Морфофизиологические основы действия физических факторов на продуктивность растений

Агрообразование. Земледелие

МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ

М.Ф. ТРИФОНОВА,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик

Повышение продуктивности полевых культур имеет огромное значение для практики сельского хозяйства.

Цель и методика исследований

Исследования проводили в лабораторно-вегетативных и полевых условиях Ростовского государственного пединститута, Белгородского пединститута, Рязанского проектно-технологического научно-исследовательского института АПК и Кишиневского сельскохозяйственного института им. М.В. Фрунзе. В качестве фактора воздействия использовали постоянный ток, красный и синий свет лазерного излучения, постоянное магнитное и пульсирующее магнитное поле. Объекты исследования: ячмень, просо, кукуруза.

При действии постоянного тока и магнитного поля повышается энергия прорастания, всхожесть семян в лабораторных и в полевых условиях, больше и сила роста при действии этих факторов (Сиротин А.А. и др.,1992).

Красный и синий свет лазерного излучения оказывает достоверное улучшение энергии прорастания, всхожести и силы роста, в то время как ультрафиолетовое облучение способствует лишь незначительному их повышению.

Наши исследования показали, что при гамма-облучении семян наблюдается существенное улучшение всех изученных показателей в дозах 5 и 10 кР. Наиболее заметное увеличение энергии прорастания, лабораторной всхожести и силы роста наблюдается при обработке семян с помощью лазера с длиной волны 632,8 нм и времени экспозиции 30 мин. Физические факторы и растения находятся в детерминативном отношении, и при оптимальных режимах их можно использовать для регуляции метаболизма, позволяющей эффективно использовать запасы семени и улучшать посевные качества семян.

При прорастании семян, обработанных физическими факторами, существенным моментом является ускорение процесса набухания — пускового момента прорастания и повышения водоудерживающей способности проростков, изменение проницаемости про-

топлазмы и активизация процесса поступления веществ в клетку.

В семенах активизируется деятельность ферментов, гидролиз запасных питательных веществ, изменяется углеводный обмен, фракционный состав фосфоросодержащих соединений, аминокислотный обмен. Проростки больше накапливают сухих веществ, отличаются более быстрыми темпами роста, большим количеством зародышевых корешков. Многолетние наши исследования по воздействию физических факторов на семена различных культур и сортов подтвердили научную гипотезу, что физиолого-биохимические процессы в онтогенезе растений, определяющих количество и качество урожая, характеризуются отличительными особенностями в сравнении с контрольными растениями.

Большее образование хлорофилла при действии электричества сохраняется в течение вегетации и способствует увеличению продуктивности ячменя (Трифонова М.Ф., 1968). Наибольшее количество общего хлорофилла содержалось в листьях сортов и гибридов кукурузы при предпосевном облучении красным и синим лазером, в то время как между контрольным вариантом и ультрафиолетовым облучением разницы не установлено. Равная закономерность отмечена нами и при исследовании содержания общего хлорофилла в листьях односемянных сортов и образцов кормовой свеклы.

Изучение динамики накопления сахаров у различных сортов проса в зависимости от способов предпосевной обработки показывает, что максимальное содержание их отмечено при воздействии на семена пульсирующим магнитным полем. Данная особенность отчетливо проявляется у всех сортов и сохраняется с момента наблюдений до вступления растений в фазу молочной спелости. При воздействии на семена постоянным магнитным полем также отмечено существенное увеличение сахаров по сравнению с контрольным вариантом (Трифонова М.Ф.,1995).

Наибольшее содержание сахаров в растениях кукурузы при предпосевном облучении лазером с длиной волны 632,8 мн.

Синий свет лазера также в большинстве случаев оказывает заметное влияние на увеличение содержания сахаров в растительных тканях кукурузы, в то время как достоверное положительное воздействие ультрафиолетового облучения чаще всего проявляется в конце вегетационного периода.

При предпосевном воздействии постоянным током на семена ячменя растения отличались быстрым ростом, и наибольшая высота растений наблюдается в вариантах с плотностью 15х10-8 А/ см2, экспозицией 15 мин. и плотностью тока 15х10-7 А/см2, экспозицией 5 мин. Ассимиляционная поверхность также была больше у опытных растений.

Рост растений в процессе вегетации у различ-

Агрообразование. Земледелие

ных сортов проса под влиянием магнитного поля неодинаков. Так, у растений позднеспелых сортов (Мироновское 51, Уральское 1419) увеличились длина стебля и площадь листьев, в то время как у остальных сортов эти показатели в опыте остаются на уровне контроля.

Предпосевная обработка семян физическими факторами оказывает существенное влияние также и на качественный состав корнеплодов односемянной кормовой свёклы. На вариантах с лазерным облучением семян отмечено повышение содержания сахара в течение онтогенеза. У растений, выращенных из семян, подверженных лазерному облучению, средняя масса одного корнеплода была выше, чем у контрольных, на 6-30%, а при уборке - всего лишь на 2-12 %.

Анализ динамики нарастания количества листьев в расчете на одно растение у односемянной кормовой свёклы позволяет заключить, что все изученные нами варианты лазерного облучения вызывают увеличение числа листьев на протяжении вегетационного периода, однако существенная разница по отношению к контролю характерна лишь для биотипов, выращенных из семян, подвергнутых воздействию красного света с длиной волны 632,8 мн.

