радикальных мер получения экологически чистой продукции - оптимизация минерального питания растений, достижение и соблюдение физиологической уравновешенности питательного субстрата.

Таким образом, индустрия производства овощей на защищенном грунте выдвинула запрос на новое направление в агрохимической науке, а именно, поставила вопрос об исследовании особенностей минерального питания растений на малообъемных субстратах, которые по своим химическим и физическим свойствам существенно отличаются не только от почвы, но и друг от друга. Практическая направленность этих исследований сочетается с их теоретической значимостью.

Перспективные для тепличного производства субстраты, как правило, являются более простыми по сравнению с почвенными системами, т.е. систему: растение-субстрат по существу можно рассматривать как модель сложной системы: растение-почва. Поэтому исследования особенностей минерального питания растений на «простых» субстратах обещают новые данные , которые позволят углубить представления о механизмах взаимодействия почвы и растения.

Как известно, состояние элементов минерального питания в субстрате (почве), перенос в растение и транспорт их по нему теснейшим образом связаны с водным режимом субстрата и водообменом растительного организма: свойство обменного поглощения на прямую связано с состоянием воды в субстрате, осмолярность раствора на ряду с влиянием на поглощение воды непосредственно влияет на активное и пассивное поглощение ионов, далее, транслокация ионов определенным образом сопряжена с процессом транспирации.

В тепличное производство в последнее время внедряются различные субстраты. Практика указывает на перспективность в качестве субстратов минеральной ваты, цеолитов и различных торфосмесей.

Целью настоящей работы является установление влияния субстратов минеральной ваты, цеолита и торфоопилы на поглощение элементов минерального питания и воды, а также на величину и качество урожая тепличной культуры томатов. В соответствии с этой целью в работе ставились следующие задачи: -изучить влияние различных субстратов на динамику поглощения растениями томатов элементов минерального питания и воды;

-исследовать характер динамики транспирации и ее продуктивность у растений томатов в зависимости от субстратов;

-установить особенности формирования урожая томатов на исследуемых

фонах;

-оценить экономическую эффективность возделывания томатов по малообъемной технологии на минеральной вате, цеолите и торфоопиле в условиях капельного орошения

Научная новизна. Впервые исследовано влияние перспективных, существенно отличающихся по физико-химическим свойствам, тепличных субстратов на поглощение из питательного раствора томатами элементов минерального питания, воды и ряда тяжелых металлов. На основании комплексного изучения суточной динамики и динамики в онтогенезе процессов поглощения и транспорта аммиачного и нитратного азота, калия, кальция, магния и воды, транслокации меди, цинка, свинца, никеля дана физио л ого-агрохимическая характеристика жизнедеятельности растения помидор, возделываемого по капельной технологии на субстратах: торфоопила, минеральная вата, цеолит. Впервые оценена мера влияния данных субстратов на величину и качество урожая томатов и определен уровень экономической эффективности их использования.

Практическое значение работы. Результаты исследований позволили научно обосновать возможность широкого применения цеолитов и являются основой для коррекции применяемой в настоящее время малообъемной технологии возделывания томатов в защищенном грунте. Установленный факт крутого нарастания в утренние часы интенсивности транспирации указывают на необходимость уплотнения утром режима капельного орошения. Выявленные особенности поглощения растениями элементов из различных субстратов минерального питания позволяют более успешно решать проблему оптимизации качественного состава питательного раствора.

Апробация работы: Работа заслушивалась и обсуждалась на семинаре-совещании концерна «Татплодоовощпром» в 1996 и 1997 годах, на Ученом совете Казанского филиала Всероссийского научно - исследовательского и проектно -технологического института химизации сельского хозяйства в 1996 и 1997 годах, на семинаре по экологической физиологии растений Казанского института биологии КНЦ РАН в 1998 году, на научной конференции преподавателей КГСХА 1998 года, на итоговой научной конференции Казанского института биохимии и биофизики КНЦ РАН в 1999 году. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, обобщение, выводы, список литературы. Работа изложена на 128

страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 9 рисунков. Список литературы включает 171 наименование, из них 83 в отечественной литературе.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. 1.1. Биологические особенности растения томат.

О происхождении культурного вида помидор Lycopersicon esculentum Mill, нет надежных археологических данных. Наиболее распространено мнение, что они происходят из Южной Америки.

Признано, что в процессе эволюции рода Lycopersicon от его общего предка отошли две отчетливо разграниченные линии, которые, в свою очередь, являются исходными для нескольких ветвей. В одной ветви сосредоточены формы с несъедобными, мелкими, буро-зелеными плодами, пигментированными хлорофиллом и антоцианом. К другой ветви относятся ботанические формы со съедобными плодами, содержащими в красных плодах каратиноидные пигменты.

