Фотосинтетическая активность, клубенькообразующая способность и урожайность гороха посевного в условиях южной лесостепи Западной Сибири

АЗАРЕНКО Юлия Александровна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (Россия), заведующая кафедрой почвоведения.

ПАРФЕНОВА Яна Викторовна, ассистент и аспирантка кафедры почвоведения.

Адрес для переписки: 644008, г. Омск, Институтская площадь, 2.

Статья поступила в редакцию 19.02.2013 г.

© В. В. Леонова, Ю. А. Азаренко, Я. В. Парфенова

УДК 633.358

И. Г. КАДЕРМАС Н. А. ПОПОЛЗУХИНА А. М. АСАНОВ Л. В. ОМЕЛЬЯНЮК

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, КЛУБЕНЬКООБРАЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И УРОЖАЙНОСТЬ ГОРОХА ПОСЕВНОГО В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ___________________________________

Выявлены перспективные сортообразцы, сочетающие высокие показатели клу-бенькообразования, фотосинтетической активности и урожайности зерна в условиях южной лесостепи Западной Сибири.

Ключевые слова: сортообразцы гороха посевного, симбиотический аппарат, фото-синтетические показатели, урожайность.

С середины 70-х годов прошлого столетия начался новый период в изучении феномена азотфикса-ции, когда проблема «биологического азота» приобрела характер приоритетной в науке, а мировым научным сообществом стали прилагаться значительные усилия к раскрытию различных особенностей этого процесса.

Микробная азотфиксация осуществляется за счет энергии Солнца и позволяет избежать громадных затрат энергетического сырья, кроме того, микробиологическая фиксация атмосферного азота — единственный экологически чистый путь снабжения растений доступным азотом, при котором принципиально невозможно загрязнение почв, воды и воздуха [1].

Среди многочисленных растений, используемых в земледелии, именно бобовые культуры характеризуются способностью вступать в симбиоз с клубеньковыми бактериями и ассимилировать молекулярный азот воздуха. Одной из важнейших зернобобовых культур в мире является горох [2]. Зерно гороха — ценный высокобелковый продукт. По урожаю зерна горох почти не уступает яровой пшенице, а по выходу белка с гектара превышает все зерновые в 2...3 раза. Таким образом, возделывание гороха — это резерв увеличения производства растительного белка и один из существенных факторов обогащения почвы биологическим азотом [3].

Стратегией сегодняшней селекции в увеличении валовых сборов гороха становится повышение его технологичности, а именно: снижение массы 1000 семян; неосыпаемость, дружность созревания (за счет детерминантного роста), повышение устойчивости к полеганию, а также создание сортов не только с высокой урожайностью, но и высокой клубенькообразующей способностью.

Большое внимание в последнее время уделяется изучению и оптимизации фотосинтетической деятельности растений. По результатам исследований ряда авторов установлено, что масса клубеньков возрастает пропорционально площади листьев и скорости накопления растениями продуктов фотосинтеза [4, 5]. Выявлено, что максимум интенсивности фотосинтеза у некоторых зернобобовых культур совпадает с максимумом массы клубеньков, что подчеркивает тесную взаимосвязь этих двух физиологических процессов [4, 6].

Таким образом, выявление потенциала клубенькообразующей способности и фотосинтетической активности сортообразцов гороха имеет важное значение как для получения высоких устойчивых урожаев, так и для обогащения почвы биологическим азотом.

Цель исследований заключалась в том, чтобы изучить сортообразцы гороха по показателям клубень-кообразования, фотосинтеза и продуктивности зер-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013

Таблица 1

Показатели интенсивности фотосинтеза, в среднем за 2010-2012 гг.

Показатель Омский 7 Омский 9 Благовест Демос Л 37/03

Фаза бутонизации ИЛП* 2,40 1,37 1,36 1,34 1,63

ФП** 8,80 13,36 15,53 26,70 12,79

ЧПФ*** 313,70 217,32 194,94 192,83 215,26

Фаза цветения ИЛП* 2,48 1,50 1,77 1,56 2,16

ФП** 5,39 18,82 12,74 11,54 15,67

ЧПФ*** 172,91 87,77 119,21 106,37 148,41

Фаза плодообразова- ния ИЛП* 2,62 1,65 1,64 1,59 1,85

ФП** 11,61 12,25 10,70 20,11 6,41

ЧПФ*** 227,03 117,75 109,58 136,53 149,41

* — ИЛП, м2/м2; ** — ФП, тыс. м2/га; ***

на в условиях южной лесостепи Западной Сибири и выделить наиболее перспективные из них.

