СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ ПРОРАСТАНИЯ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПОД ВЛИЯНИЕМ ТОКСИКОЗА ПОЧВ И ПЕСТИЦИДОВ
METHOD FOR DETERMINATION OF SPRING CROPS SPROUTING DELAY TIME UNDER EFFECT OF SOIL TOXICOSES AND PESTICIDES

iОбласть техники
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к методам оценки потерь урожая зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов, используемых для предпосевной обработки семян.
Способы оценки потерь урожая зерновых культур могут быть основаны на определении потенциального урожая и учете возможного уменьшения урожая под воздействием определяющих факторов.
Уровень техники
Известен способ определения потенциального урожая колосовых культур [1] по формуле
Уп=Кф*Кт*(Σ(Qn/q)
где Уп - потенциальный урожай, ц/га; Кт - коэффициент хозяйственной эффективности урожая, показывающий долю полезной части урожая в общей биомассе; Кф - коэффициент использования растениями приходящей фотосинтетически активной радиации (ФАР); Qn - приход ФАР за период вегетации, млрд ккал/га; q - калорийность урожая, ккал/га. Возможные потери урожая в этом случае определяются недополучением ΔQn (приходящей фотосинтетически активной радиации за период вегетации).
Основным недостатком этого способа является трудоемкость и большие затраты времени, т.к. необходимо вырастить растения на делянках.
В случае использования способа определения потенциальной урожайности [2] по формуле
Х=(А*Б*В*Г)/100
где X - потенциальная урожайность, ц/га; А - количество растений, млн на 1 га; Б - продуктивная кустистость; В - среднее число зерен в колосе; Г - масса 1000 зерен, г, возможные потери урожая определяются возможным уменьшением количества растений млн/га, снижением продуктивной кустистости и уменьшением среднего числа зерен в колосе.
Основным недостатком этого способа является трудоемкость и большие затраты времени, т.к. необходимо вырастить растения на делянках.
Наиболее близким к заявляемому является способ, при котором используют определение потенциальной урожайности зерновых колосовых культур [3], предусматривающее сбор колосьев в хаотичном порядке, погружение собранных колосьев в сосуд с водой, определение их объема по массе выделенной воды и определение потенциальной урожайности по формуле
п
фак
У=У/q,
фак
где У - фактическая урожайность, ц/га; q - удельная масса, которая определяется отношением массы колоса к массе вытесненной воды. Возможные потери урожая в этом случае определяются уменьшением удельной массы и снижением фактической урожайности.
Основным недостатком этого способа тоже является трудоемкость и большие затраты времени, т.к. необходимо вырастить растения на делянках.
Задачей изобретения является разработка способа оценки потерь урожая зерновых культур под воздействием совместного влияния токсикоза почв и ингибирования пестицидами при предпосевной обработке ими семян при посеве обработанных семян на конкретных почвах.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении возможности оценки потенциальных потерь урожая зерновых культур на основе обработки количественных значений насыпных объемов семян зерновых культур. Технический результат также заключается в обеспечении возможности одновременного проведения измерений как для больших партий семян (от 1000 до 1200 семян), так и для широкой линейки фунгицидов и почв, что ведет к повышению достоверности получаемых результатов за счет возможности увеличения объема статистической выборки. Кроме того, технический результат заключается в повышении производительности способа при обеспечении возможности проверки пригодности фунгицидов для предпосевной обработки семян для посева на конкретных почвах. Результат для тысяч семян может быть получен уже через 48 часов. Увеличение количества семян практически не усложняет работу, так как в результате реализации заявляемого способа определяют независимый интегральный параметр (а именно, насыпной объем проросших семян), что значительно повышает точность получаемых результатов. В связи с использованием в одном опыте 1200 семян (6 повторностей по 200 семян) минимизируется ошибка, связанная с разнокачественностью семян.
Поставленная задача решается тем, что способ оценки возможных потерь урожая яровых зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов, включает последовательно выполняемые следующие этапы:
1) определяют величины суммарного ингибирования семян токсикозом почв и пестицидом опытных образцов (Иi) по формуле:
Иi=((V3-V2i)/(V3-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян злаковых колосовых зерновых культур, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов;
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3 - насыпной объем проросших семян контрольного образца,
i - порядковый номер опытного образца;
2) по значениям насыпных объемов V2i, где i - порядковый номер опытного образца, строят кинетические зависимости изменения длины проростков для выбранной культуры при проращивании обработанных семян этой культуры на исследуемой почве от времени (toi, мин),
3) определяют величину временного сдвига (%) для каждого образца и выбранной почвы (Ti)
Ti=[(toi-tni)/tпi]*100%
где Ti - временной сдвиг (%),
tпi - время прорастания семян в песке, мин.,
toi - время прорастания семян в почве до той же длины проростков, что и в песке, мин.,
4) формируют зависимость временного сдвига (Ti) от величины суммарного ингибирования (Иi) при развитии семян, определенную по насыпному объему (V2i),
5) определяют время задержки прорастания опытного образца семян в почве по формуле
Δto=1080*Ti/100,
где Δtо - время задержки прорастания обработанных семян в почве (мин),
Ti - временной сдвиг, который определили при помощи экспериментальной кривой для величины найденного суммарного ингибирования (%).
