Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Состояние сельскохозяйственного производства картофеля в Республике Алтай 10
1.2. Морфология и описание картофеля 11
1.2.1. Биологические особенности картофеля 13
1.2.2. Пищевые запасы материнского клубня 15
1.2.3. Минеральное питание 16
1.2.4. Азотное питание 17
1.3. Характеристика гептила, 17
1.3.1. Физические свойства 19
1.3.2. Химические свойства 20
1.3.3. Токсикологические свойства 24
1.3.4. Влияние гептила на животных, человека и растения 28
Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 35
2.1. Почвенно-климатические условия 35
2.2. Краткая характеристика сорта Невский ...38
2.3. Методика проведения исследований 39
2.4. Метеорологические условия 40
Глава 3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗНАКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДОЗЫ, СПОСОБА ПРИМЕНЕНИЯ ГЕПТИЛА И УСЛОВИЙ ВЕГЕТАЦИИ. 43
3.1. Высота растений 43
3.2. Число междоузлий на стебле 49
3.3. Число стеблей в кусте 56
3.4. Число клубней на куст 61
3.5. Число товарных клубней на куст 69
3.6. Общая масса клубней 74
3.7. Масса товарных клубней 80
3.8. Содержание сухого вещества в клубнях 86
3.9. Содержание аскорбиновой кислоты в клубнях 94
3.10. Содержание крахмала в клубнях 101
3.11. Содержание нитратов в клубнях 107
ВЫВОДЫ 114
Список литературы 116
Приложения 126
- Состояние сельскохозяйственного производства картофеля в Республике Алтай
- Почвенно-климатические условия
- Число междоузлий на стебле
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время в связи со значительным прогрессом производства, науки и техники угрожающий характер приобрели экологические проблемы. На окружающую среду воздействуют химические вещества — суперэкотоксиканты. Это воздействие затрагивает все регионы Земли, в том числе и такие, казалось бы удалённые от промышленных центров, как Республика Алтай [61,69].
Негативное влияние суперэкотоксикантов на республику связано: с испытаниями ядерного оружия на Семипалатинском полигоне; с эксплуатацией части территории Горного Алтая под участки падения отделяющихся частей ракет - носителей тяжёлого класса типа «Протон», «Буран», «Энергия»; с воздействием предприятий промышленного комплекса Северного Казахстана.
Таким образом, изучение данных проблем в целом, а в частности проблемы загрязнения территории республики ракетным топливом, связаной с эксплуатацией части территории военно-космическими силами Министерства Обороны Российской Федерации, представляет значительный интерес для Горного Алтая.
При запусках космических ракет значительные территории Республики Алтай испытывают всю тяжесть последствий, связанных с отравлением высокотоксичным ракетным топливом и его метаболитами. Оно попадает на поверхность земли с остатками вторых ступеней ракет -носителей, при запусках ракет. Этот вид техногенного воздействия на природную среду, а также ликвидация последствий данного воздействия весьма слабо изучены [4,10,52].
Вопросы экологической безопасности ракетно-космической деятельности и её влияние на окружающую среду возникли на начальном этапе становления этого нового направления человеческой деятельности. При этом особое внимание разработчиками ракетно-космической техники уделялось проблемам безопасности производства компонентов топлива и
средств выведения ракетно-космической техники (РКТ), непосредственное воздействие их на окружающую среду не учитывалось [49].
По мере интенсивного развития РКТ и использование гептила в качестве ракетного топлива возникли новые аспекты, связанные с воздействием гептила на биоту, а именно на атмосферу, почву, воду, а вследствие этого и на растения на животных и человека.
Изучение воздействий РКТ на окружающую среду проводятся в разных странах, начиная с прошлого века. В рамках специальных программ начаты работы по уменьшению и ликвидации их последствий на природу [92,93,99 и др.].
Многие исследования по воздействию гептила проводятся на предполагаемо зараженных объектах в окружающей среде [58,59]. На самом деле, большая часть топлива рассеивается в атмосфере, на поверхность земли компоненты ракетного топлива попадают только в виде остатков в трубопроводах и двигательной установке. В местах падения двигательной установки на отдельных участках возможно нахождение растворов гептила концентраций, превышающих предельно допустимые уровни. Хотя основной источник поступления гептила на поверхность земли, и в частности, на растения при падении ступеней, несомненно, аэрогенный, но бывает, что попадание происходит и из оставшегося топлива в баках ракет-носителей на территории, предназначенные для падения ОЧРН [80].
Официально малонаселённые районы Горного Алтая военно-космические силы Министерства Обороны Российской Федерации используют под территорию для падения отделяющихся конструкций ракет -носителей с 1995 года в соответствии с договором Российской Федерации и Республики Алтай «Об использовании участков территории Республики Алтай под районы падения отделяющихся фрагментов при пусках ракет -носителей с космодрома Байконур » [16].
