Влияние обработки семян микроэлементами на урожайность яровых зерновых культур в условиях почвенной засухи

Таким образом, хелатообразующий агент ЭДТА увеличивает доступность металлов в субстрате, повышает их накопление растениями и, при определенных дозах, а также способах внесения, улучшает показатели жизнедеятельности растений.

Литература

1. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экоток-сикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. - М.: Авторск. редакц., 1999. - 175 с.

2. Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение // Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 4. - С. 8-16.

3. Башкин В.Н., Завалин А.А., Жеребцова Г.П., Прохоров И.С., Карпова Д.В. и др. Программа первоочередных

мероприятий по оздоровлению городских почв. - М.: Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, 2004. - 198 с.

4. Clegg S., Gobran G.R. Rhizospheric P and K in forest soil manipulated with ammonium sulphate and water // Can. J. Soil Sci., 1997. - P. 525-533.

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агро-промиздат, 1985. - 552 с.

6. Автухович И.Е., Постников Д.А. Ремедиация грунтов. Индуцированная фитоэкстракция. Saarbrucken, Germany: Palmarium academic publishing, 2013. - 92 с.

7. Галиулин Р.В., Галиулина Р.Р., Башкин В.Н. Влияние эффекторов фитоэкстракции на ферментативную активность почвы, загрязненной тяжелыми металлами // Агрохимия, 1998, № 7. - С. 77-86.

УДК 631.81.095.337

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ

П.А. Яковлев, И.В. Верниченко, д.б.н., Л.С. Большакова, к.б.н. РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: petro8710@gmail.com

В статье представлены результаты вегетационного опыта по изучению протекторного действия селена, кремния и цинка к стрессовым факторам (нарастающая почвенная засуха) на примере зерновых культур пшеницы и тритикале. Ключевые слова: почвенная засуха; селен; кремний; цинк; пшеница; тритикале; продуктивность; вегетационный опыт.

INFLUENCE OF SEED TREATMENT BY MICROELEMENTS ON THE SPRING CEREALS YIELD

UNDER DROUGHT CONDITIONS P.A. Yakovlev, I.V. Vernichenko, L.S. Bol'shakova

The results of pot experiments of the protective effect of selenium, silicon and zinc to increasing soil drought are shown for cultivars of spring wheat and spring triticale.

Keywords: soil drought; selenium; silicon; zinc; wheat; triticale; productivity; pot experiment.

Изменение климата в последние годы, прежде всего в сторону засухи, приводит к дефициту запасов почвенной влаги и высоким температурам [1, 2]. Отсюда возникают потери продуктивности зерновых культур, которые необходимо снижать.

В 2009-2010 гг. проводили мелкоделяночные полевые опыты с яровыми пшеницей и тритикале на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Площадь делянки 5 м2. Повторность опыта 4-кратная. Норма высева 4,5 млн. всхожих семян на 1 га. Почва опытного участка слабокислая (рНю 5,3), содержание подвижных форм фосфора и калия на уровне V и IV класса соответственно. Изучали влияние разных уровней азотного питания на продуктивность различных сортов опытных культур. Схема опыта включала три варианта по уровню азотного питания: 1) фон - в виде комплексно-

го удобрения в основное внесение; 2) фон + по всходам; 3) фон + по всходам + в фазе кущения. Дополнительные дозы азота вносили в форме NH4NO3. Годы проведения полевых опытов крайне различались по условиям увлажнения. Если 2009 г практически не отличался от средних многолетних данных по выпавшим осадкам и температуре воздуха, то 2010 г. был экстремально жарким и засушливым, что позволило получить

данные, указывающие на негативное влияние почвенной засухи и аномально высоких температур в период налива и созревания зерна на продуктивность опытных культур.

Из таблицы 1 видно, что в 2010 г урожайность всех трех сортов яровой тритикале и одного сорта пшеницы резко снижалась (в 2-4 раза) по сравнению с предыдущим годом. 2010 г в период налива и созревания зерна отличался выраженной почвенной засухой. Отдельные сорта тритикале различались по засухоустойчивости. Урожайность сорта 131/7 в наибольшей степени снижалась при воздействии засушливых условий. Сорта Укро и Legalo были более устойчивы к засухе и существенно превышали по этому показателю растения пшеницы. Дополнительные дозы азота в засушливых условиях способствовали снижению продуктивности обеих культур. Аналогичное снижение засухоустойчивости при повышенном уровне азотного питания было установлено ранее для растений пшеницы в исследованиях одного из авторов данной работы [3].