6) по времени задержки прорастания опытного образца судят о возможных потерях урожая.
При этом, для определения величины суммарного ингибирования семян опытного образца токсикозом почв и пестицидом последовательно выполняют следующие действия:
- формирование, по меньшей мере, одного обработанного раствором пестицида, опытного образца семян зерновых культур и одного необработанного контрольного образца семян зерновых культур,
- обеспечение контакта опытного обработанного образца семян с почвой с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости почвы;
- обеспечение контакта контрольного образца семян с песком с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости песка;
- выдержка указанных опытных и контрольных образцов семян до проращивания,
- удаление почвы и песка с пророщенных семян и помещение очищенных опытных и контрольных образцов пророщенных семян в идентичные прозрачные емкости с водой,
- уплотнение пророщенных семян в емкостях посредством вибрационного воздействия в вертикальной плоскости, и последующего ударного воздействия на дно емкости, при этом после вибрационного воздействия на образцы семян в емкости помещают идентичные по массе грузы,
- определение насыпных объемов опытного (V2) и контрольного (V3) образцов пророщенных семян по высоте размещения груза от дна емкости, по которым определяют величину суммарного ингибирования семян опытного образца токсикозом почв и пестицидом.
Техническая сущность изобретения заключается в том, что реакция семян на ингибирование пестицидами и конкретными почвами определяются их способностью прорастать и давать корни и ростки (проростки) при развитии обработанных фунгицидами семян на этих почвах по сравнению с развитием необработанных семян на песке. Почвы, как правило, содержат токсины, образовавшиеся функционировавшими в них фитопатогенами, при разложении растительных остатков или выделенные растениями. При приведении обработанных пестицидами семян в контакт с влажной почвой начинается поступление токсинов из почв в семена. У семян есть видовая и сортовая чувствительность к токсинам, а в разных по предыстории почвах могут накапливаться различные токсины. В результате суммарная чувствительность различных семян к действию токсинов, накопившихся в почвах, и токсическому действию пестицидов будет отличаться. Семена будут лучше прорастать при обработке теми пестицидами и на тех почвах, если они устойчивы к токсическому действию пестицидов и токсинов почв, а образующиеся из них растения будут лучше в этих почвах развиваться и дадут максимальные урожаи. Содержание токсинов в песке по сравнению с почвой пренебрежимо мало, что позволяет брать развитие проростков семян в песке за базовый показатель для сравнения. Подобное также возможно потому, что прорастающие в течение 2 суток семена еще не начинают поглощать питательные вещества из почвы, а развиваются за счет накопленных ресурсов. Поэтому при сравнении развития обработанных пестицидами семян в конкретной почве с развитием необработанных семян в песке, можно оценить суммарную реакцию семян на токсины, содержащиеся в почве, и токсическое действие пестицидов. В связи с тем, что первые этапы прорастания (набухание и проклевывание семян) обусловлены веществами, запасенными при созревании семян, информацию о прохождении биохимических процессов в семенах можно получить только на этапе развития проростков, то есть примерно через 24-36 часов после приведения семян в контакт с влагой при температуре 22-25°С. Таким образом, сравнение отношений скоростей развития проростков необработанных семян на песке и обработанных семян в изучаемой почве позволяет понять пригодность проверяемых пестицидов для обработки семян для посева на конкретной почве с ее конкретной предысторией.
Для этого одинаковые навески сравниваемых необработанных и обработанных изучаемым пестицидом семян, помещают в емкости, одни из которых содержат соответственно песок, а другие почву, на которой планируется высевать семена. К ним добавляют навески воды, которые обеспечивают оптимальное развитие семян на почве и песке. После этого емкости с образцами термостатируют при влажности воздуха близкой к 100%. По прошествии времени измеряют насыпные объемы проросших в почве и песке семян и сравнивают отношение насыпных объемов в песке и изучаемой почве, определяя величину ингибирования в процентах прорастания обработанных пестицидом семян в почве по сравнению с необработанными семенами в песке. Следует отметить, что из-за свойственной семенам разнокачественности сравнение можно проводить, определяя насыпные объемы для больших (более 1000 штук) используемых в эксперименте массивов семян. В противном случае обнаружить значимых различий в прорастании семян не представляется возможным. Насыпные объемы проросших семян определяют в цилиндре с водой объемом 100 мл, насыпая в цилиндр с водой, стоящий на вибростолике, семена с проростками небольшими порциями до образования равномерной структуры объемом около 20 мл, затем помещают на семена груз массой 8 г, уплотняющий структуру из семян с проростками, делают это несколько раз, пока все семена с проростками изучаемого образца (7,5 г исходных семян) не будут находиться в цилиндре, после чего проводят дополнительное уплотнение образовавшейся структуры из семян с проростками, постукивая цилиндром с семенами с проростками и грузиком на их поверхности о стол 30-40 раз, с последующим измерением насыпного объема.
