Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретические и практические предпосылки применения борных и йодных удобрений в рисоводстве (обзор литературы) 9
1.1 Бор и йод в объектах окружающей среды 9
1.1.1 Почвы 9
1.1.2 Растения 23
1.2 Значение бора и йода в жизнедеятельности растений 30
1.3 Агроэкологическая эффективность борных и йодных удобрений в растениеводстве 36
1.4. Состояние исследований по йоду и бору на Кубани 39
2 Условия и методика проведения исследований 44
2.1 Почвенно-климатические условия 44
2.1.1 Климат 44
2.1.2 Почва 47
2.2 Методика проведения исследований 49
3 Результаты исследований 58
3.1 Посевные качества семян риса при их обогащении бором и йодом 58
3.2 Полевая всхожесть семян, густота стояния и выживаемость растений риса при включении бора и йода в систему удобрения риса 63
3.3 Влияние йода и бора на рост и развитие растений 66
3.3.1 Предпосевная обработка семян 68
3.3.2 Некорневая подкормка растений 77
3.4 Влияние бора и йода на фотосинтетическую деятельность растений риса 80
3.5 Содержание бора, йода, азота, фосфора и калия в растениях риса при посеве обогащенными йодом и бором семенами 85
3.5.1 Бор 85
3.5.2 Йод 88
3.5.3 Азот 89
3.5.4 Фосфор 92
3.5.5 Калий 94
3.6 Влияние бора и йода на урожайность риса 96
3.7 Качество зерна риса при посеве обогащенными йодом и бором семенами 105
3.8 Хозяйственный вынос азота, фосфора и калия урожаем риса при включении бора и йода в систему удобрения 108
4 Экономическая эффективность применения борных и йодных удобрений на посевах риса 115
Выводы 117
Предложения производству 120
Список использованной литературы 121
Приложение 141
- Почвы
- Посевные качества семян риса при их обогащении бором и йодом
- Влияние бора и йода на фотосинтетическую деятельность растений риса
- Влияние бора и йода на урожайность риса
Введение к работе
Актуальность и основание для исследований. Обеспечение устойчивого развития и продовольственной безопасности Российской Федерации является стратегическим направлением агропромышленного комплекса страны. На современном этапе функционирования сельского хозяйства среди факторов повышения продуктивности агроценозов определяющим является оптимизация минерального питания растений.
Доказательными исследованиями последних 40 лет достаточно четко установлено, что одним среди существенных факторов нарушения функционирования агроценоза является несбалансированное питание (Тонконоженко Е.В., 1973; Битюцкий Н.П., 2010; Пана-син В.И., 2003; Хурум Х.Д., 2009; Шеуджен А.Х., 2016; Сычев В.Г., Аристархов А.Н., Яковлева Т.Я., 2015; Ягодин Б.А., 2002; Подкол-зин А.И. и др., 2002). Ученые указывают на дефицит биогенных микроэлементов в основных типах почв России и выражают крайнюю необходимость решения проблемы оптимизации питания растений и использования микроудобрений.
К числу эссенциальных микроэлементов относятся бор и йод. Выявлено положительное влияние их на физиолого-биохимические процессы и продуктивность растений риса. Вместе с тем возрастает актуальность научного обоснования приемов использования йодных и борных удобрений. Это и определило выбор темы и направление исследований.
Цель исследований – агроэкологическая оценка борных и йодных удобрений и разработка регламента их применения при выращивании риса на лугово-черноземных почвах правобережья реки Кубань.
Задачи исследований:
1. Изучить влияние предпосевного обогащения семян риса йо
дом и бором на их посевные качества;
2. Установить воздействие борного и йодного удобрений на
рост и развитие растений;
-
Оценить изменение фотосинтетической деятельности растений риса под влиянием бора и йода;
-
Определить содержание в растениях биогенных элементов и вынос их урожаем риса при включении бора и йода в систему удобрения риса;
-
Провести сравнительную оценку эффективности различных способов применения йодных и борных удобрений;
-
Выявить оптимальные дозы борных и йодных удобрений, обеспечивающие рост урожайности и качества зерна риса;
-
Дать экономическую оценку различным способам внесения йодных и борных удобрений;
-
Разработать рекомендации производству по совершенствованию системы удобрения риса при возделывании на лугово-черноземных почвах правобережья реки Кубань.
Научная новизна. В результате проведенных исследований с районированными на Кубани сортами риса Рапан и Хазар получены оригинальные данные по влиянию бора и йода на посевные качества семян, рост, развитие, минеральное питание и фотосинтетическую деятельность растений, количество и качество урожая зерна. Проведена оценка действия различных форм борных и йодных удобрений на урожайность риса. Впервые выявлена сортовая специфика в отклике на действии борных и йодных удобрений.