В качестве объекта изучения использовали 5 сортов гороха посевного различных морфотипов: Омский 7, Омский 9, Благовест, Демос, линия Л 37/03. Исследования проводились в 2010 — 2012 гг. на полях лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии (г. Омск, Россия).

Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым с пахотным горизонтом 25 — 30 см, содержанием гумуса 6,3 — 6,5%, суммой поглощенных оснований 26 — 48 мг экв./100 г, рНсол — 6,5 — 6,7 (по данным лаборатории агрохимии СибНИИСХ).

Полевые опыты закладывались на делянках площадью 10 м2, повторность опыта трехкратная, размещение делянок рендомизированное. Предшественник — яровая пшеница после кукурузы, норма высева — 1,2 млн всхожих зерен на гектар. Посев проводили сеялкой ССФК-7,0, уборку — комбайном «Хеге 125» в фазу полной спелости.

Агротехника — общепринятая для зоны. Учет урожайности зерна осуществляли сплошным обмолотом делянок с приведением к базисной влажности и 100 % чистоте. Учет количества, массы азотфикси-рующих клубеньков и расчет показателя активный симбиотический потенциал (АСП) проводили по методике Г. С. Посыпанова (1983), расчет показателей интенсивности фотосинтеза — по методике А. А. Ничипоровича (1969). Гидротермические условия в годы исследований изучались по материалам наблюдений Омской метеорологической станции.

Годы проведения исследований были различными. По распределению осадков 2010 и 2011 гг. характеризовались как засушливые, 2012 г. — сухой. Весеннее обследование опытного поля показало, что в условиях 2010 — 2011 гг. запасы продуктивной влаги перед посевом зернобобовых культур в пахотном слое почвы (0 — 20 см) по шкале увлажнения почвы (по А. М. Ильину) соответствует градации — недостаточно влажная, а в 2012 г. как умеренно влажная. Метровый слой почвы во все годы исследований характеризовался как умеренно влажный.

Обеспеченность верхнего 40-сантиметровго слоя почвы нитратным азотом весной перед посевом в

2010 г. была низкая, в 2011, 2012 гг. — средняя. Обеспеченность подвижным фосфором в 2010 г. — высокая, в 2011, 2012 гг. — средняя, а обменным калием в 2010 г. была очень высокая, в 2011, 2012 гг. — повышенная.

ЧПФ, г/м2хсут.

Анализ экспериментальных данных показывает, что в среднем по годам у большинства сорто-образцов нарастание индекса листовой поверхности (ИЛП) происходит до фазы плодообразования, за исключеним сортообразцов Благовест и линия Л 37/03, у которых максимальное значение этого показателя отмечается в фазу цветения. Наибольшая площадь листьев, приходящаяся на 1 м2 посевов (ИЛП), наблюдается у сорта Омский 7, что обусловлено его листочковым типом. Среди сортов с усатым морфотипом максимальный ИЛП наблюдается у линии Л 37/03, для которой характерна более продолжительная сохранность нижнего яруса листьев и вовлечение их в фотосинтетическую деятельность растений (табл. 1).

Среди показателей фотосинтетической активности величину урожая определяет и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). По результатам трех лет исследований среди изученных сортообразцов можно выделить листочковый сорт Омский 7, среди усатых форм — линию Л 37/03, у которой наблюдается наибольшее значение изучаемого показателя, что говорит об эффективности работы листовой поверхности у данного сортообразца. Максимальные значения ЧПФ в среднем по сортам наблюдались в

2010 г., что связано с большей продолжительностью фаз бутонизации и цветения. А минимальные — в

2011 г., когда фазы бутонизации и цветения существенно сократились.

Важным агротехническим свойством зернобобовых растений является клубенькообразующая способность. Динамика образования симбиотического аппарата и листовой поверхности по основным фазам развития у сортов гороха за годы исследований представлена в табл. 2.