Величину суммарного ингибирования для каждого образца (Иi) определяют по формуле:
Иi=((V3i-V2i)/(V3i-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов;
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3i - насыпной объем проросших семян контрольного образца,
i - порядковый номер опытного образца.
Для определения задержки прорастания по величине ингибирования развития семян используют кинетические зависимости изменения длины проростков для ряда культур при проращивании их семян на различных почвах. Было установлено, что суммарная длина проростков возрастает от времени по линейному закону. В качестве примера данные по изменению величины длины проростков в зависимости от времени тритикале сорта «Немчиновский 56» при проращивании в дерново-подзолистой почве приведены в таблице (Табл. 1).
В качестве примера приведен и график зависимости длины проростков 7,5 г семян от времени при их прорастании для тритикале сорт «Немчиновский 56» в дерново-подзолистой почве (Фиг. 7).
По полученным кинетическим зависимостям было определено время, за которое проростки достигают той же суммарной длины, что и при выращивании на песке. Разницу между этими временами - задержку в развитии семян на почвах назвали «временным сдвигом». Предложено задержку прорастания семян в почвах выражать в процентах относительно времени прорастания семян в песке:
T=[(to-tп)/tп]*100,
где Т - временной сдвиг (%)
tп - время прорастания семян в песке, мин (как правило, около 48 часов).
to - время прорастания семян в почве до той же длины проростков, что и в песке, мин.
Временной сдвиг удобно выражать в процентах от времени развития семян до того же состояния, что и на песке, поскольку, во-первых, удобно получать информацию при комнатной температуре, а яровые культуры прорастают при пониженных температурах, что приводит к заметному замедлению их развития. Проведенные эксперименты на яровой пшенице сорт «Лиза» показали, что при 10-12°С семена прорастают примерно в 3,5 раза медленнее по сравнению с температурой 23-25°С. Пропорционально увеличивается и величина временного сдвига.
Во-вторых, выражение временного сдвига в процентах от времени развития семян до того же состояния, что и на песке дает возможность нанести все полученные данные для различных пар «культура - почва» на один график.
Для оценки возможных потерь урожая яровых зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов заранее получают в условиях проведения экспериментов зависимость «задержка прорастания семян - ингибирование развития семян» путем получения результатов для нескольких пар «семена - почва», определяя в каждом случае ингибирование (Иi) и временной сдвиг (Ti):
где величину ингибирования почвой для каждого образца (Иi) определяли по формуле:
Иi=((V3i-V2i)/(V3i-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов (для);
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3i - насыпной объем проросших семян контрольного образца.
i - порядковый номер опытного образца.
величину временного сдвига (%) для каждой почвы (Ti)
Ti=[(toi-tпi)/tпi]*100%
где Ti - временной сдвиг (%),
tпi - время прорастания семян в песке, мин. (как правило около 48 часов),
toi - время прорастания семян в почве до той же длины проростков, что и в песке, мин., которое определяют при помощи заранее полученных зависимостей изменения длины проростков от времени для выбранных культур при проращивании необработанных семян этой культуры на исследуемой почве
i - порядковый номер опытного и контрольного образца.
Данная зависимость может быть подготовлена однократно для условий проведения эксперимента, а потом использоваться в качестве эталонной. В качестве примера приведена полученная зависимость (Фиг. 10).
Хорошо видно, что расположение точек на графике аппроксимируется экспоненциальной кривой первого порядка с коэффициентом корреляции около 99%. Из полученной зависимости (Фиг. 10) следует, что до величин ингибирования прорастания семян почвами 40-50% временной сдвиг достаточно мал и не превышает 20-35%. Влияние, которое может оказывать задержка в развитии семян такой величины на урожайность не может быть очень большим. Так, при прорастании семян яровых культур в реальных условиях на песке в течение 8-10 дней, временной сдвиг обеспечит увеличение времени прорастания на почвах до 10-13 дней. Однако ситуация заметно меняется при превышения величины ингибирования 60%. Временной сдвиг начинает резко возрастать, превышая время прорастания семян на песке при величине ингибирования более 70% в разы. Следовательно, семена будут прорастать уже не 8-10 дней, а 16-20 дней и более. Для ячменя согласно представленным данным [4] это составит потерю урожая 20-40%.
В связи с тем, что при построении зависимости «ингибирование-временной сдвиг» пары «культура-почва» подбирались произвольно, можно ожидать, что полученная экспоненциальная зависимость будет отражать не только поведение представленных пар «культура-почва», но и всех других.