Урожай ячменя при предпосевной обработке семян постоянным током повышается на 6-21 %. Наибольший эффект действия тока наблюдается в вариантах с плотностью 8х10-8 А/см2, 8х10-7 А/ см2 и экспозиции 15 мин. Семена этих же вариантов отличаются лучшей выравненностью и выполненностью. Количество побегов было больше в вариантах, семена которых подвергались воздействию током плотностью 8х10-8 А/см2, 15х10-7 А/ см2 при экспозиции 5 мин. Большим количеством побегов со зрелыми колосьями отличаются варианты с плотностью тока8х10-8 А/см2, 8х10-7 А/см2 при экспозиции 5 мин. и 8х10-7 А/см2 при экспозиции 15 мин. Увеличение урожая в опытных вариантах складываются за счет уменьшения подгонов, увеличения колосков в колосе и повышения массы 1000 семян.

Достоверно увеличивается масса зерна проса при действии магнитного поля в расчете на метелку по сравнению с контролем. Наибольшая прибавка отмечена у сортов Скороспелое 66, Уральское 1419, Мироновское 51, составившая соответственно 18,4; 32,1; 37,4%. Урожай зерна у гибридов кукурузы сильно варьирует в зависимости от длины лазерного света и длительности облучения. Прибавка урожая зерна у гибридов от красного света лазера при облучении в течение 30 мин. выражена величиной 4,7-19,9 ц/га.С комплексно-важными признаками (высокий урожай, раннее созревание, устойчивость) обнаружено 4 гибрида из 13 облучавшихся. Стандарт характеризуется средней устойчивостью и высокой урожайностью.

У гибридов кукурузы эффект от облучения красным светом лазера

составил 5,5-19,6 ц/га зерна при влажности 14 %.Варьирование урожайности от синего света лазера находилось в диапазоне от 83,5-105 ц/га при стандарте 78,3 ц/га. Прибавка над стандартом составила 5,2-27,2 ц/га при созревании в течение 145168 дней (у стандарта 154 дня). Из 13 гибридов с высокой устойчивостью и сокращенным периодом вегетации выделено 8 гибридов.

Предпосевная обработка семян кормовой свеклы лазерным облучением оказывает существенное влияние на урожайность корнеплодов. При облучении семян свёклы красным светом лазера с длиной волны 632,8 мн. прибавка по урожайности корнеплодов на 10,9-11,3 %, по сбору сахара, водорастворимых и сухих веществ - соответственно на 11,3-12,2; 12,0 и 11,1-11,9%.. Эффект от ультрафиолетового воздействия по всем показателям продуктивности составил - 10,9%, что также подтверждает его высокую результативность.

Сравнительный анализ энергетических затрат между контролем и вариантами предпосевного воздействия на семена физическими факторами свидетельствует о возрастании расхода совокупной энергии в расчете на 1 га посевов на 0,3-1% за счет расходов на облучение посевного материала, транспортировку и очистку дополнительного урожая. Одновременно, в среднем, по всем вариантам опытов за годы исследований отмечен рост урожайности с гектара посевов, который составил при возделывании ячменя 16,1-21%, проса 18, кукурузы 17,9-25,4 и кормовой свёклы 4,1-11,5%. Следовательно, затратив дополнительно 0,3-1% совокупной энергии, во всех случаях получен ощутимый прирост урожайности за счет разработанного и рекомендуемого нами приема по предпосевной обработке семян с помощью физических факторов.

Применение предпосевного облучения семян значительно увеличивает чистый энергетический доход. Т ак, варианты с оптимальными дозами воздействия обеспечивают дополнительно к контролю на посевах ячменя 16,18 Г Дж/га, проса - 40,38, кукурузы - 91,98 и кормовой свёклы - 297,8. Вместе с тем коэффициент энергетической эффектив-

Агрообразование. Земледелие

ности и биоэнергетический коэффициент (КПД) посевов возросли соответственно на 0,91; 2,05; 3,72 и 0,93, а затраты совокупной энергии на 1 т основной продукции одновременно снизились при возделывании ячменя на 1,32 ГДж, проса - 0,54, кукурузы - 0,61 и кормовой свёклы - на 0,08 ГДж.

Анализ. Выводы. Рекомендации

Таким образом, расчет энергетической эффективности показывает, что разработанный и рекомендуемый нами прием воздействия физическими факторами на посевной материал полевых культур позволяет при практически одинаковых суммарных энергетических затратах с контролем получить статически достоверную прибавку зерна и корнеплодов в расчете на 1 га. При этом каждая калория технологических затрат обеспечивает в процессе функционирования посевов полевых культур на опытных вариантах 4,19-17,87 ккал, в то время как на контроле - 3,48-14,14 ккал энергии, аккумулированной в урожае. Чистый энергетический доход составил 72,54 430,57 ГДж/га при 60,4338,59 Г Дж/га на контроле; уровень рентабельности на посевах ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы возрос соответственно на 71-92, 173, 263-373 и 32-92% по отношению к стандарту (Трифонова М.Ф., Бляндур О.В. и др.).

Для получения высоких и устойчивых урожаев полевых культур с наименьшими затратами и высоким качеством продукции предлагается:

- использовать в качестве эффективного приема улучшения качества семян и повышения продуктивности посевов воздействие физических факторов;

- в целях формирования высокопродуктивных агрофитоценозов ярового ячменя семена перед посевом необходимо подвергать воздействию постоянным током плотностью 8 х 10-8 А/см2 с экспозицией 15 мин., а семена проса пульсирующим магнитным полем 0,1 Э;

- для повышения продуктивности кукурузы целесообразно проводить облучение посевного материала красным светом лазера с длиной волны 632,8 нм и экспозицией 30 мин., односемянной кормовой свеклы - красным светом лазера с длиной волны 632,8 нм и экспозицией 60 мин.

Литература

1. Сиротин А.А., Сиротина Л.В., Трифонова М.Ф. Морфофизиология проса. М.,1992.

2. Трифонова М.Ф., Бляндур О.В. и др. Физические факторы в растениеводстве. М.1998.

3. Трифонова М.Ф. Продуктивность полевых культур при действии физических факторов. Краснодар, 1995.