Практическая значимость работы. Установлена эколого-агрохимическая и агроэкономическая эффективность включения бора и йода в систему удобрения риса для увеличения урожайности и улучшения качества зерна и разработан регламент применения борных и йодных удобрений при выращивании риса на лугово-черноземных почвах правобережья реки Кубань.
Методология и методы исследования. Теоретическую и методологическую основу исследований составили методы планирования эксперимента. Результаты исследований получены в ходе лабораторных, вегетационных и полевых опытов. Лабораторные анализы почвы и растений проводили по общепринятым методикам. Полученные данные оценивали методом дисперсионного анализа (Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н., 2015).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Включение бора и йода в систему удобрения риса активизирует ростовые процессы, увеличивает площадь ассимиляционной поверхности растений и содержание в листьях пластидных пигментов;
-
Применение борных и йодных удобрений поддерживает на более высоком уровне азотный, фосфорный и калийный статус растения во все фазы вегетации риса;
3. Агроэкономическая и эколого-агрохимическая эффективность борных и йодных удобрений в рисовом агроценозе определяются их дозой, формой и способом внесения.
Апробация работы. Основные выводы и предложения, сделанные на основании проведенных исследований, докладывались на научных конференциях всероссийского [Всероссийская научно-практическая конференция «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар, 2013, 2014, 2015 г.; Научно-практическая конференция преподавателей факультетов защиты растений, агрохимии и почвоведения по итогам НИР за 2013, 2014, 2015 гг., Краснодар, 2013, 2014, 2015 гг.] и международного уровня [Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования», Тамбов, 2014 г.; 14-я Международная дистанционная научная конференция «Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения», Липецк, 2015 г.].
Материалы диссертационного исследования были положены в основу проекта программы «УМНИК» по направлению «Биотехнологии», который в 2013 г. был признан победителем.
Личный вклад автора. Соискатель непосредственно принимал участие в закладке и проведении лабораторного, вегетационного и полевого опытов, в обработке и оценке экспериментальных данных, их анализе и написании диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в т.ч . 2 публикации – в журналах, включенных в перечень ВАК Министерства образовании и науки Российской Федерации, объем 1,75 п.л.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложения. Экспериментальный материал приведен в 32 таблицах и 11 рисунках. Список литературы включает 226 наименований, в том числе 35 на иностранном языке.
Почвы
По данным геохимического обследования почв различными исследователями основным источником поступления микроэлементов в почвенный покров являются материнские почвообразующие породы. Наиболее бедными по содержанию микроэлементов считаются песчаные породы, которые в основном сложены их кремнезема и обеднены не только калием, кальцием, магнием, но и медью, кобальтом, молибденом, бором и т.д. Моренные валунные и безвалунные суглинки более богаты микроэлементами, формирующиеся на таких породах почвы обладают высоким плодородием [28, 32, 75, 83, 120, 172].
Бор и йод относятся к числу рассеянных элементов и в незначительных количествах встречаются повсеместно. Максимальное содержание бора и йода в почвообразующих породах встречается в осадочных породах морского происхождения [67, 73, 117, 152, 157, 164, 169, 171, 173, 174].
С точки зрения геохимии, бор входит в одну группу с йодом и бромом, которая обладает высокой биофильностью и интенсивной галогеохимической миграцией. В условиях коры выветривания и почвообразования бор и йод относятся к элементам почвенных галлофилов [138, 173].
К основным чертам геохимии бора относят:
1. В условиях гипергенеза достаточно хорошо растворяются только бораты щелочных металлов. Щелочноземельные металлы, такие как магний и кальций, образуют с бором малорастворимые соединения. Их необходимо рассматривать как осадители бора;
2. Слабая растворимость борных соединений магния и кальция ограничивает его миграционную способность в земной поверхности;
3. Бор неплохо осаждается с некоторыми соединениями железа, марганца и алюминия;
4. Аккумуляция бора приурочена к зонам распространения кислых и щелочных вод и к области их соприкосновения с сульфатными и хлоридными водами, которые несут в себе ионы кальция и магния. Поэтому бор особенно подвижен в щелочной и кислой среде;
5. С водами сульфатного и хлоридного типов рассеянный в породах бор уносится в Мировой океан;
6. Концентрации бора, представленные боратами магния, связаны с процессом испарения морской воды. Процессы импульверизации с моря и остатки солей трансгрессий способствуют повышению содержания бора в почвах ряда приморских областей [173].
Бор встречается в вулканических извержениях, осадочных породах, артезианских и морских водах, почвах и входит в состав растительных и животных организмов, а также многочисленных минералов. Кларк бора в земной коре равен 510-3 %, почве – 110-3 %, водах Мирового океана – 4,510-4 % . Соединения этого элемента обладают высокой летучестью [176].
