Оптимизация продукционного процесса агроценозов яровой пшеницы и ячменя при использовании регуляторов роста

УДК 633.16:631.8

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА АГРОЦЕНОЗОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И ЯЧМЕНЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА

Г. А. Карпова, канд. биол. наук, доцент; М. Е. Миронова, аспирант

ФГОУ ВПО «Пензенский ГПУ им. В. Г. Белинского», т. 8 (412) 49-20-23

Установлено влияние регуляторов роста на урожайность яровой пшеницы и ячменя на темно-серой лесной почве. Показано, что наиболее информативными и надежными показателями для оценки состояния посевов являются площадь листовой поверхности и сухая биомасса агроценозов в фазе колошения, что дает возможность прогнозирования их хозяйственной продуктивности. Методом корреляционного анализа выявлены количественные взаимосвязи между лабораторной и полевой всхожестью семян, площадью листовой поверхности и формированием урожая изучаемых культур.

Ключевые слова: регуляторы роста, фотосинтез, всхожесть семян, урожай, ме-лафен, пектин, пирафен.

Важным резервом повышения урожайности сельскохозяйственных культур является наиболее полная реализация потенциальной продуктивности растений в условиях определенной почвенно-климатичес-кой зоны. Учитывая, что рост является одной из главных функций продукционного процесса, для оптимизации последнего необходимо изучение морфобиологических особенностей развития растений, а также поиск и применение факторов экзогенного управления этими процессами в онтогенезе, что актуально в практическом растениеводстве.

Сведения о влиянии отдельных регуляторов роста на морфофизиологические показатели и урожай зерновых культур в литературе имеются [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Вместе с тем до настоящего времени вопросы экзогенной регуляции продукционных процессов сельскохозяйственных культур остаются малоизученными. Углубленное изучение данного направления необходимо для разработки систем управления продуктивностью и устойчивостью растений, обоснования энергосберегающих технологий производства экологически безопасной растениеводческой продукции высокого качества.

Цель проведенных исследований заключалась в научном обосновании и экспериментальном подтверждении использования регуляторов роста различного спектра действия для улучшения посевных качеств семян, оптимизации продукционного процесса и повышения урожайности агро-фитоценозов яровой пшеницы и ячменя в условиях лесостепи Среднего Поволжья.

Экспериментальная работа выполнена при закладке полевых опытов на коллекционном участке ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА»

в 2005-2007 годах и проведении лабораторных исследований на базе ГЦАС «Пензенский» и кафедре биохимии ФГОУ ВПО «Пензенский ГПУ им. В. Г. Белинского».

Почва - темно-серая лесная с содержанием гумуса 3,6 %, щелочногидролизуе-мого азота - 82 мг на 1 кг почвы, подвижного фосфора (Р2О5) - 37 и обменного калия (К2О) - 65 мг на 1 кг почвы. Реакция среды (рНСОЛ) - 6,2, сумма поглощенных оснований (Б) - 26,7 ммоль на 100 г почвы и гидролитическая кислотность (Нг) - 1,16 ммоль на 100 г почвы.

Агроклиматические показатели в годы проведения исследований свидетельствуют о том, что наблюдались колебания температурного режима и условий увлажнения. Сумма положительных температур (больше 10°С) изменялась от 2316°С до 2483°С, сумма осадков за вегетацию - от 180,4 мм до 262,2 мм. Гидротермический коэффициент в годы исследований составил в 2005 г. - 1,1, 2006 - 0,8 и 2007 г. - 1,0.

Объекты исследований - яровая мягкая пшеница Нива 2 и яровой ячмень Ну-танс 642. В качестве регуляторов роста испытывали препараты мелафен, пирафен и пектин. Концентрации растворов следующие: мелафен - 110 %; пирафен - 110 %; пектин - 510-2 %. Обработку семян регуляторами роста осуществляли перед посевом.

Опыты закладывали и проводили в соответствии с методическими указаниями Б. А. Доспехова [7], Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур [8].

Учетная площадь делянки 5 м2, по-вторность четырехкратная, размещение делянок методом рендомизированных повторений.

Яровая пшеница

0 90 80 70 60 50

Контроль

Мелафен

Пирафен

Пектин

Ячмень

50

Контроль

Мелафен

Пирафен

Пектин

Энергия прорастания

Лабораторная всхожесть

Энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов на ПЭВМ с использованием пакетов прикладных программ для статистической обработки <^а^юа» и «Statgrafics» [7].

