Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние условий азотного питания на урожайность и качество зерна яровой пшеницы на Северо-Востоке Нечерноземья России

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Пасынкова, Елена Николаевна, Москва



J

) /

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УДОБРЕНИЙ И АГРОПОЧВОВЕДЕНИЯ имени Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА

ПАСЫНКОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ НА СЕВЕРО - ВОСТОКЕ НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ РОССИИ

Специальность 06.01.04 - "Агрохимия"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор с.-х. наук, профессор А.А.ЗАВАЛИН

МОСКВА - 1999

- 2 -ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение.....................................................4

Глава 1. Обзор литературы....................................7

1.1. Хозяйственное значение пшеницы....................7

1.2. Биологические особенности яровой пшеницы..........8

1.3. Влияние условий минерального питания на урожайность и качество зерна пшеницы...................10

1.4. Накопление белка в зерне пшеницы и факторы его определяющие.....................................19

Глава 2. Схема опыта, методика и условия проведения исследований..............................................23

2.1. Схема опыта и методика исследований..............23

2.2. Агрохимическая характеристика почв и метеорологические условия в годы проведения полевых опытов..27

Глава 3. Влияние уровня азотного питания на урожайность, структуру урожая и качество зерна изучаемых сортов яровой пшеницы.....................................32

3.1. Влияние уровня азотного питания на урожайность пшеницы..........................................32

3.2. Изменение показателей структуры урожая под действием возрастающих уровней азотного питания.... 38

3.3. Изменение технологических показателей качества зерна пшеницы....................................46

3.4. Влияние уровня азотного питания на содержание сырого белка и клейковины в зерне................58

Глава 4. Динамика формирования биомассы, содержания азота и его потребления по фазам вегетации растений яровой пшеницы........................................72

Глава 5. Физиолого - агрохимические причины, определяющие накопление белка в зерне изучаемых сортов яровой

пшеницы............................................92

Глава 6. Агрохимическая эффективность сортов, затраты азота на формирование 1т зерна, коэффициент использования азота удобрений и окупаемость азотных удобрений...108

6.1. Агрохимическая эффективность сортов.............108

6.2. Затраты азота на формирование 1т зерна с соответствующим количеством соломы..................109

6.3. Коэффициент использования азота удобрений.......111

6.4. Окупаемость 1 кг азотных удобрений прибавкой урожая зерна....................................112

Выводы.....................................................114

Предложения производству...................................117

Литература.................................................118

Приложения.................................................136

-- 4 -ВВЕДЕНИЕ

Проблеме повышения качества зерна пшениц во всех регионах России уделяется особое внимание. Выращивание мягких пшениц в Нечерноземье России, зерно которых соответствует требованиям, предъявляемым к ценным и сильным, и пригодным для самостоятельного помола и выпечки хлеба, имеет приоритетное значение. В связи с этим возрос интерес к скороспелым сортам яровой мягкой пшеницы с отличными хлебопекарными свойствами (Козлова, Дудин, 1994).

В улучшении качества зерна основная роль принадлежит селекции. Однако трудность создания высокобелковых сортов - в обратной зависимости между урожайностью и содержанием белка в зерне, а также полигенным характером наследования признака белковости (Павлов, 1984; Вербицкая, 1986).

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. Среди ученых и работников сельского хозяйства сложилось мнение, что в Нечерноземье России невозможно получать высококачественное зерно пшеницы, пригодное для хлебопечения. Сказывается недостаток тепла, избыточное увлажнение в период налива зерна, низкое почвенное плодородие широко распространенных здесь дерново-подзолистых почв. Оценкой качества зерна в Нечерноземье занимались очень мало даже в научно-исследовательских учреждениях, поэтому полученные данные немногочисленны, а часто и противоречивы. При этом проблема наращивания продовольственного зерна в Нечерноземье России стоит довольно остро (Тори-ков, 1991). В нынешних экономических условиях перед регионами ставится задача обеспечения потребности населения относительно дешевым зерном пшеницы с хорошими хлебопекарными свойствами (Макаров и др., 1998). По сообщениям Л.А.Трисвятского и др. (1995; 1996), Е.В.Стрелкова и Л.И. Кочеткова (1997) за последние 5-6 лет

систематически уменьшается производство зерна пшеницы, причем это уменьшение сопровождается столь же значительным ухудшением его качества.