В связи с этим перед нами была поставлена задача изучить пути для снижения отрицательного влияния дефицита почвенной влаги на продуктивность зерновых культур. Один из путей решения этой проблемы - применение отдельных микроэлементов (МЭ), повышающих устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. Исследования последних лет

1. Урожайность яровых тритикале и пшеницы при разных уровнях азотного питания

/___ _ _ _ ___ч , 2

Сорт 2009 г. 2010 г. Отношение 2009/2010 гг.

Фон - К57Р57К51 в основное внесение

131/7* 532 229 2,32

Укро 555 279 1,99

Legalo 651 306 2,13

Иволга 583 262 2,22

Фон + Ы30 по всходам

131/7 592 164 3,61

Укро 590 282 2,09

Legalo 677 282 2,40

Иволга 643 247 2,60

Фон + Ы30 по всходам + Ы30 в фазе кущения

131/7 587 149 3,94

Укро 627 253 2,48

Legalo 718 264 2,72

Иволга 672 225 2,98

НСР0< 35 24 -

* сорта яровой тритикале; ** сорт яровой пшеницы.

2. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы 0-20 см

Гумус, % (по Тюрину) Нг 8 Т Р205 К2О

РНН20 Рнкс1 мг-экв/100 г почвы V, % мг/кг сухой почвы

2,3 6,1 4,8 4,46 18,7 | 13,2 66 270 121

показали, что наряду с цинком, под влиянием которого ранее отмечено повышение засухоустойчивости растений [3, 4], важная роль в усилении адаптивного потенциала растений принадлежит также селену [5-11]. Это, в частности, связано с его антиоксидантным действием [5, 7, 10, 12, 13]. В литературе имеются также отдельные экспериментальные данные, показывающие положительное влияние соединений кремния на стрессоустой-чивость растений [14, 15]. В связи с этим нами была поставлена задача выяснить протекторную роль Бе, 81 и гп при негативном воздействии неблагоприятных условий внешней среды на растения тритикале и пшеницы.

Для оценки защитного влияния изучаемых микроэлементов (гп, Бе и Б1) в условиях почвенной засухи в 2012-2013 гг. проводили вегетационные опыты с почвен-

ной культурой в вегетационном домике на базе кафедры агрономической, биологической химии и радиологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.

Объектами исследования были яровые пшеница (сорт Лада) и тритикале (сорт Ярило). Растения выращивали на дерново-подзолистой почве в сосудах Митчерлиха емкостью 5 кг абсолютно сухой почвы (табл. 2). Повтор-ность опыта 4-кратная. При набивке сосудов вносили 150 мг азота и по 100 мг Р205 и К20 на 1 кг почвы. Почву известковали в полной дозе по гидролитической кислотности.

Схема опыта включала в себя варианты с предпосевной обработкой семян гп, Бе и путем смачивания соответствующими растворами (5% от массы семян) в норме 30; 2,5 и 50 г элемента на гектарную норму семян соответственно. Микроэлементы применяли в виде растворов солей гпБ04 х 7Н20, №2Бе03 и №2БЮ3 х 9Н20. Нарастающую почвенную засуху создавали путем прекращения полива растений на протяжении 6-7 дней, до достижения влажности почвы устойчивого завядания (14% ПВ), на VI этапе органогенеза (выход в трубку), а также в период закладки цветков в колосе. После засухи растения до конца вегетации получали оптимальный полив. Растения выращивали до полной спелости. При оптимальных условиях увлажнения влияние предпосевной обработки семян МЭ зависело от погодных условий. Так, в 2012 г. применение и гп достоверно повышало урожайность тритикале, а в 2013 г. при использовании Бе и гп. Наибольшая продуктивность яровой тритикале в оптимальных условиях отмечена при применении цинка и составила 14,7 и 21,6 г зерна/сосуд в 2012 и 2013 гг. соответственно (табл. 3).