Качество семян является важнейшим фактором повышения урожайности всех сельскохозяйственных культур. Согласно мнению ряда исследователей, энергия прорастания выступает как один из существенных параметров жизнеспособности семян и является наиболее чувствительным элементом их состояния. Однако в агрономической практике показатель лабораторной всхожести служит основным

критерием оценки качества посевного материала, так как результат лабораторного испытания показывает процент семян, давших проростки в стандартизированных условиях субстрата, влажности, температуры и гарантирует воспроизводимость результата.

В исследованиях, проведенных на пшенице и ячмене при использовании ме-лафена, пирафена и пектина, отмечено улучшение посевных качеств семян данных культур. Высокие показатели наблюдались в вариантах с применением мела-фена. У семян пшеницы энергия прорастания и всхожесть возрастали на 8,2 и 11,4 % соответственно, у семян ячменя - на 10 и 9 %. В варианте с пирафеном показатели

Нива Поволжья № 1 (10) февраль 2009 9

Полевая всхожесть и процент сохранившихся к уборке растений в зависимости от обработки семян регуляторами роста

Вариант Количество взошедших растений на 1 м2, шт. Полевая всхожесть, % Количество растений перед уборкой на 1 м2, шт. Процент сохранившихся к уборке растений

Яровая пшеница

Контроль (обработка семян водой) Мелафен 110-7 % Пирафен 1-10-7 % Пектин 510-2 % 369 402 383 399 67,1 73,1 69,6 72,5 279 307 294 305 75,6 76,4 76,8 76,4

Ячмень

Контроль (обработка семян водой) Мелафен 110-7 % Пирафен 1-10-7 % Пектин 510-2 % 373 397 380 389 74,5 79,4 76,0 77,8 300 322 311 315 80.7 81,1 81.8 81,0

были значительно ниже, однако они достоверно превышали контрольные данные у семян пшеницы на 3 и 3,6 %, а у семян ячменя - на 4 и 3 % соответственно. В вариантах с пектином результаты по абсолютным значениям превосходили показатели, полученные при обработке семян пирафе-ном, но уступали значениям в вариантах с мелафеном. Так, энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян пшеницы синхронно возрастали на 8,2 %, семян ячменя - на 7 и 6 % соответственно (рисунок).

Сила роста семян яровой пшеницы под действием мелафена, пирафена и пектина увеличивалась на 5,2...13,8 %, масса проростков при этом возрастала на 5,5. 18,6 % (на контроле сила роста 67,0 %, масса проростков 10,21 г). Воздействие регуляторов роста на семена ячменя носило сходный характер. Максимальный эффект от обработки был отмечен в варианте с мелафеном. Сила роста возрастала на 14 % (88,5 %), масса 100 проростков увеличивалась на 12 % (12,08 г).

Пектин увеличивал рассматриваемые показатели на 10 и 9,3 % соответственно. При использовании пирафена сила роста, выраженная в процентах, увеличилась на 5 %, масса проростков - на 2,8 %.

Предпосевная обработка семян и растений в онтогенезе регуляторами роста может в определенной мере определить состояние начального развития растений и возможность управления формированием элементов продуктивности в процессе вегетации.

Густота продуктивного стеблестоя в значительной степени определяется пока-

зателями полевой всхожести и сохранности растений к моменту полного созревания зерна. В среднем за три года исследований полевая всхожесть пшеницы на контроле составила 67,1 %, ячменя -74,5 % (табл. 1). Обработка семян пшеницы мелафеном способствовала повышению полевой всхожести на 6,0 %, пектином - на 5,4 %, пирафеном - на 2,5 %. Обработка семян ячменя мелафеном увеличивала изучаемый показатель на 4,9 %, пектином - на 3,3 %. В варианте с пира-феном результаты не были статистически достоверны.

Полевая всхожесть изучаемых культур во многом определялась увеличением показателей посевных качеств семян при предпосевной обработке регуляторами роста. Между полевой и лабораторной всхожестью выявлена корреляционная зависимость на пшенице г = 0,63; у = - 28,4785 + 1,11082х, на ячмене г = 0,59; у = - 16,3 + 1,030х.

Влияние свойств семян, характеризующихся определенными качествами, на урожайность проявляется через уровень полевой всхожести и сохранности растений или продуктивности самого растения, однако чаще всего их действие сказывается через совокупность всех факторов [9]. Коэффициент корреляции полевой всхожести и урожайности на пшенице составил г = 0,94, на ячмене г = 0,88.