Обобщив результаты собственных исследований и литературные данные, А.П. Виноградов [31] обозначил две почвенные области: 1) древние равнины – территории, с обычным содержанием бора в почвах; 2) геосинклинальные – территории, подверженные недавнему вулканизму с почвами богатыми бором.
В природе бор не встречается в форме катиона и благодаря металлоидным свойствам ведет себя как типичный комплексообразователь. При этом образуются соединения, имеющие кристаллические решетки молекулярного типа. Они и определяют склонность к миграции и рассеянию элемента [170]. По мнению М.Я. Школьника [188], высокому содержанию бора осадочные породы обязаны морской воде, которая отличается повышенным содержанием этого элемента. Количество бора в морской воде оценивается величиной в 0,2 г солей борной кислоты в 1 м3 морской воды. По мнению В.А. Ковды [81], бор по своей геохимической истории резко отличается от остальных микроэлементов. Бор образует несколько десятков минералов, которые по своему происхождению делятся на две группы: 1) первичные – кристаллические магматического происхождения; 2) аморфные осадки, представляющие собой рыхлые, хлопьевидные, студенистые, медленно осаждающиеся массы, обычно очень трудно поддающиеся отделению и промыванию. В виде борацита этот элемент встречается в солевых местонахождениях [176].
На современном этапе развития суши почвообразование в большей степени связано с осадочными, а не с изверженными породами. Содержание йода в осадочных породах определяет его количество в формирующихся на них почвах [173].
В настоящее время представлены многочисленные сведения по содержанию йода в осадочных породах. По мнению В.К. Кашина [73], для магматических и метаморфических пород они носят случайный разрозненный характер.
Впервые наличие йода в различных наземных объектах, включая горные породы, почвы и растения, установил в 1850 г. французский ученый Шатэн, а первые обстоятельные исследования о распределении йода в породах выполнены в 1924 г. Филленбергом [Приводится по:173]. Его данные послужили В.И. Вернадскому [29] экспериментальной базой для разработки теоретических представлений по геохимии йода. Так, Цохен [201] пришел к выводу, что осадочные горные породы являются главным источником йода в почве, опровергая идею поступления его из атмосферы.
Изучение йода с точки зрения агрохимической науки представляет большой интерес, так как он играет немаловажную роль в питании растений, животных и человека. Как показывают результаты исследований, в последние годы дефицит йода для человека и животных распространен обширнее, чем раньше. С точки зрения географии йодная недостаточность встречается не только в предгорных и горных районах, но и в ряде равнинных мест. Растительная пища является основным источником поступления йода в организм человека и животных. Накопление его в продукции растениеводства, в свою очередь, зависит от содержания йода в почве, биологических особенностей культур, характеристики используемых удобрений, а также других факторов. По мнению основоположника биогеохимии В.И. Вернадского [29], огромное количество йода – миллионы тонн рассеяны в горных породах и не входят ни в организмы, ни в минералы, ни в природные воды.
Р. Фуге и Е.Л. Андер [207] установили, что осадочные горные породы содержат йода больше, чем магматические (таблица 1). Метаморфические горные породы не включены из-за отсутствия достоверного количества данных.
Для йода можно выделить следующий ряд почвообразующих пород (содержание в порядке убывания): морские глины сланцы лессы покровные суглинки суглинистая морена кислые магматические породы супеси пески. Высоким содержанием йода отличаются морские донные отложения, особенно органогенные илы – 10-300 мг/кг сухого вещества [84, 209].
Изверженные кислые магматические горные породы меньше обеспечены йодом, чем ультраосновные (ультрабазиты, гипербазиты). В первую очередь, эта особенность связана с кислотным типом йода как химического элемента. Следовательно, повышение щелочности среды способствует ионизации йода и закреплению его в породах и почвах, а увеличение кислотности приводит к обратному эффекту. В ходе этого процесса усиливается подвижность элемента за счет восстановления его до элементарного состояния и потери. Таким образом, в основе дифференциации йода в магматических породах лежат кислотно-основные свойства самого элемента и окружающей среды [75].
Йод образует незначительное количество автономных минералов, но присутствует во многих в виде изоморфной примеси. Он формирует около полутора десятка вадозных минералов в специфических поверхностных условиях. К общеизвестным и наиболее распространенным минералам йода относятся йодиды металлов, а также полигалиды, йодаты и перйодаты: маршит CuI2, белленджерит 3Cu(IO3)22H2O, майерсит 4AgI, CuI2, салезит Cu(IO3)(OH), купройодаргирит CuI2, AgI, шварцембергит Pb5(IO3)Cl3O6, йодаргирит AgI, дитцеит 7Ca(IO3)28CaCrO4, йодэмболит Ag(Cl, Br, I), лаутерит Ca(IO3)2, токорналлит (Ag, Hg)I, кокцинит HgIO3 [75, 174, 179].