В условиях почвенной засухи урожайность яровой тритикале в контрольном варианте (без применения микроэлементов) снижалась в значительной степени. Так, в 2012 г. масса зерна сократилась на 34%, а в 2013 г. - на 65%. Масса побочной продукции в условиях стресса достоверно не снижалась. Это объясняется тем, что на VI этапе органогенеза формируются элементы продуктивности и влияние стресса сказывается на массе зерна. Предпосевная обработка семян изучаемыми микроэлементами положительно повлияла на урожайности тритикале. Наиболее отчетливо влияние применения Бе наблюдалось в условиях засухи. Так, если при оптимальных условиях существенной прибавки урожая зерна не

3. Урожайность яровой тритикале сорта Ярило в зависимости от условий увлажнения

при обработке микроэлементами

Масса зерна Масса побочной Кхоз

Вариант 2012 г. 2013 г. "родук! 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.

г/сосуд % к контролю г/сосуд % к контролю

Тритикале Н2О Оптимальные условия 12,0 100 16,2 100 19,6 30,9 1 1,63 1 1,91

Засуха 9,1 76 5,6 35 19,7 28,2 1 2,16 1 5,04

Бе Оптимальные условия 11,2 93 20,2 125 25,6 38,4 1 2,29 1 1,90

Засуха 12,4 136 10,3 184 23,2 34,1 1 1,87 1 3,31

Оптимальные условия 13,6 113 16,7 103 25,6 31,7 1 1,88 1 1,90

Засуха 12,2 134 8,3 148 21,6 37,6 1 1,77 1 4,53

гп Оптимальные условия 14,7 123 21,6 133 22,4 41,1 1 1,52 1 1,90

Засуха 12,5 137 9,2 164 22,9 33,8 1 1,83 1 3,67

НСР05А(Условия увлажнения) 0,8 - 0,5 - 0,6 3,0 - -

НСР05Б(ПОС) 0,9 - 0,6 - 0,7 3,6 - -

нср05аб 1,5 - 0,9 - 1,1 5,9 - -

4. Урожайность яровой пшеницы сорта Лада в зависимости от условий увлажнения

при обработке микроэлементами

Масса зерна Масса побочной Кхоз

Вариант 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.

г/сосуд % к контролю г/сосуд % к контролю

Н2О Оптимальные условия 14,0 100 15,2 100 22,4 23,9 1 1,60 1 1,57

Засуха 5,6 40 8,0 53 19,6 15,7 1 3,50 1 1,96

й Se Оптимальные условия 12,8 91 16,3 107 17,6 20,0 1 1,38 1 1,23

S m Засуха 10,8 193 10,3 129 20,0 14,3 1 1,85 1 1,39

(D Ч Si Оптимальные условия 16,3 116 16,0 105 18,6 21,6 1 1,14 1 1,35

с Засуха 6,4 114 11,4 143 16,8 15,5 1 2,63 1 1,36

Zn Оптимальные условия 18,4 131 16,7 110 19,5 21,7 1 1,06 1 1,30

Засуха 7,2 129 10,5 131 18,4 20,9 1 2,56 1 1,99

НСР 05А(Условия увлажнения) 0,2 - 0,9 - 0,2 0,9 - -

НСР05Б(ПОС) 0,3 - 1,1 - 0,3 1,1 - -

нср05аб 0,6 - 1,8 - 1 1,9 - -

наблюдалось в 2012 г., то в засушливых условиях, в связи с протекторной ролью селена, масса зерна при обработке этим элементом увеличивалась на 36-84%. Существенные прибавки массы зерна яровой тритикале в условиях дефицита почвенной влаги были получены при применения 81 и 2п соответственно 34-48 и 37-64%. Рассматривая результаты вегетационных опытов с яровой пшеницей (табл. 4) можно отметить, что в условиях оптимального полива положительное влияние предпосевной обработки семян микроэлементами на урожайность зерна имело те же закономерности, что и у яровой тритикале. В 2012 г достоверный положительный эффект был установлен в вариантах с применением 81 и 2п, а в 2013 г - с 8е и 2п.