Количество сохранившихся к уборке растений пшеницы и ячменя резко колебалось по годам в зависимости от гидротермических условий. В целом за три года исследований закономерного влияния регуляторов роста на биологическую стойкость

Фотосинтетическая деятельность посева при предпосевной обработке семян регуляторами роста

Вариант ЛИ, м2/м2

Яровая пшеница

Контроль (обработка семян водой) 2,25 6,6 1,16 8,93

Мелафен 1-10"' % 2,87 8,3 1,38 10,2

Пирафен 110"' % 2,69 7,6 1,29 10,0

Пектин 510"2 % 2,89 8,2 1,38 10,1

Ячмень

Контроль (обработка семян водой) 3,36 9,4 1,44 9,8

Мелафен 110"' % 4,23 12,8 1,82 11,6

Пирафен 110"' % 4,03 12,0 1,71 11,3

Пектин 510"2 % 4,07 11,9 1,73 11,2

растений в период вегетации не обнаружено. Значения изучаемого показателя во всех вариантах находились в пределах ошибки опыта.

Общая продолжительность вегетационного периода яровой пшеницы варьировала по годам исследований в изучаемых вариантах, включая контроль в пределах 84...96 суток в зависимости от гидротермических условий. В среднем за три года в вариантах с использованием регуляторов роста продолжительность вегетационного периода была 87.88 суток. Длительность вегетации растений ячменя в тех же условиях составляла от 81 до 91 суток.

При предпосевной обработке семян пшеницы и ячменя мелафеном, пирафе-ном и пектином отмечается устойчивая тенденция к сокращению продолжительности периода вегетации, которая явно прослеживается в уменьшении фаз до колошения, что связано с более быстрыми темпами ростовых процессов под действием данных факторов в этот период.

Повышение продуктивности растений обеспечивается балансом двух основных процессов их жизнедеятельности - фотосинтеза и роста. Морфофизиологические процессы в онтогенезе связаны с адекватными изменениями фотосинтеза, т. е. находятся в причинно-следственных отношениях. В создании биологического урожая важную роль играет фотосинтетический потенциал суммарной листовой поверхности, который определяется скоростью ее образования и временем активной работы. Эта величина более точно характеризует мощность ассимиляционного аппарата посева в целом за вегетацию. При предпо-

севной обработке семян пшеницы регуляторами роста наибольшие значения ФП наблюдались в вариантах с использованием мелафена и пектина - контрольные данные были превышены на 19,0 % (табл. 2).

В посевах ячменя в опытных вариантах изучаемый показатель возрастал на 273...378 тыс. м2/гасутки. Пирафен и пектин способствовали увеличению фотосинтетического потенциала на 18,8...20,1 %, мелафен - на 26,4 %.

Повышение урожайности обеспечивается увеличением не только фотосинтетической активности фитоценоза, но и его рабочих единиц - единицы площади листа и хлоропласта, что выражается в показателях чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ). Использование регуляторов роста способствовало увеличению ЧПФ растений пшеницы на 12,2...14,0 %, ячменя - на 14,3...18,4 %. Лучшие результаты на обеих культурах отмечены в варианте с мелафе-ном.

Накопление сухой массы растений зависело от продуктивности фотосинтеза, нарастания листовой поверхности и суммы дней вегетационного периода. Максимальных значений этот показатель достигал в период созревания зерна. Пирафен, пектин и мелафен способствовали накоплению высокого урожая сухой биомассы пшеницы и ячменя. Показатели в данных вариантах превышали контрольные значения на 15,2. 25,8 % и 27,5.36,2 % соответственно.

Согласно современной теории фотосинтетической продуктивности площадь листьев - один из основных показателей, определяющих урожай. В результате проведенных исследований установлена пря-

Урожайность зерна яровой пшеницы и ячменя при предпосевной обработке семян регуляторами роста в годы исследований, т/га

Вариант 2005 г. ГТК-1,1 2006 г. ГТК-0,8 2007 г. ГТК-1,0 Средняя Прибавка к контролю

Яровая пшеница

Контроль (обработка семян водой) 2,73 2,96 1,90 2,53 -

Мелафен 1-10-7 % 3,35 3,22 2,13 2,90 0,37

Пирафен 1-10-7 % 2,95 3,20 1,98 2,71 0,18

Пектин 510-2 % 3,30 3,12 2,06 2,83 0,30

НСР05 0,09 0, 07 0,10

Ячмень

Контроль (обработка семян водой) 2,60 2,50 1,98 2,36 -

Мелафен 1-10-7 % 2,87 2,82 2,36 2,68 0,32

Пирафен 1-10-7 % 2,82 2,74 2,24 2,60 0,24

Пектин 510-2 % 2,81 2,73 2,35 2,63 0,27

НСР05 0,14 0,11 0,16

мая корреляционная зависимость урожайности от площади листовой поверхности в фазу колошения в агроценозах пшеницы (г = 0,83; у = 0,2859 + 0,09183х) и ячменя (г = 0,86; у = 0,2859 + 0,09183х).