Активный симбиотический потенциал (АСП) учитывает массу клубеньков и продолжительность их функционирования. Как показали исследования, максимальное значение АСП отмечается к фазе бутонизации. Наибольшее его значение отмечалось в 2010 и 2012 гг., что объясняется более благоприятными гидротермическими условиями как для роста растений, так и клубенькообразования. В среднем за годы изучения наибольшей эффективностью клубенькообразования характеризовались сорто-образцы Благовест, Демос и линия Л 37/03, симбиотический аппарат которых формировался за счет большого количества средних по размеру клубеньков. К фазе цветения за счет гибели клубеньков происходит снижение показателя АСП, причем у

Показатели фотосинтетической и симбиотической активности растений гороха

Фаза Год Показа- тель Омский 7 Омский 9 Благовест Демос Л 37/03 В среднем по сортам

бутониза- ции 2010 ФП* 307,8 356,3 269,7 242,2 208,0 276,8

АСП** 5121,8 2577,4 5559,7 3890,7 2621,0 3954,1

2011 ФП* 449,2 192,3 195,5 165,4 234,4 247,4

АСП** 218,8 267,4 1407,2 98,5 985,6 595,5

2012 ФП* 184,1 103,4 119,7 170,9 203,3 156,3

АСП** 2803,2 1421,0 3912,5 5346,9 4224,0 3541,5

Среднее ФП 313,7 217,3 194,9 192,8 215,2 226,8

АСП 2714,6 1421,9 3626,5 3112,0 2610,2 2697,0

цветение 2010 ФП* 182,9 131,9 165,7 78,9 198,7 151,6

АСП** 1225,7 785,3 1598,4 1192,0 3256,4 1611,6

2011 ФП* 275,0 101,2 106,7 190,1 170,4 168,7

АСП** 312,7 109,3 57,2 1452,8 296,8 445,8

2012 ФП 60,9 30,2 85,2 50,1 76,2 60,5

АСП 576,0 490,0 760,3 1041,6 1716,0 916,8

Среднее ФП 172,9 87,8 119,2 106,37 148,4 126,9

АСП 704,8 461,5 805,3 1228,8 1756,4 991,4

* - ФП, тыс. м2/га; *** АСП, кгхсут/га.

Коэффициент хозяйственной деятельности в среднем за 2010-2012 гг, %

0 -К--------------------------і------------------------і------------------------і------------------------і------------------------<

Омский 7 Омский 9 Благовест Демос Л 37/03 Рис. 1

сортообразцов Л 37/03, Демос и Благовест этот показатель продолжает оставаться достаточно высоким, что говорит о продолжающемся функционировании симбиотического аппарата. По данным ряда авторов процессы симбиотической азотфиксации и ассимиляции солнечной энергии взаимообусловлены. Из табл. 2 видно, что у изученных сортообразцов увеличение показателей АСП и ФП наблюдается до фазы бутонизации, к цветению их величины снижаются. Наибольшее значение ФП характерно для сортов Омский 7 и Омский 9, а также для линии Л 37/03. Следует отметить, что Л 37/03 характеризуется наибольшей стабильностью этого показателя по годам. И именно для этого образца характерно сочетание высоких значений как ФП, так и АСП, чего не скажешь о всех других изученных образцах.

Формирование урожая зависит не только от площади листьев, но и от типа почв, сроков посева, продолжительности функционирования листовой поверхности с наибольшей продуктивностью. Фото-

синтетический потенциал (ФП) объединяет эти показатели.

Анализируя данные табл. 3, можно выделить со-ртообразцы с максимальными значениями ФП в целом за вегетационный период, такие как: Омский 7, Демос, линия А 37/03 и Благовест. Анализ урожайности показал, что в среднем за 3 года наибольший ее уровень был характерен для сортообразцов А 37/03, Омский 7 и Благовест (табл. 3).

Показатель, который отражает отношение веса хозяйственно-ценных органов к весу биологического урожая, называется коэффициентом хозяйственной деятельности (Кхоз). В среднем за три года можно выделить сортообразцы Благовест, Омский 7 и линию А 37/03, характеризующиеся наибольшими значениями данного показателя, что свидетельствует о потенциальной способности их рационально использовать образующиеся продукты фотосинтеза, в минимально необходимой степени тратя их на рост стеблевых органов и наилучшим образом используя на формирование хозяйственных органов, т.е. зерна (рис. 1).

Таким образом, проведенные исследования показали, что фотосинтезирующая активность у гороха определяется фазой развития растений, генотипом сорта, агроэкологическими условиями. Наибольшими значениями изучаемых показателей (ФП, ИЛП, ЧПФ) характеризовались листочковый сорт Омский 7 и линия Л 37/03 с усатым типом листа.