Искусственная почвенная засуха в 2012 г. резко снижала (в 2,5 раза) урожай зерна пшеницы в вариантах без микроэлементов, а в 2013 г. - почти в 2 раза. В тоже время снижение накопления вегетативной массы растений пшеницы было выражено намного слабее. Как и в случае с тритикале более заметное влияние обработки семян микроэлементами на продуктивность растений пшеницы было отмечено в условиях почвенной засухи.

Максимально протекторное действие против негативного воздействия почвенной засухи было отмечено в 2012 г. при использовании 8е, а в 2013 г - 81. Так, в 2012 г. при обработке семян 8е потери урожая зерна от дефицита воды снизились с 8,4 до 2,0 г, т.е. более чем в 4 раза, а применение 81 в 2013 г. способствовало уменьшению потерь зерна с 7,2 до 4,6 г или в 2 раза.

Таким образом, в условиях микрополевых опытов снижение урожая зерна, вызванное засухой 2010 г., зависело от сортовых особенностей яровой тритикале. Повышенные дозы азота увеличивали негативное влияние почвенной засухи. Влияние предпосевной обработки семян яровых пшеницы и тритикале 8в, Si и 2и в условиях оптимального полива зависело от складывающихся погодных условиях в течение вегетационного периода. Искусственная нарастающая почвенная засуха на VI этапе органогенеза значительно (в 2 и более раз) снижала урожай зерна тритикале и пшеницы. Предпосевная обработка семян Se, Si и 2и в большинстве случаев повышала устойчивость растений в почвенной засухе. Протекторный эффект в условиях водного стресса наиболее выражен при предпосевной обработке семян яровых тритикале и пшеницы Se в дозе 2,5 г д.в. на гектарную норму семян.

Литература

1. Ниловская Н.Т., Осипова Л.В. Приемы управления продукционным процессом яровой пшеницы агрохимическими средствами в условиях засухи. - М.: ВНИИА, 2009. -176 с.

2. Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства // Доклады РАСХН, 1999, № 2. - С. 5-10.

3. Верниченко И.В. Устойчивость яровой пшеницы к засухе в зависимости от обеспеченности растений азотом, молибденом и цинком // Известия ТСХА, 2010, Вып. 5. - С. 39-45.

4. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. -М.: Наука, 1974. - 324 с.

5. Кузнецов В.В., Холодова В.Н., Кузнецов В.В., Ягодин Б.А. Селен регулирует водный статус растений при засухе / // Докл. Академии Наук, 2003, Т. 390, № 5. - С. 713-715.

6. Серегина И.И., Сивашова А.В. Формирование продуктивности разных сортов яровой пшеницы при применении селена // Агрохимический вестник, 2010, № 5. - С. 26-27.

7. Yao X., Chu Y., Wang G. Effect of selenium on wheat seedlings under drought stress // Biol. Trace Elem. Res., 2009, V. 130. - P. 283-290.

8. Шубина О.Н., Кашин В.К. Влияние селена на яровую пшеницу в условиях селенодефицитных биогеохимических провинций // Агрохимия, 2012, № 5. - С. 45-51.

9. Назаров В.А., Леонтьев Ю.Г. Роль Se-содержащих биологически активных веществ в повышении качества зерна мягкой яровой пшеницы // Плодородие, 2012, № 2. -С. 41-43.

10. Вихрева В.А., Блинохвастов А.А., Климетова Т.В. Селен в жизни растений. - Пенза: ПГСХА, 2012. - 222 с.

11. Серегина И.И. Продуктивность и адаптивная способность сельскохозяйственных культур при использовании микроэлементов и регуляторов роста. Автореф. дисс. д.б.н. - М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2008. - 40 с.

12. Скрыпник И.Н. Эколого-биохимические аспекты протекторных функций селена при окислительных стрессах. Дисс. к.б.н. - Калининград, 2009. - 169 с.

13. Hasanuzzaman M., Hossain M., Fujita M. Exogenous selenium pretreatment protects rapeseed seedlings from cadmium-induced oxidative stress by upregulating antioxidant defense and methylglyoxal detoxification systems // Biological Trace Element Research, 2012, V. 149. - P. 248-261.

14. Шеуджен А.Х. Агрохимия и физиология питания риса. - Майкоп: «Адыгея», 2005. - 1012 с.

15. Кошкин Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур: учебник. - М.: Дрофа, 2010. - 638 c.