Пользуясь полученной зависимостью получают величину временного сдвига (Т), которая соответствует суммарному ингибированию фунгицида и почвы при прорастании обработанных семян. При времени прорастания необработанных семян на песке при 22-25°С -2880 минут, в реальных условиях при 10-12°С яровые культуры прорастают в 3,5 раза медленнее 1080 минут, поэтому вычисляют время задержки прорастания обработанных семян в почве по формуле:
Δto=1080*Т/100,
где to - время прорастания обработанных семян в почве, мин,
Δto - время задержки прорастания обработанных семян в почве, мин,
Т - временной сдвиг, который определили при помощи экспериментальной кривой для величины найденного суммарного ингибирования (%).
Приравнивая задержку в сроках посева к задержке прорастания семян, оценивают по задержке прорастания семян влияние величины ингибирования на потери урожая, используя литературные данные по влиянию задержки сроков посева по сравнению с оптимальными на потери урожая.
После этого, используя литературные данные [4, 5] по влиянию задержки сроков посева на потери урожая и приравнивая задержку в сроках посева к задержке прорастания семян, оценивают по задержке прорастания обработанных пестицидами семян в изучаемой почве влияние величины ингибирования на потери урожая.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена фотография семян тритикале россыпью на фильтровальной бумаге, прораставших в течение 45 часов 5 г.
На фиг. 2. представлена фотография семян тритикале в мерном цилиндре, прораставших в течение 45 часов 5 г.
На фиг. 3 показана зависимость «насыпной объем - длина проростков» для 5 г семян тритикале, прораставших в дерново-подзолистой почве разное время.
На фиг. 4 представлены фотографии проросших семян тритикале 7,5 г в мерном цилиндре. Структура получена без вибровоздействия на цилиндр (а) и с вибровоздействием (б).
На фиг. 5 представлена зависимость «насыпной объем в воде - длина проростков» для 7,5 г семян тритикале, прораставших в песке разное время.
На фиг. 6 представлены зависимости «насыпной объем в воде - длина проростков» для 7,5 г семян ячменя сорт «Нур», прораставших в песке разное время при опредении насыпного объема при виброуплотнении без груза (кривая 1) и при использовании последовательного уплотнения при воздействии вибрации под грузом (кривая 2).
На фиг. 7 представлена зависимость длины проростков 7,5 г семян от времени при их прорастании для тритикале сорт «Немчиновский 56» в дерново-подзолистой почве
На фиг. 8 представлена зависимость длины проростков 7,5 г семян от времени при прорастании семян яровой пшеницы сорта «Лиза»: а)- в дерново-подзолистой почве, б) в серой лесной почве.
На фиг. 9 представлена зависимость длины проростков 7,5 г семян от времени при прорастании семян ярового ячменя сорта «Раушан» в черноземе
На фиг. 10 представлена зависимость временного сдвига от ингибирования при развитии семян в почвах по сравнению с песком для пар семена-почва: тритикале сорт «Немчиновский 56» - дерново-подзолистая почва (1); яровой ячмень сорт «Раушан» - чернозем (2); пшеница яровая сорт «Лиза» - дерново-подзолистая почва (3); рожь сорт «Татьяна» - чернозем (4); пшеница яровая сорт «Лиза» - серая лесная почва (5); яровой ячмень сорт «Нур» - серая лесная почва (6).
На фиг. 11. представлены фотографии растений ярового ячменя сорт «Раушан», выросшие за 2 недели в черноземе из семян, необработанных (а) и обработанных фунгицидом «Тебу 60» (б).
Осуществление изобретения
Оценку потерь урожая зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов, применяемых для предпосевной обработки семян для посева на конкретных почвах заявляемым способом можно проводить на хлебных злаковых зерновых культурах, таких как пшеница, рожь, ячмень, тритикале и др. злаковых зерновых культурах, у которых мочковатая корневая система.
Для проращивания семян используют любые емкости, используемые для данных целей. В качестве субстратов для проращивания можно использовать песок, любые почвы зонального ряда: дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые почвы. Количество субстрата, используемого для проращивания принципиального значения не имеет. Необходимым условием является одинаковое количество субстрата для проращивания опытной, контрольной и поправочной (для учета объема набухших семян (V1)) партии семян. Одинаковые навески семян (обработанные пестицидами и контрольные необработанные), помещают в емкости, засыпают почвой и песком соответственно и добавляют воду.