Содержание йода в йодных минералах составляет: в торналлите – 41,8 %, йодаргирите – 54,0 %, майерсите – 56,6 %, купройодаргидрите – 57,8 %, маршите – 66,8 %. Таким образом, в минералах йода содержится незначительное количество элемента из общего фонда на земном шаре, поэтому они представляют собой минералогические редкости [73].
Посевные качества семян риса при их обогащении бором и йодом
Наиболее ответственным этапом выращивания риса является получение всходов, так как семена прорастают по затопленной почве. Это налагает повышенные требования к качеству посевного материала, а также делает актуальным поиск агротехнических и агрохимических приемов их повышения.
Посевные качества семян определяют жизнеспособность и дружность всходов, формирование оптимальной густоты стояния растений, хорошо преодолевающих слой воды и обладающих устойчивостью к неблагоприятным условиям внешней среды [37, 161, 179].
Обработка перед посевом семян микроэлементами, регуляторами роста, гу-матами и т.д. – эффективный прием улучшения их посевных качеств и обеспечения растений элементами минерального питания в начальный период развития, когда их корневая система еще недостаточно развита. Этот способ применения удобрений является весьма технологичным и малозатратным, так как обычно совмещается с протравливанием посевного материала. Он также благоприятен с экологической точки зрения. Это обусловлено исключением загрязнения окружающей среды в процессе обработки семян, а также минимальным воздействием после посева ввиду незначительных расходов удобрений [177, 179, 180, 181].
Посевные качества семян характеризуются комплексом показателей, в первую очередь, энергией, дружностью и скоростью прорастания, а также всхожестью семян. Их величина определяется рядом факторов, в том числе биологическими особенностями сорта, обеспеченностью материнских растений элементами минерального питания в необходимом количестве и ассортименте. Экспериментально установлено, что показатели качества семян могут в определенных границах регулироваться путем предпосевной обработки растворами микроэлементов, препаратами гумусовых кислот и других физиологически активных веществ [146, 179]. Лабораторная всхожесть и энергия прорастания – важные оценочные показатели посевных качеств семян, определяющих их пригодность для посева. Подтверждением этому служат результаты лабораторных опытов по определению энергии прорастания и всхожести семян (таблица 3).
Энергия прорастания характеризует качественную однородность данной партии семян, подготовленность их к прорастанию с точки зрения развития, химического состава и физических свойств [93]. Энергию прорастания семян, характеризующую дружность появления нормальных проростков за установленный срок, оценивали на четвертый день проращивания, а лабораторную всхожесть (количество семян, проросших в установленный срок).
Результаты опыта показали, что предпосевная обработка семян йодом оказала заметное влияние на энергию прорастания семян: по отношению к контролю она повысилась на 3,0 – 10,0 %. При этом максимальное ее значение наблюдалось при обогащении семян водным раствором йода с концентрацией 0,1 %. С увеличением концентрации микроэлемента в водном растворе до 0,5 % и 1,0 % отмечалось снижение этого показателя соответственно на 4,0 % и 5,0 % относительно варианта с концентрацией йода 0,1 %. Воздействие йода на лабораторную всхожесть семян менее значительно, чем на энергию прорастания. В наибольшей степени, на 2,0 и 3,0 % соответственно она увеличивалась при обработке семян 0,05 и 0,1 % раствором йода.
При предпосевном обогащении семян риса бором энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян увеличились соответственно на 4,0-12,0 % и 1,0-3,0 % по сравнению с контрольным вариантом. Наибольших значений энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян достигает при их обогащении раствором бора с концентрацией 0,5 %. Полученные данные свидетельствуют, что бор во всех изучаемых концентрациях оказывает стимулирующее действие на прорастание семян риса. При обработке семян риса 0,05 %, 0,1 % и 0,5 % водными растворами бора их энергия прорастания увеличивается на 6,7 %, 9,3 % и 11,7 % соответственно. Лабораторная всхожесть в этих условиях достигала 96,8 %, 97,2 % и 98,6 % соответственно, что превышает контрольный вариант на 1,8 %, 2,2 % и 3,6 % соответственно.
Под воздействием йодных и борных удобрений наблюдалась активизация ростовых процессов (таблица 4). Максимальное увеличение высоты ростка (на 43,8 % по сравнению с контролем) зафиксировано на варианте с предпосевной обработкой семян риса водным раствором бора 0,5 %. В целом на вариантах с использованием борного удобрения она увеличивалась на 0,8–1,4 см, что составляет 25,0-43,8 %. Использование для обогащения семян риса 1,0 % растворов йода и бора, ведет к незначительному ингибированию роста растений на ранних этапах онтогенеза.