Ход накопления сухой биомассы посевами коррелировал с зерновой продуктивностью изучаемых агроценозов. Анализ показал тесную зависимость между урожайностью и сухой массой растений яровой пшеницы (г = 0,88, у = 0,457772 + 0,335897х) и ячменя (г = 0,98, у = 1,46 + 0,101х).

Интегральным показателем, характеризующим влияние различных факторов на ростовые, формообразовательные и фи-зиолого-биохимические процессы, происходящие в растениях, является урожайность.

Урожайность яровой мягкой пшеницы в среднем за годы исследований находилась в пределах 1,90...3,35 т/га. В 2005 году (ГТК-1,1) урожайность составила 2,73...3,35 т/га по вариантам опыта, в 2006 году (ГТК-0,8) - 2,96...3,22 т/га и наименьшая урожайность была получена в 2007 году (ГТК-1,0) - 1,90...2,13 т/га в связи с очень низкой полевой всхожестью семян. Обработка семян регуляторами роста способствовала повышению урожайности в среднем за три года исследований на 7,1...14,6 % (абсолютная прибавка урожая 0,18...0,37 т/га). Наибольший эффект дала обработка семян мелафеном, где масса зерна одного колоса и количество продуктивных стеблей по сравнению с контролем увеличивались на 4,6 и 10,8 % соответственно (табл. 3).

Результаты исследований показали, что в контроле без внешних воздействий на темно-серой лесной почве на фоне естественного плодородия было получено 2,36 т/га зерна ячменя, при обработке семян мелафеном - 2,68 т/га (прибавка 0,32 т/га), пирафеном - до 2,60 т/га (прибавка 0,24 т/га), пектином - до 2,63 т/га (прибавка 0,27 т/га). Более высокая продуктивность растений ячменя в опытных вариантах была обусловлена увеличением количества сформировавшихся зерен в колосе, что положительно повлияло на массу зерна одного растения, а показатели массы 1000 зерен оставались практически без изменений. Количество продуктивных стеблей возрастало на 5,3.6,3 %.

Таким образом, предпосевная обработка семян пшеницы и ячменя мелафеном, пирафеном и пектином способствовала активизации морфофизиологических процес-ссов в растениях на разных этапах их развития, что выразилось в повышении посевных качеств семян, активизации ростовых процессов, усилении фотосинтетической деятельности и увеличении зерновой продуктивности изучаемых культур.

Литература

1. Муромцев, Г. С. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений / Г. С. Муромцев и [др.]. - М.: Агро-промиздат, 1987. - 383 с.

2. Шевелуха, В. С. Рост растений и его регуляция в онтогенезе / В. С. Шевелуха. -М.: Колос, 1992. - 598 с.

3. Ковалев, В. М. Теоретические основы оптимизации формирования урожая /

В. М. Ковалев. - М.: Изд-во МСХА, 1997. -284 с.

4. Якушкина, Н. И. Физиология растений / Н. И. Якушкина. - М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2005. - 463 с.

5. Костин, О. В. Оптимизация продукционного процесса и накопление белка в зерне озимой пшеницы Волжская К / О. В. Костин, Е. В. Провалова // Вестник Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова. -2008. - № 3. - С. 28-31.

6. Карпова, Л. В. Влияние регуляторов роста и удобрений на продуктивность и посевные качества семян яровой пшеницы

и ячменя / Л. В. Карпова // Физиолого-био-химические аспекты обработки семян сельскохозяйственных культур: Межвузовский сборник. - Ульяновск, 2003. - С. 70-74.

7. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Колос, 1985. -351 с.

8. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. -М.: Колос, 1971. - 239 с.

9. Строна, И. Г. Проблема семеноведения и семеноводства на современном этапе / И. Г. Строна и [др.] // Селекция и семеноводство: сборник. - 1986. - Вып. 56. - С. 85-89.