Существует различная классификация рода. Представим классификацию Lycopersicon Д.Д. Брежнева.

Цветки бывают разных типов.

Внутри колонки из тычинок находится нитевидный пестик (0,5-0,8 см). Рыльце пестика у одних сортов не достигает верхнего края колонки (низкостолбчатые цветки), у других оно на уровне тычиночной колонки или выступает над ней на 1-3 мм (длиннопестичные цветки). Тычинки на коротких тычиночных нитях имеют 2-х камерные кожистые пыльники, т.е. пыльцевые мешки. При созревании пыльцы пыльники вскрываются продольными внутренними щелями, через которые пыльца высыпается и попадает на рыльце пестика, чем и обеспечивается самоопыление. У сортов с длиннопестичными цветками возможностей для полного самоопыления меньше. Самоопыление у них происходит, когда цветы наклонены вниз, у таких сортов чаще возможно перекрестное опыление. У сортов с крупными многокамерными плодами цветки более сложного строения: чашечка и венчик многочленные и тычинок значительно больше. Пестик у них широкий.

род Lycopersicon

Вид Перуанский L.peruvianum Mill Многолетнее стелющееся растение покрытое волосками. Венчик оранжевый, желтый Плод светло-зеленый. Несъедобный. Формы: dentatum (Duun.) numifusum Mill, glandulosum Mill

дикий pimpinellifolium Mill

Подвиды дикого:

1. Смородиновидный (плод мелкий, 1-2 г), хорошего вкуса, плод красный.

2. . Кистевидный плод крупней, мощная корневая система

Вид волосистый ЫгеиШт НитЬ. Одно и многолетнее. Венчик ярко желтый. Плоды мелкие несъедобные.

полукультурныи subspontaneum Brezh

Подвиды:

полукультурного

1. Вишневидный полегающий плод 2-5 грамм.

2. . Грушевидный плод 10-20 грамм красный.

3. Сливовидный плод 10-20 грамм красно-розовый, имеет

промышленное значение.

4. Многогнездный.

Вид обыкновенный esculentum Mill. Плоды съедобные от1-800 грамм. Три подвида

культурный cultum Brezh

Подвиды: культурного

1. Обыкновенная нештамбовая к нему относится 80 % сортов.

а) детерминантные, высота 50-70 см.

б) индетерминантные от70до500см (гибриды до 18 м)

2. Штамбовая прямостоячая.

3. Крупнолистная, листья похожи на картофельные

В пыльниках таких цветов содержится относительно меньше пыльцы и к тому же много стерильных пыльцевых зерен. Опыление у них бывает неполным. Многие семяпочки остаются неоплодотворенными, поэтому плод развивается деформированным, а не опыленные цветки опадают. Одним из условий обеспечения наибольшего соответствия генотипа и среды является четкое представление об этапах органогенеза культуры. На разных этапах у растения различные требования к условиям среды. У томатов этапы органогенеза характеризуются следующим:

I. От зиготы до появления проростков из семени, питание за счет матери. Что есть у матери, то есть у «дитя». Поэтому минеральное питание плодоносящего растения есть минеральное питание «потомка», материнское растение оберегает семя от накопления тяжелых металлов.

II. От появления проростка ( образование зачатков листьев на главном стебле) до первой цветочной кисти. Второй этап характеризуется дифференциацией конуса нарастания, активным развитием корневой системы. К концу второго этапа в пазухах листьев главного стебля закладываются почки второго порядка. Растения имеют 3-4 сформировавшихся листьев. Необходимы оптимальные условия минерального питания, тепла, света, т.к. еще слабо развита поглотительная поверхность корня. Интенсивность поглощения определяет скорость формирования органов.

III. Продолжается 1-3 дня, но является «критическим» периодом. Происходит дифференциация конуса нарастания: из меристемы верхушечного конуса нарастания формируется соцветие и зачатки цветков. Растения в это время очень чувствительны к недостатку воды, что необходимо учитывать при выращивании рассады.

IV. Так же короткий (2-4 дня) формируются цветковые бугорки первого соцветия. К концу четвертого этапа повышается интенсивность синтеза нуклеиновых кислот, а так же содержание в растениях общего фосфора. В связи с этим не допустимы в этот этап перебои в снабжении фосфором. Если не соблюдать необходимый режим при выращивании растений ( резкие отклонения от нормы в питании, температуры, интенсивность света), то возможны изменения в формировании соцветия и некоторые другие

отклонения. Как тр