Из полученных нами результатов лабораторных опытов следует, что обогащение семян йодом и бором стимулировало рост корешков, длина которых увеличивалась соответственно на 0,3-3,0 см и 2,8-4,2 см по сравнению с контролем, что является положительным фактором при формировании корневой системы растений риса.
Наибольшее количество корешков – 3,8 шт. было сформировано под действием водного раствора бора с концентрацией 0,5 %. Предпосевная обработка водными растворами бора как меньшей концентрации (0,05 %; 0,1 %), так и большей (1,0 %) менее эффективна. При обогащении семян йодом количество корешков увеличивалась в среднем на 11,1-37,0 %. Наибольший эффект от применения йодного удобрения отмечен в варианте с концентрацией йода в водном растворе равной 0,1 %.
Йодное и борное удобрений оказывало влияние не только на увеличение высоты ростка и длины корешка, но и на накопление ими биомассы (таблица 5).
На десятые сутки прорастания наибольшая сырая и сухая масса ростка и корешка была у проростков из семян обработанных 0,5 % водным раствором бора. В вариантах с 0,005 %, 0,01 %, 0,05 и 0,1 % растворами биомасса проростков была ниже, чем на варианте с концентрацией 0,5 %, но выше, чем в контроле. В целом, в зависимости от концентрации борного удобрения сырая масса ростка возросла относительно контроля в 2,5-3,0 раза, а корешка – в 1,1-2,9 раз, а их сухая масса соответственно в 1,8-3,3 и 1,3-2,8 раз. Воздействие йода на прорастание и начальный рост проростков было незначительно слабее бора. При обогащении им семян сухая масса ростков увеличивалась в 1,2-2,5 раза, а корешков – 1,3-2,3 раза. Следует отметить, что высокие концентрации йода – 0,5 и 1,0 % – малоэффективны и могут тормозить биосинтез в проростках риса вследствие чего их сухая масса такая же или меньше, чем в контроле, а отмеченное увеличение их линейных размеров указывает на их более низкую способность противостоять неблагоприятным условиям при прорастании в поле.
Таким образом, согласно результатам лабораторных опытов, обогащение семян йодным и борным удобрениями оказывает благоприятное воздействие уже на стадии их прорастания, что проявляется в повышении энергии прорастания, лабораторной всхожести, интенсивности роста проростков и накоплении ими биомассы. Больший эффект достигается при обработке семян 0,5 % раствором бора и 0,1 % йода.
Установив оптимальную концентрацию рабочего раствора для обработки посевного материала, был предпринят следующий шаг: оценка воздействия обработки семян бором и йодом на урожайность и качество зерна риса.
Влияние бора и йода на фотосинтетическую деятельность растений риса
Фотосинтез является сложным интегральным процессом воздушного питания зеленых растений. Установлено, что до 95 % биомассы растений и вся накопленная в них химическая энергия образуется за счет солнечной энергии в процессе фотосинтеза [111, 170]. Поэтому при выращивании сельскохозяйственных культур, в том числе и риса, система мероприятий агроприемов направлена на создание условий для максимального использования солнечной энергии и для более продуктивной работы фотосинтетического аппарата.
При формировании урожая растений ведущими факторами являются площадь листьев, продолжительность их жизнедеятельности, и интенсивность фотосинтетических процессов [88, 99, 170].
Бор и йод влияют на развитие ассимиляционной поверхности растений. Отмечено, что характер нарастания площади листьев по фазам развития растений на всех вариантах опыта был одинаковый. Максимальных размеров она достигала в фазе выметывания риса, затем уменьшалась. Это происходило вследствие завершения образования новых листьев и интенсивным их отмиранием вследствие оттока пластических веществ в зерновку.
Не изменяя характер динамики ассимиляционной поверхности растений, йод и бор способствуют увеличению ее размера. Уже в фазе кущения в вариантах с обогащением семян йодом она была больше чем в контроле на 5,5-11,2 %, что составляет 2,9-5,9 см2/раст. Влияние бора было значительнее и оценивалось в 10,4-13,6 % (таблица 15). Наибольшие отличия от контроля в размере 6,2 % (5 см2/раст.) наблюдались лишь при дозе йода 0,1 %. Влияние бора, хотя и ослабевало, но тем не менее растения в этих вариантах обладали ассимиляционной поверхностью на 6,0-9,5 % большей, чем у контрольных растений.