2
После этого емкости с образцами помещают в термостатируемый шкаф (при 22°С), в котором создают атмосферу 100% влажности и выдерживают в течение времени, которое определяется размером проростков, при этом максимальное время определяется средней суммарной длинной не превышающей 16000 мм и не менее 5000-7000 мм на 7,5 г семян (приблизительно 200 штук). По прошествии времени отмывают проросшие семена от почвы (песка) на сите и помещают в мерный цилиндр с водой. Насыпают семена постепенно, чтобы они оседали в цилиндре раздельно, при этом на цилиндр оказывают вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике), облегчая перемещение семян друг относительно друга, когда их проростки придут в соприкосновение. Семена с проростками помещают в цилиндр небольшими порциями до образования ажурной структуры объемом около 20 мл, затем помещают на семена груз массой 8 г, уплотняющий структуру из семян, делают это несколько раз, пока все семена с проростками изучаемого образца (7,5 г исходных семян) не будут находиться в цилиндре, После чего уплотняют проросшие семена в цилиндре легкими постукиваниями цилиндра с проросшими семенами о стол (30-40 ударов), поместив предварительно на поверхность семян небольшой грузик (из расчета давления груза 1-2 г/см) для создания дополнительного давления на поверхность семян в цилиндре. Затем измеряют насыпной объем проросших семян в цилиндре, ориентируясь на нижнюю плоскую поверхность грузика. Величина ингибирования определяется в процентах как отношение разностей насыпных объемов проросших семян в почвах и песке с набухшими семенами.
Для измерения насыпной плотности в качестве прозрачной емкости (сосуда) используют прозрачные цилиндрические емкости с соотношением высоты и диаметра цилиндра 5:8. Предпочтительно использовать лабораторные мерные цилиндры из прозрачного материала.
Объем воды, предварительно наливаемый в цилиндрическую емкость, превышает объем измеряемых семян в 3-5 раз и при постепенном насыпании проросших семян в цилиндр, обеспечивает раздельное друг от друга оседание семян с сохранением проростков.
Ударное воздействие проводят путем встряхивания емкости с водой и семенами 30-40 раз с силой равной силе свободного падения цилиндра на поверхность стола с высоты 1 см с допустимой величиной отклонений от указанных значений не более 10%, при этом диаметр грузика должен быть меньше диаметра цилиндра на 2 мм (с допустимой величиной отклонений от указанного значения не более 10%).
Для определения задержки прорастания по величине ингибирования развития семян используют заранее полученную в условиях проведения экспериментов зависимость «задержка прорастания семян - ингибирование развития семян». Данная зависимость может быть подготовлена однократно для условий проведения эксперимента, а потом использоваться в качестве эталонной.
Для получения данной зависимости изучают нескольких пар «семена - почва» и строят кривую «задержка прорастания семян - ингибирование развития семян», определяя время прорастания семян в изучаемой почве по сравнению с песком. Задержку прорастания семян в почвах выражают в процентах относительно времени прорастания семян в песке.
После этого, используя литературные данные по влиянию задержки сроков посева на потери урожая и приравнивая задержку в сроках посева к задержке прорастания семян, оценивают по задержке прорастания обработанных пестицидами семян в изучаемой почве влияние величины ингибирования на потери урожая.
Ниже представлено более детальное описание заявляемого способа, которое не ограничивает объем притязаний заявляемого изобретения, а демонстрирует возможность осуществления изобретения с достижением заявляемого технического результата.
Пример 1. Сравнительный, установление границ применения при определении насыпного объема проросших семян в цилиндре без воды.
Для проращивания семян брали емкость с площадью 4900 мм, в нее насыпали 20 г дерново-подзолистой почвы влажностью 22-23% и равномерно разравнивали. На нее помещали 5 г семян тритикале сорт «Немчиновский 56», располагая их по всей поверхности почвы. Затем сверху на семена насыпали еще 20 г дерново-подзолистой почвы и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность почвы равномерно (по каплям) подавали 7,5 г воды. Приготовленные образцы помещали на 40-48 часов в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с почвой из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали почву дистиллированной водой. После удаления почвы семена переносили на фильтровальную бумагу, удаляя капиллярную влагу (Фиг. 1). Затем проросшие семена насыпали в мерный цилиндр на 25 мл с внутренним диаметром 18 мм. После этого, постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с силой равной силе свободного падения цилиндра на поверхность стола с высоты 1 см, семена в цилиндре уплотняли и фиксировали насыпной объем (Фиг. 2). Затем семена высыпали из мерного цилиндра, охлаждали (прекращая развитие проростков) и проводили измерение общей длины проростков (корней и ростков). Выдерживая семена в контакте с влажной почвой разное время построили для семян тритикале зависимости длины проростков от измеряемого насыпного объема (Фиг. 3).
На представленных графиках хорошо видно, что до суммарной длины проростков около 2000 мм у исходных 5 г семян тритикале (Фиг. 3) наблюдается линейная зависимость насыпного объема от длины проростков. При дальнейшем увеличении длины проростков они теряют жесткость и линейная зависимость нарушается. Более того, при превышении суммарной длины проростков величины 2000 мм насыпной объем начинает уменьшаться.
Из полученных результатов следует, что на линейном участке кривой «длина проростков - насыпной объем» данный метод можно использовать для определения длины проростков по насыпному объему и, следовательно, для оценки влияния почв и пестицидов на развитие семян.