По данным Кировской государственной хлебной инспекции в области ежегодно потребляется в среднем 270 тыс. тонн пшеничной муки. В том числе завозится в готовом виде 140-150 тыс. тонн, остальное вырабатывается полностью на местных мельницах из завозного зерна. При этом следует учитывать, что при переработке 150 тыс. тонн пшеницы используется до 20-30% зерна с пониженными технологическими и хлебопекарными свойствами: содержанием белка 11-12.5%, сырой клейковины 17-19%, стекловидностью 35-40%.

Известно, что накопление белка (и клейковины) в зерне пшеницы определяется сортовыми особенностями и условиями выращивания. Среди факторов модификационной изменчивости важнейшее значение имеет уровень азотного питания. Все внешние факторы, как и сортовые особенности, действуют не непосредственно на образование и накопление белка в зерне, а на ряд внутренних, физиологических процессов, происходящих в растении. В целях сознательного управления величиной и качеством урожая необходимо знать, какие физиологические причины (признаки) лежат в основе формирования зерна с высоким или низким содержанием белка (Павлов, 1984). Познание внутренних механизмов процесса усвоения азота растениями представляет собой проблему, имеющую важнейшее теоретическое и практическое значение (Измайлов, 1986).

В связи с этим, программой наших исследований предусматривалось решение- следующих задач:

- выявить отзывчивость различных районированных сортов яровой пшеницы на уровень азотного питания,

- установить возможность получения зерна яровой пшеницы, при-

годного для самостоятельного помола и выпечки хлеба и накопление белка и клейковины в зерне в зависимости от сорта и условий выращивания,

- определить закономерности формирования качества зерна, соответствующего хлебопекарным требованиям,

- изучить поступление азота в растения во время вегетации и взаимоотношения между вегетативными органами и зерном как доноров и акцепторов азота, сортовые особенности поступления азота из почвы непосредственно в период налива зерна и накопления белка в зависимости от климатических факторов,

- определить затраты азота на формирование единицы основной продукции, коэффициента использования азота удобрений и окупаемость 1 кг азота удобрений зерном.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА и практическая ценность работы. Впервые в условиях Кировской области изучены физиолого-агрохимические закономерности формирования величины и качества урожая различных сортов и показана возможность получения зерна яровой пшеницы, пригодного для самостоятельного помола и выпечки хлеба.

АПРОБАЦИЯ работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на XXXI научно-технической конференции молодых ученых (ВИУА, 1996) и на научно-практических конференциях (Казань, 1996; Пермь, 1998).

По материалам диссертации опубликовано шесть работ.

Глава 1 Обзор литературы

1.2. Хозяйственное значение пшеницы

Пшеница - одна их наиболее древних и наиболее распространенных зерновых культур. В снабжении населения хлебопродуктами ведущее место принадлежит пшенице, на ее долю приходится 80% всего зерна, используемого на продовольственные цели (Яровая пшеница, 1987).

Широкое распространение этой культуры объясняется продовольственной ценностью ее зерна (Мосолов, 1979). Пшеница - это не только хлеб и мучные изделия, но и продукты животноводства, т.к. значительное количество зерна используется на кормовые цели. Ценность пшеницы как пищевого злака определяется не только химическим составом зерна, но и в значительной степени уникальной способностью ее белков образовывать клейковину. Зерно пшеницы содержит ценные питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности организма человека. В его состав входят белки, углеводы, жиры, витамины (группы В, РР), ферменты и минеральные вещества (Уханова и др., 1979).