В фазе молочно-восковой спелости зерна площадь листьев у растений из семян, обогащенных йодом, достоверно не отличалась от таковой в контроле. Исключение составил вариант с использованием для обработки семян 0,1 % раствора, в котором она была на 4,8 см2/раст. (+7,9 %) больше. У растений из семян, обогащенных бором, в фазе молочно-восковой спелости зерна площадь листьев была больше не только по отношению к контролю (+7,6-13,9 %), но и дополнительное количество бора. Совместное применение йода и бора по воздействию на листовую поверхность сопоставимо с бором.
Таким образом, улучшение питания растений риса йодом и бором способствует не только интенсивному образованию ассимиляционной поверхности, но и сохранению ее в активном состоянии. В наибольшей мере этому способствует бор, особенно при использовании для обогащения семян 0,5 % раствора.
Фотосинтетическая активность растений зависит от содержания, соотношения и состояния фотосинтетических пигментов, к важнейшим из которых относятся хлорофиллы «а», «б» и каротиноиды. Главную роль в поглощении и преобразовании световой энергии в химическую играет хлорофилл «а». Хлорофилл «б» непосредственного участия в фотосинтезе не принимает. Его функция заключается в поглощении света малой интенсивности, который недоступен для хлорофилла «а». Желтые, оранжевые или красные пигменты – каротиноиды в некоторой степени выполняют роль дополнительных пигментов, расширяющих диапазон фотосинтетического аппарата [99, 107, 170].
В результате проведенных исследований было установлено, что содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений риса в агроценозе с посевом обогащенными йодом и бором имеет следующие особенности (рисунок 10; таблица 16).
Максимальная их аккумуляция наблюдалось в фазе кущения. Суммарное количество хлорофилла (а+б) в этот период на контроле составило 159,6 мг/100 г сырой массы. К фазе выметывания оно уменьшилось до 143,4 мг/100 г сырой массы, а уже к молочно-восковой спелости – до 131,7 мг/100 г сырой массы. Предпосевная обработка семян бором обеспечила увеличение суммарного содержания хлорофилла (а+б) в листьях риса в фазе кущения на 29,4-37,5 %, в фазе выметывания и молочно-восковой спелости – 18,5-25,8 и 23,0-31,4 % соответственно. Динамика их содержания в листьях риса в период вегетации аналогично контролю. Снижение общего содержания пигментов в листьях риса к концу вегетации связано с деструкцией хлорофиллов и частичным транспортом их изомеров в репродуктивные органы [181].
Предпосевное обогащение семян риса йодом также оказало влияние на содержание фотосинтетических пигментов в листьях. Так, в фазе кущения суммарное содержание хлорофилла (а+б) превышало контрольный вариант на 28,4-54,8 мг/100 г сырой массы, что составило 17,8-34,3 %. В фазе выметывания и молочно-восковой спелости их количество превышал контроль на 21,5-30,3 и 22,3-32,9 мг/100 г сырой массы соответственно.
Совместное применение микроэлементов также положительно отражалось на количественном содержании фотосинтетических пигментов. Однако, суммарное содержание хлорофилла (а+б) и каротиноидов несколько ниже, чем на варианте с использованием только борного удобрения. Так, на варианте с предпосевным обогащением семян йодом и бором в фазе кущения сумма (а+б) составила 215,7 мг/100 г сырой массы, количество каротиноидов находилось на уровне 74,3 мг/100 г сырой массы.
Следует отметить, что на протяжении всего вегетационного периода не обнаружено значительных количественных изменений по динамике содержания ка-ротиноидов в листьях. Таким образом, предпосевная обработка семян бором и йодом способствовала интенсивному образованию ассимиляционного аппарата в период вегетативного роста, а также увеличивала продолжительность их жизнедеятельности в период созревания.
Влияние бора и йода на урожайность риса
Получение высоких и качественных урожаев риса возможно только при условии полного обеспечения растений всеми необходимыми элементами питания, включая макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Дополнительный резерв подъёма урожайности и улучшения качества урожая является увеличение полевой всхожести семян и силы начального роста семян за счет различных приемов их предпосевной подготовки.
Перспективным приемом использования микроэлементов в рисоводстве является предпосевная обработка семян. Данный прием применения микроудобрений по результативности превосходит способ непосредственного внесения их в почву. Обработку семян микроэлементами, как правило, проводят совместно с протравливанием посевного материала. Главным фактором, определяющим высокую эффективность предпосевного обогащения семян, является незначительный расход микроудобрений. В то же время минимизируется возможность загрязнения окружающей среды и раннее воздействие микроэлемента на формирование метаболических систем у растений [57, 174, 179, 181]. Немаловажным фактором для производственных условий является и то, что предпосевная обработка семян микроэлементами позволяет сократить расход посевного материала [88].