Линейная зависимость между общей длиной проростков и насыпным объемом проросших семян позволяет не измерять длину корней, а по сравнению насыпных объемов проросших семян опытного образца (V2) и контроля (V3) определять «процент ингибирования», взяв за 100% увеличение насыпного объема контрольного образца при проращивании.
Величину суммарного ингибирования для каждого образца (Иi) определяли по формуле:
Иi=((V3i-V2i)/(V3i-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян злаковых колосовых зерновых культур, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов (Данный коэффициент равен 20 мл для таких культур и практически не изменяется при изменении субстрата, в пределах погрешности определения. В случае других злаковых культур (не колосовых), размер зерна которых значительно больше (допустим, кукуруза), или меньше (просо) этот объем будет другим и может быть определен указанным выше способом.).
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3i - насыпной объем проросших семян контрольного образца.
i - порядковый номер опытного образца.
При этом следует отметить, что на величину V1 не влияет (в пределах погрешности) субстрат, в котором производится проращивание (песок или почва).
Пример 2. Определение насыпного объема проросших семян в воде.
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г сухого песка, равномерно разравнивали, на него помещали 7,5 г семян тритикале сорт «Немчиновский 56», располагая их по всей поверхности песка. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г сухого песка и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность песка равномерно (по каплям) подавали 15 г воды. Приготовленные образцы помещали на 40-52 часа в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с песком из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали песок дистиллированной водой. После удаления песка семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренними диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике). Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга. Из полученных данных (Фиг. 4) хорошо видно, что использование вибрационного воздействия на цилиндр позволяет избавиться от пустот, возникающих в структуре из проросших семян и, следовательно, повышает воспроизводимость метода.
2
После этого на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с амплитудой 0-5 см, семена в цилиндре уплотняли повторно и фиксировали насыпной объем. Затем семена высыпали из мерного цилиндра, охлаждали (прекращая развитие проростков) и проводили измерение общей длины проростков (корней и ростков). Выдерживая семена в контакте с влажным песком различное время, построили для семян тритикале зависимость измеряемого насыпного объема в воде проросших семян от длины проростков (Фиг. 5). При суммарной длине проростков более 8500 мм линейная зависимость нарушается.
Таким образом, способ определения насыпного объема проросших семян в воде примерно в 3 раза позволяет увеличить предельную суммарную длину проростков 7,5 г семян тритикале, которая может быть измерена этим способом (с 3000 мм до 8500 мм), по сравнению с измерением насыпного объема сухих семян, что значительно увеличивает возможности способа.
2
Для удобства пересчета при проведении экспериментов данные «насыпной объем - длина проростков» представлены в виде таблицы (Табл. 2), характеризующей зависимость насыпного объема 7,5 г проросших семян тритикале сорт «Немчиновский 56» от длины проростков, определенная в цилиндре 100 мл с водой при воздействии на цилиндр с водой при внесении в него семян вибрации частотой 50 Гц с амплитудой 3-4 мм с последующим постукиванием цилиндром о стол (40 раз) при помещении на поверхность семян грузика 8 г с диаметром 26 мм, создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см..
Пример 3. Определение насыпного объема проросших семян в воде при последовательном виброуплотнении с грузом.
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г сухого песка, равномерно разравнивали, на него помещали 7,5 г семян ярового ячменя сорт «Нур», располагая их по всей поверхности песка. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г сухого песка и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность песка равномерно (по каплям) подавали 15 г воды. Приготовленные образцы помещали на 40-52 часа в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с песком из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали песок дистиллированной водой. После удаления песка семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренними диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике). Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга до объема около 20 мл после этого на семена помещали груз 8 г и уплотняли семена с проростками под грузом при воздействии вибрации 15-20 секунд. После этого груз снимали и опять насыпали около 20 мл семян и опять уплотняли семена при воздействии вибрации под грузом. Операции последовательного уплотнения под грузом проводили до тех пор, пока в цилиндре не оказывались все семена изучаемого образца. Обычно 4-5 раз.
2
После этого на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с амплитудой 0-5 см, семена в цилиндре уплотняли повторно и фиксировали насыпной объем. Затем семена высыпали из мерного цилиндра, охлаждали (прекращая развитие проростков) и проводили измерение общей длины проростков (корней и ростков). Выдерживая семена в контакте с влажным песком различное время, построили для семян ячменя зависимость измеряемого насыпного объема в воде проросших семян от длины проростков при использовании последовательного уплотнения при воздействии вибрации под грузом в сравнении с получением структур в цилиндре по способу описанному в примере 2. При суммарной длине проростков более 8500 мм линейная зависимость в методе из примера 2 нарушается (Фиг. 6, кривая 1), а при использовании последовательного уплотнения при воздействии вибрации под грузом линейность сохраняется до 15000-16000 мм (Фиг. 6, кривая 1), то есть увеличивается почти в 2 раза.