В новых экономических условиях в России формируется собственный продовольственный рынок. При этом в силу известных политических событий начал остро проявляться дефицит зерна ценных и сильных сортов пшеницы, имеющих большое значение в хлебопекарной промышленности. Источником такого зерна в Нечерноземье может стать яровая пшеница, т.к. в последнее время селекционерами созданы сорта, характеризующиеся не только высоким потенциалом урожайности, но и способные в определенных условиях формировать зерно, соответствующее требованиям хлебопекарной промышленности. Основная задача в решении проблемы продовольственного зерна - разработка агротехни-

ческих приемов, регулирующих продуктивность и качество зерна в конкретных почвенно-климатических условиях (Гридасов, 1995; Артю-шина, 1996).

1.2. Биологические особенности яровой пшеницы

Пшеница (род ТгШсит) - однолетнее растение, относящееся к семейству злаковых. Встречаются как озимые, так и яровые формы, а также формы, совмещающие в себе биологические особенности обоих типов (так называемые двуручки).

Яровая пшеница характеризуется высокими требованиями к условиям внешней среды: не выносит кислых почв, имеет относительно слаборазвитую корневую систему и плохо поглощает питательные вещества из труднорастворимых соединений (Мосолов, 1979). Северная граница возделывания скороспелых сортов яровой пшеницы проходит по изолинии 1200 - 1250°С (Бараев, 1978).

Для яровой пшеницы очень важно равномерное увлажнение в течение вегетационного периода (транс-пирационный коэффициент 400-500), поэтому достаточный запас продуктивной влаги, характерный для климатических условий Северо-Востока Нечерноземья, способствует распространению этой культуры. Однако растения яровой пшеницы, в отличие от широко распространенных на Северо-Востоке озимой ржи и овса, плохо переносят кислые почвы. Для выращивания пшеницы также мало подходят супесчаные и бедные песчаные почвы (Коданев, 1974).

В период после всходов пшеница развивается медленно - по приросту площади листовой поверхности в первые дни после всходов она намного уступает ячменю. Сравнительно медленные темпы роста в начале развития делают пшеницу особенно чувствительной к неблагоприятным факторам. Пшеница в период всходов слабее конкурирует с

сорняками и сильнее поражается вредителями и болезнями, чем ячмень и овес. Замедленные темпы роста определяют повышенные требования яровой пшеницы в первый период жизни к условиям возделывания .

Зерно пшеницы начинает прорастать при температуре от +1° до +2°С. Однако при таких температурах в период всходов процесс прорастания идет очень медленно. Для более дружного и быстрого прорастания необходима более высокая температура (+12 - 20°С). Для появления проростка на поверхности почвы обычно требуется сумма положительных температур около 120°С. Кущение у яровой пшеницы обычно начинается через две-три недели после появления всходов, когда сформируются три листа. В отличие от ячменя и овса пшеница кустится значительно слабее. Продуктивная кустистость ее даже при хорошей полноте всходов обычно ограничена и редко превышает у современных сортов 1.2. Высокая обеспеченность элементами минерального питания (особенно азотного) значительно увеличивает кустистость. Высокая температура резко сокращает продолжительность и интенсивность кущения (Неттевич, 1976).

К появлению четырех-шести листьев у яровой пшеницы начинает удлиняться нижнее междоузлие. Время, когда оно достигнет 3-5см, отмечается как выход в трубку. С начала трубкования и до колошения пшеница растет быстро, резко увеличивается прирост сухого вещества и площадь листовой поверхности. Одновременно с быстрым ростом идет усиленное потребление питательных веществ и расход влаги. В эти фазы пшеница испытывает наибольшую потребность в азоте, хотя значительное количество его она поглощает и в более ранние фазы развития. В первый период жизни пшеница потребляет много фосфора. Когда сухой вес растений пшеницы составляет 25% от его максимального уровня, в нем накапливается уже 75% общего содержания фосфо-

ра. Самое большое потребление яровой пшеницей калия наблюдается в течение 30-45 дней после всходов. В целом уровень минерального питания у яровой пшеницы повышается от всходов к кущению и резко возрастает в фазу выхода в трубку и колошения (Коданев, 1976; Ку-маков, 1988).