Симбиотическая эффективность гороха определяется как генотипом, так и гидротермическими условиями, а также условиями минерального питания растений. Наибольшей эффективностью клу-бенькообразования с продолжительным процессом функционирования характеризовались сортообраз-цы Л 37/03, Демос и Благовест.

К комплексным показателям следует отнести урожайность зерна и Кхоз. Наиболее высокие их зна-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013

Таблица 3

Характеристика сортообразцов гороха по урожайности и фотосинтетическому потенциалу за вегетационный период

Сортообразец Год Фотосинтетиче-ский потенциал, тыс. м2*сут./га Урожайность, т/га

Омский 7 2010 848,48 3,69

2011 942,17 2,56

2012 505,55 1,63

Среднее 765,40 2,63

Омский 9 2010 726,63 3,01

2011 438,45 2,20

2012 248,68 1,73

Среднее 471,25 2,31

Благовест 2010 688,05 3,16

2011 407,98 2,18

2012 330,86 1,84

Среднее 475,63 2,39

Демос 2010 568,03 2,63

2011 518,85 1,44

2012 380,35 1,85

Среднее 489,08 1,97

Линия 37/03 2010 711,08 3,34

2011 551,83 2,39

2012 449,40 2,39

Среднее 570,77 2,71

НСРМ , : 2010 г. — 0,31; 2011 г. — 0,29; 2012 г. — 0,30

05, т/га ' ' ' ' '

чения были отмечены для сортообразцов Л 37/03, Омский 7, Благовест.

Особого внимания заслуживает линия Л 37/03, которая характеризуется стабильными, высокозначимыми показателями фотосинтетической активности, клубенькообразующей способности, урожайности зерна и К .

1 хоз

Библиографический список

1. Умаров, М. М. Современное состояние и перспективы исследований микробной азотфиксации / М. М. Умаров // Перспективы развития почвенной биологии. — М., 2001. — С. 47-56.

2. Мишустин, Е. Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия / Е. Н. Мишустин. — М. : Наука, 1972. — 343 с.

3. Васякин, Н. И. Зернобобовые культуры в Западной Сибири / Н. И. Васякин. — Омск : [б.и.], 2002. — 234 с.

4. Посыпанов, Г. С. Интенсивность фотосинтеза у сои и фасоли в зависимости от величины симбиотического аппарата / Г. С. Посыпанов, Г. Х. Джамро, Т. П. Кобозева // Известия ТСХА. — 1986. — № 5. — С. 19 — 24.

5. Романов, В. И. Взаимосвязь процессов азотфиксации и фотосинтеза в бобовом растении / В. И. Романов // Биологическая фиксация молекулярного азота. — Киев : Науковая думка, 1985. — С. 147—154.

6. Бжеумыхов, В. С. Научное обоснование повышения эффективности возделывания люцерны на основе интенсификации и рационального использования симбиотической азот-фиксации : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.09. / Владимир Сафарбиевич Бжеумыхов. — Орел, 2008. — 40 с.

КАДЕРМАС Ирина Геннадьевна, аспирантка кафедры экологии и биологии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина (ОмГАУ).

ПОПОЛЗУХИНА Нина Алексеевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Россия), заведующая кафедрой экологии и биологии ОмГАУ. АСАНОВ Акимбек Мырзаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией селекции зернобобовых культур ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии.

ОМЕЛЬЯНЮК Людмила Валентиновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (Россия), ведущий научный сотрудник лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ СибНИИСХ Россельхоз-академии.

Адрес для переписки: kadermas85@mail.ru

Статья поступила в редакцию 12.03.2013 г.

© И. Г. Кадермас, Н. А. Поползухина, А. М. Асанов,

Л. В. Омельянюк

Книжная полка

Горбылева, А. И. Почвоведение : учебное пособие для вузов/ А. И. Горбылева, В. Б. Воробьёв, Е. И. Петровский. - 2-е изд., перераб. - Минск : Инфра-М Новое знание, 2012. - 400 с. - Гриф МО Республики Беларусь. -ISBN 978-5-16-005677-7.

Подробно изложены основные понятия современного почвоведения. Даны общие представления о генезисе, классификации и географии почв мира. Отражены вопросы повышения плодородия почв, их качественной оценки; описаны типы и виды эрозии и меры борьбы с ней, деградация почв и способы их охраны. Уделено внимание почвенным картам, а также принципам их составления и использования. Для студентов агрономических специальностей.