Пример 4. Для построения кривой «задержка прорастания семян - ингибирование развития семян» использовали семена яровой пшеницы (Triticum) сорт «Лиза», тритикале (Triticosecale) сорт «Немчиновский 56», ярового ячменя (Hordeum) сортов «Нур» и «Раушан» и ржи (Secale cereale) сорт «Татьяна».
В работе использовали: сухой отмытый речной песок с размером частиц 0,5-0,8 мм, образцы дерново-подзолистой почвы из окрестностей поймы р. Яхрома влажностью 18,1% (после зерновых), серой лесной почвы из Тульской области (Щекинский район) влажностью 21,6% (после зерновых), а также чернозема типичного из Липецкой области (Данковский район) влажностью 33,1% (после картошки).
Было изучено влияние почв на изменение длины проростков 7,5 г семян (~200 шт) при их прорастании в различных почвах.
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г субстрата, равномерно разравнивали, на него помещали 7,5 г семян, располагая их по всей поверхности субстрата. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г субстрата и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность субстрата равномерно (по каплям) подавали воду. Для используемых субстратов оптимальные навески воды составили: песка - 15 г; дерново-подзолистой почвы - 9 г; серой лесной почвы - 13,5 г; чернозема - 13,5 г. Приготовленные образцы помещали на 30-55 часов в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с субстратом из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали субстрат дистиллированной водой. После удаления субстрата семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренними диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике). Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга до объема около 20 мл после этого на семена помещали груз 8 г и уплотняли семена с проростками под грузом при воздействии вибрации 15-20 секунд. После этого груз снимали и опять насыпали около 20 мл семян и опять уплотняли семена при воздействии вибрации под грузом. Операции последовательного уплотнения под грузом проводили до тех пор, пока в цилиндре не оказывались все семена изучаемого образца. Обычно 4-5 раз.
2
Затем на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с амплитудой 0-5 см, семена в цилиндре уплотняли повторно и фиксировали насыпной объем.
Величину ингибирования для каждого образца (Иi) определяли по формуле:
Иi=((V3i-V2i)/(V3i-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян злаковых колосовых зерновых культур, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов (данный коэффициент равен 20 мл для таких культур),
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3i - насыпной объем проросших семян контрольного образца,
i - порядковый номер опытного образца.
После этого строили кинетические зависимости «длина проростков - время» для разных пар «культура-почва» и по полученным кинетическим зависимостям определяли время, за которое длина проростков изучаемых семян на конкретной почве достигала длины проростков, образующихся у изучаемых семян за 48 часов на песке, выражая его в процентах относительно времени прорастания на песке. В качестве примера данные по изменению величины длины проростков в зависимости от времени пшеницы сорта «Лиза» при проращивании в дерново-подзолистой и серой лесной почве приведены в таблице (Табл. 3) и на графиках (Фиг. 8).
Представлены зависимости длины проростков 7,5 г семян от времени при прорастании семян яровой пшеницы сорта «Лиза» в дерново-подзолистой почве (Фиг. 8, а)) и в серой лесной почве (Фиг. 8, б)).
На фиг. 9 представлена зависимость длины проростков 7,5 г семян от времени при прорастании семян ярового ячменя сорта «Раушан» в черноземе
Задержку прорастания семян в почвах вычисляли в процентах относительно времени прорастания семян в песке, временной сдвиг (Т).
Ti=[(to-tп)/tп]*100 где,
Ti - временной сдвиг (%),
tпi - время прорастания семян в песке (как правило около 48 часов),
toi - время прорастания семян в почве до той же длины проростков, что и в песке, которое определяют при помощи заранее полученных зависимостей изменения длины проростков от времени для выбранных культур при проращивании необработанных семян этой культуры на исследуемой почве (аппроксимируют зависимость прямой линией).
Полученные данные представлены в таблице 4.
На основе полученных данных была построена зависимость «задержка прорастания семян - ингибирование развития семян» (Фиг. 10), которая аппроксимируется экспонентой первого порядка с коэффициентом корреляции около 99%. и позволяет оценивать временной сдвиг при прорастании семян зерновых культур на различных почвах по величине ингибирования развития семян почвами. В связи с тем, что при построении зависимости «ингибирование-временной сдвиг» пары «культура-почва» подбирались произвольно, можно ожидать, что полученная экспоненциальная зависимость будет отражать не только поведение представленных пар «культура-почва», но и всех других, поэтому может быть использована для нахождения временного сдвига при ингибировании, определенном для прорастания различных семян колосовых зерновых культур на различных почвах.
Пример 5. Оценка потерь урожая при суммарном ингибировании ярового ячменя сорт «Раушан» разными пестицидами и черноземом.
В качестве субстратов использовали сухой отмытый речной песок с размером частиц 0,5-0,8 мм и образцы чернозема типичного из Липецкой области (Данковский район) влажностью 33,1% (после картошки).