Через несколько дней после колошения начинается цветение пшеницы. После оплодотворения начинается развитие зародыша. Процесс образования зерновки у пшеницы обычно подразделяют на три этапа: формирование, налив и созревание. Формирование зерновки продолжается от оплодотворения до начала молочной спелости. В это время накапливается до 25-35% сухого вещества, а содержание влаги снижается до 65-70%. Налив зерна происходит от начала молочной и до начала восковой спелости. Содержание влаги к концу налива зерна снижается до 40%. Для фазы созревания характерно прекращение поступления из растения в зерно влаги и пластических веществ. В тот период, когда содержание влаги в зерне снижается до 17-18%, наступает полная спелость (Неттевич, 1976; Коновалов, 1981).

1.3. Влияние условий минерального питания на урожайность и качество зерна пшеницы

Складывающаяся в настоящее время ситуация с применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений вызывает настоятельную необходимость поиска наиболее эффективных способов их использования и, в конечном итоге, получения продукции, соответствующей определенным требованиям, в частности, зерна яровой пшеницы для выпечки хлеба (Концепция развития адаптивного ..., 1997).

Как было отмечено выше, среди ученых и работников сельского хозяйства сложилось мнение, что в Нечерноземье России невозможно

получать высококачественное зерно пшеницы, пригодное для хлебопечения (Ториков, 1991). Однако немногочисленные данные ряда авторов, проводивших исследования с пшеницей на дерново-подзолистых почвах Нечерноземья России в 70-е годы (Масловский, 1969; Мельникова, 1970) и в последнее время, дают основания полагать, что при использовании определенных технологий и районированных сортов, и в данных почвенно-климатических условиях возможно получение зерна, пригодного для самостоятельного хлебопечения (Дерюгин и др., 1989; Долгодворов, Султанова, 1989; Макаров, Красикова, 1992; Но-сачев, 1994; Беркутова, Погорелова, 1994; Гридасов, 1995; Ториков, Парачев, 1993; Ториков и др, 1995; Макаров и др., 1998; Вербицкий и др., 1998).

Основным средством, обеспечивающим в настоящее время высокую урожайность зерновых культур при своевременном и качественном выполнении других агротехнических приемов, является применение удобрений. Это положение очень важно для дерново-подзолистых почв Северо-Востока Нечерноземья, которые содержат сравнительно небольшое количество легкодоступных элементов питания и отличаются низким естественным плодородием (Тюлин, 1976; Тюлин, Гущина, 1992).

Различное действие минеральных удобрений на урожайность зерновых культур зависит от многих факторов: содержания питательных веществ в почве, погодных условий в период вегетации, предшественника, биологических особенностей возделываемых сортов (Павлов, 1967; Иванов, 1971; Коданев, 1976; Дорофеев и др., 1983; Аникст, 1986; Толстоусов, 1987; Лебедева, Егорова, 1991; Герасенкова, 1996). З.И. Вавилова (1993) отмечает, что при выращивании яровой пшеницы в смеси с горохом содержание белка по сравнению с однови-довыми посевами повышается на 1.9-2.2%.

Существенное влияние на эффективность удобрений и качество продукции оказывает обеспеченность почв питательными веществами и реакция почвенной среды. Исследования Авдонина Н.С. и сотр. (1972) показали, что при выращивании растений на кислой почве ухудшается питание азотом, снижается урожайность и содержание белка.

Эффективность фосфорных и калийных удобрений зависит в основном от содержания подвижных форм фосфора и калия в почве (Кулаковс-кая, 1990; Соколов, 1990). С ростом окультуренности почв и их обеспеченности питательными веществами эффективность фосфорных и калийных удобрений снижается и при этом уменьшается их вклад в формирование урожая (Стребков, 1989; Державин, 1992). Применение минеральных удобрений повышает устойчивость зерновых культур к неблагоприятному воздействию метеорологических факторов: колебания урожайности по годам при использовании удобрений снижаются на 5-20% (Стребков, 1985; Каликинский, Горелько, 1985).

Хорошие урожаи зерна яровой пшеницы с высоким качеством у