Анализируя данные по эффективности действия йодного микроудобрения на урожайность риса, следует отметить, что большинство авторов не определяли содержание валового и подвижного йода в почве, то есть исследования проводились на неизвестном фоне изучаемого микроэлемента, а некоторые из них не указывают даже тип почвы, на которой закладывались опыты. Поэтому можно лишь предполагать, что применение йода в этих опытах проводилось на достаточном для растений уровне его содержание в почве, что и являлось причиной отсутствия положительного отклика или же вело к отрицательному эффекту при внесении дополнительных количеств элемента [73].
Посев обогащенными йодом семенами обеспечивал рост урожайности риса в зависимости от дозы элемента в 2013 г. на 3,37-3,69 ц/га; 2014 г. – 3,60-3,75; 2015 г. – 2,82-3,75 ц/га, т.е. в каждый год исследования отмечено положительное влияние йода (таблица 22; рисунок 11).
Использование для обогащения семян 0,05 % раствора не способствовало достоверному увеличению урожайности во все годы исследования. Существенный ее рост отмечен в 2013 г. при концентрации йода в рабочем растворе 0,1 % и 0,5 %, 2014 г. – 0,1 %, 0,5 % и 1,0 %, 2015 г. – 0,1 %. На основании полученных экспериментальных данных можно заключить, что эффективность йодных удобрений определяется наряду с дозой еще и погодными условиями. При этом экспериментально доказано, что устойчивый, повторяемый эффект йодное удобрение оказывает при предпосевной обработке семян 0,1 % раствором йода. В среднем за три года исследований прибавка урожая в этом варианте составила 3,72 ц/га или 5,33 % (приложение 8).
Отмечен рост урожайности риса и при посеве обогащенными бором семенами. В 2013 г. он составил 4,20-5,22 ц/га; 2014 г. – 4,21-5,01; 2015 г. – 4,10-5,88 ц/га. Все изучаемые дозы бора обеспечили достоверное увеличение урожайности. Достоверных различий по урожайности вариантов с разной концентрацией рабочего раствора не отмечена, но наибольшей по отношению к контролю она была при использовании 0,5 % раствора бора. На этом основании эта концентрация должна быть принята как оптимальная. В среднем за годы исследований при посеве семенами, обработанными перед посевом 0,5 % водным раствором бора, урожайность повышалась на 5,37 ц/га или 7,70 %.
Одновременное обогащение семян риса йодом и бором не сопровождалось более значительным, чем при использовании каждого удобрения самостоятельно, воздействием на урожайность риса. Это указывает на нецелесообразность увеличения затрат на оптимизацию минерального питания риса.
Биометрический анализ растений показал у растений из обогащенных йодом и бором семян увеличиваются длина метелки на 0,5-1,4 см (3,5-9,9 %), продуктивность главной метелки – 0,2-0,5 г (6,5-16,1 %) и снижается пустозерность метелки на 0,5-1,6 % (таблица 23). Влияние этих микроудобрений на высоту растений и массу 1000 зерен не зафиксировано.
Достоверное увеличение длины метелки отмечено у растений риса из агро-ценозов с посевом семенами, обработанными 0,1 % раствором йода, – на 1,2 см (+8,5 % к контролю), 0,5 % раствором бора – 1,4 см (+9,9 %) и раствором, содержащим 0,1 % йода и 0,5 % бора – 1,3 см (+9,2 %). В этих же вариантах наблюдалось увеличение продуктивности главной метелки. Ее масса выросла по сравнению с контролем на 0,5 г или 16,1 %.
На основании полученных данных можно заключить, что при посеве 0,1 % раствором йода, 0,5 % бора и включающим оба эти элементы урожайность риса повышалась вследствие большей густоты стояния растений в агроценозе и увеличении их индивидуальной продуктивности (Приложение 9).
С целью выявления эффективности проведения некорневой подкормки изучаемыми микроэлементами посевов риса, а также определения концентрации рабочего раствора, был проведен полевой опыт. В нем изучали воздействие растворов при трех уровнях содержания йода и бора в них. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что некорневая подкормка йодом и бором сорта Хазар, проведенная в фазе кущения, положительно влияла на его урожайность (таблица 24).
Некорневая подкормка в фазе кущения йодом обеспечивала рост урожайности риса в зависимости от концентрации рабочего раствора в 2013 г. на 3,4-4,2 ц/га; 2014 г. – 2,4-4,0; 2015 г. – 2,6-3,2 ц/га, то есть в каждый год исследования отмечается положительное влияние йода. Использование 0,1 % раствора йода для некорневой подкормки растений в фазе кущения способствовало достоверному увеличению урожайности во все годы исследования. В среднем за три года исследований прибавка урожая в этом варианте составила 3,5 ц/га или 5,1 %.