Для обработки семян использовали пестициды (фунгициды):
«Фитоспорин М» с концентрацией раствора 100 г/л при расходе раствора 20 литров на тонну семян;
«Раксил Ультра» с концентрацией раствора 50 г/л при расходе раствора 20 литров на тонну семян;
«Тебу 60» с концентрацией раствора 100 г/л при расходе раствора 20 литров на тонну семян;
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г субстрата, равномерно разравнивали, на него помещали 7,5 г семян ярового ячменя сорт «Раушан» (необработанных на песке и обработанных фунгицидами на почве), располагая их по всей поверхности субстрата. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г субстрата и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность субстрата равномерно (по каплям) подавали воду. Для используемых субстратов оптимальные навески воды составили: песка - 15 г, чернозема - 13,5 г. Приготовленные образцы помещали на 48 часов в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с субстратом из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали субстрат дистиллированной водой. После удаления субстрата семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренними диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике). Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга до объема около 20 мл после этого на семена помещали груз 8 г и уплотняли семена с проростками под грузом при воздействии вибрации 15-20 секунд. После этого груз снимали и опять насыпали около 20 мл семян и опять уплотняли семена при воздействии вибрации под грузом. Операции последовательного уплотнения под грузом проводили до тех пор, пока в цилиндре не оказывались все семена изучаемого образца. Обычно 4-5 раз.
2
После этого на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с амплитудой 0-5 см, семена в цилиндре уплотняли повторно и фиксировали насыпной объем.
Величину суммарного ингибирования для каждого образца (Иi) определяли по формуле:
Иi=((V3i-V2i)/(V3i-V1))*100%,
где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян злаковых колосовых зерновых культур, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов.
V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3i - насыпной объем проросших семян контрольного образца.
i - порядковый номер опытного образца.
Затем, используя зависимость «временной сдвиг-ингибирование» (получение которой описано в примере 4) (Фиг. 10) оценили задержку прорастания. Пользуясь полученной зависимостью получают величину временного сдвига (Т), которая соответствует суммарному ингибированию фунгицида и почвы при прорастании обработанных семян. При времени прорастания необработанных семян на песке при 22-25°С -2880 минут, в реальных условиях при 10-12°С яровые культуры прорастают в 3, 5 раза медленнее 1080 минут, поэтому вычисляют время задержки прорастания обработанных семян в почве по формуле:
Δto=1080*Т/100,
где to - время прорастания обработанных семян в почве (мин),
Δto - время задержки прорастания обработанных семян в почве (мин),
Т - временной сдвиг, который определили при помощи экспериментальной кривой для величины найденного суммарного ингибирования (%).
Приравнивая задержку в сроках посева к задержке прорастания семян, оценивают по задержке прорастания семян влияние величины ингибирования на потери урожая, используя литературные данные по влиянию задержки сроков посева по сравнению с оптимальными на потери урожая.
Полученные данные представлены в таблице 5.
Учитывая, что испытания проводили при комнатной температуре, а семена яровых культур развиваются при температуре около 10-12°С примерно в 3,5 раза медленнее, а также, используя известные для ячменя данные по снижению урожайности при запаздывании в сроках посева, что соответствует замедлению прорастания семян (задержка на 5 дней приводит к изменению урожайности с 34,7 ц/га до 31,8 ц/га (- 8,4%), на 10 дней - до 27,7 ц/га (- 20,2%), на 15 дней - до 20,9 ц/га (- 39,8%) [4]), было по полученным данным оценено снижение урожайности под суммарным влиянием токсинов, содержащихся в черноземе и пестицидов, по сравнению с субстратом, не содержащим токсинов.
Для фунгицида «Фитоспорин М» задержка прорастания составляет около суток, что делает снижение урожайности практически незаметной.
Для фунгицида «Раксил Ультра» задержка прорастания составляет около 3,5 суток, что должно приводить к снижению урожайности около 5%.
Для фунгицида «Тебу 60» снижение урожайности должно составлять около 40%, что подтверждается данными вегетационных экспериментов (Фиг. 11).
Таким образом, предлагаемый способ, используя простую высокопроизводительную методику, позволяет оценить потери урожая под суммарным влиянием токсинов почв и пестицидов, применяемых для предпосевной обработки семян.
Литература
1. Собко А.А. Программирование урожаев - в основу прогрессивных технологий. -Киев: Урожай, 1984, 22 с.
2. Кузнецов B.C. Практикум по растениеводству. -М.: Колос, 1977, c. 11.
3. Очкас Н.А., Уджуху А.Ч. Способ определения потенциальной урожайности зерновых колосовых культур. Патент РФ №2237403, 2004.
4. Зарецкий А.Ф. Посевные и урожайные качества семян ярового ячменя. Мн.: Ураджай, 1979. 88 с.
5. Ковязина И.Ю. Сроки посева яровых зерновых культур их влияние на урожайность и посевные качества семян в условиях Северо-Востока Волго-Вятского региона - Пермь:, 1984. - 20 с.