При некорневой подкормке растений риса в фазе кущения бором отмечен рост урожайности риса. В 2013 г. он составил 3,1-6,0 ц/га; 2014 г. – 3,4-6,0; 2015 г. – 2,2-3,6 ц/га. Максимальная урожайность зерна риса в среднем за три года получена при использовании для некорневой подкормки растений 0,1 % раствора микроэлемента. Она увеличивалась относительно контроля на 7,4 %. Повышение концентрации водного раствора бора до 0,5 % приводит к снижению прибавки урожайности на 0,4 ц/га по сравнению с вариантом, где для подкормки использовался 0,1 % раствор.
Таким образом, некорневую подкормку посевов риса можно использовать в качестве способа внесения йодных и борных удобрений. Для повышения урожайности ее необходимо проводить в фазе кущения растений, используя для этого 0,1 % водные растворы йода и бора.
В 2014-2015 гг. был проведен полевой опыт по выявлению влияния разных форм борного удобрения на урожайность зерна риса. Выращивали сорта риса Ра-пан и Хазар на рисовой лугово-черноземной почве ФГУ СП «Красное» Красноармейского района Краснодарского края. Удобрения применяли путем обработки семян и некорневой подкормки растений раствором борной кислоты и хелата бора. Использовались следующие концентрации: 0,1 %, 0,5 % и 1,0 %. Контрольный вариант – семена и растения обработанные водой.
Применение борного удобрения в форме борной кислоты и хелата бора положительно сказалось на урожайности риса (таблица 25). Урожайность сорта Ра-пан при посеве семенами, обработанными растворами борной кислоты увеличивалась в зависимости от дозы бора на 4,15-5,94 ц/га или 5,9-8,4 %. Если для обработки семян использовали раствор хелата бора, то урожайности повышалась лишь на 3,3-6,2 % или 2,34-4,42 ц/га. Существенно, то есть больше, чем наименьшая существенная разница, она повышалась при использовании 0,5 % и 1,0 % раствора борной кислоты и 0,5 % раствора хелата бора.
Сорт Хазар на обработку семян раствором борной кислоты и хелата бора реагировал аналогично Рапану, но степень отклика была значительнее. Так, при воздействии борной кислоты урожайность повышалась на 5,58-7,37 ц/га или 8,1-10,7 %, хелата бора – 4,06-5,61 ц/га или 5,9-8,1 %. В отличие от сорта Рапан, урожайность Хазара достоверно увеличивалась при всех изучаемых дозах бора в форме борной кислоты, а при использовании хелата – в вариантах с 0,5 и 1,0 % растворами.
Наибольший эффект борное удобрение, применяемое путем обогащения семян, независимо от используемой формы достигается при воздействии 0,5 % раствором. Однако отклик, в виде увеличения урожайности, как сорта Рапан, так и Хазар на борную кислоту выше, чем на хелат бора.
Некорневая подкормка растений борным удобрением с разными формами бора несколько различались по воздействию на рост и развитие растений риса. Некорневая подкормка растений риса в фазе кущения бором в виде борной кислоты сопровождалась увеличением урожайности сорта Рапан только при использовании 0,5 % раствора. Прибавка урожайности не превышала 5,8 % или 4,12 ц/га. Растворы с другой концентрацией не оказывали существенного воздействия на урожайность сорта, хотя такая тенденция отмечается. Сорт Хазар вообще не отзывался на некорневую подкормку растений борной кислотой. При замене борной кислоты хелатом бора эффективность некорневой подкормки резко возрастает. Урожайность сорта Рапан повышается на 5,47 ц/га или 7,7 % при использовании 0,5 % раствора и 4,92 ц/га или 6,9 % – 1,0 %, а сорта Хазар – 5,28 ц/га или 7,6 %, 6,62 ц/га или 9,6 % и 5,82 ц/га или 8,4 % соответственно при подкормке 0,1, 0,5 и 1,0 % раствором хелата бора.
Таким образом, для повышения эффективности предпосевной обработки семян следует использовать борную кислоту, а некорневой подкормки – хелат бора. Более высокая эффективность хелата для некорневой подкормки обусловлено высокой лабильностью хелатных форм. Хелаты продолжительное время сохраняют бор в растворимом и доступном для растений состоянии. При попадании на лист хелаты проникают через эпидермис и включается в метаболизм. Хелатные формы микроэлементов используются растениями практически на 90 %. Этим обусловлена их высокая эффективность при некорневой подкормке растений. Кроме этого хелаты в отличие от борной кислоты не вызывают ожогов. Меньшая эффективность хелата бора по сравнению с борной кислотой при предпосевной обработке семян также связана с высокой подвижностью хелатных соединений. В связи с этим бор может выщелачиваться из почвы и прорастающих семян.