На территории республики Алтай полностью или частично расположены два поля падения фрагментов вторых ступеней ракет -
6 носителей, (рис. 1) запускаемых с космодрома Байконур. Это район падения 327 (координаты центра эллипса 51 17' 30" северной широты, 87 05' 00" восточной долготы) и 326 (координаты центра эллипса 5 Г 19' 36" северной широты, 88 36' 00" восточной долготы). Общая площадь эллипсов составляет 525 400га [16].
В данных районах проводились мониторинговые исследования по рассмотрению степени загрязнения различных объектов окружающей среды: почвы, воды, атмосферы и дикорастущих растений. Внимание исследователи менее всего уделяли изучению дикорастущих растений, а культурных ещё меньше [80]. Это побудило провести модельные эксперименты по рассмотрению воздействия гептила на культурные растения, в частности на картофель, что обусловлено следующим:
1 .Досконально не изучено загрязнение гептилом с выпадением аэрозольных осадков на любой территории Республики Алтай и сопредельных территориях.
2. Картофель является одной из наиболее распространённых культур, выращиваемых населением в большинстве районов Республики Алтай, на территорию которых приходится основной ареал падения фрагментов ракет - носителей.
В Республике Алтай производство картофеля концентрируется, в основном, в частном секторе и достигает уровня 91,7% от общего производства [36,37]. В действительности, в природных условиях, очень трудно определить какое действие оказывает гептил различных концентраций на объекты окружающей среды, в том числе и на картофель, поэтому была поставлена задача: разработать совместно с учёными Горно-Алтайской лаборатории аналитической химии, а в частности с её заведующей доцентом, кандидатом химических наук В.Г. Ушаковой - концентрации растворов гептила, которые должны были быть максимально приближены к концентрациям найденным в почвах, воде и растениях районов падения
.).
рноА^гдиск
фЧЕМЙЛ
ГОРНО
Р.П. -район падения.
Рис.1- Местоположение районов падения отделяющихся частей ракет-носителей в Республике Алтай (Ю.П.Ворожейкин).
вторых ступеней ракет-носителей, и выяснить реакцию картофеля на обработку клубней и внесение в почву НДМГ различных концентраций [61,67,69,81 и др.].
ТЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ. Тема исследования: «Действие и последействие гептила на изменчивость хозяйственно-полезных признаков картофеля в Республике Алтай» и варианты опытов обсуждались совместно с профессором, кандидатом сельскохозяйственных наук Т.А. Стрельцовой, а также с заведующей Горно-Алтайской государственной лабораторией аналитической химии, доцентом, кандидатом химических наук В.Г. Ушаковой. Выражаю им глубокую признательность за неоценимую помощь и поддержку при создании данной работы. Особую благодарность я адресую профессору, доктору наук Р.А. Цильке за его доброту и заботу и огромную помощь в написании диссертации.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель исследования - изучить влияние НДМГ на рост, развитие и накопление химических веществ в клубнях картофеля.
Задачи исследования - изучить действие и последействие растворов НДМГ различных концентраций на следующие признаки:
1)высота растений;
2)число стеблей в кусте;
3)число междоузлий;
4)общая масса клубней на куст;
5)масса товарных клубней на куст;
6)среднее число клубней на куст;
7)число товарных клубней на куст;
8)содержание сухих веществ в клубнях;
9)содержание крахмала в клубнях;
10)содержание аскорбиновой кислоты в клубнях;
11)содержание нитратов в клубнях;
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые в Республике Алтай изучено действие и последействие гептила на картофель как важнейшую сельскохозяйственную культуру.
Доказано, что исследуемый компонент ракетного топлива гептил оказывает влияние на различные количественные и качественные признаки картофеля. Выявлено, что гептил влияет на развитие картофеля, как при непосредственной обработке посадочного материала, так и при внесении его в почву при посадке семенного материала, а также прослеживается его действие на последующие поколения.
Установлено, что гептил характеризуется как стимулирующим, так и ингибирущим эффектом, причём его действие и последействие сильно модифицируется условиями вегетации картофеля (влага, температура).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные экспериментальные данные дают представление о характере действия компонента ракетного топлива - гептила на рост и развитие картофельного растения, и таким образом указывают на срочную необходимость по принятию мер для предотвращения распространения этого химического вещества в природе.
Полученные в работе результаты могут быть полезны при оценке воздействия гептила и его производных на культурные растения, характеристике гептила и его метаболитов как типичных антропогенных суперэкотоксикантов, для мониторинга загрязнителей окружающей среды на территории Республики Алтай.
Состояние сельскохозяйственного производства картофеля в Республике Алтай
Республика Алтай находится в центре Евразийского континента. Её соседями являются Казахстан, Монголия, Китай, республики и регионы Российской Федерации, такие как Тува, Хакасия, Кемеровская область, и Алтайский край.
Горный Алтай расположен на тех же географических широтах, что и центральные области Казахстана с городами Семипалатинск, Караганда и Целиноград, северная половина Украины с городами Харьков, Киев и Львов, центральные земли Германии, Бельгии, Южная оконечность Великобритании и южные районы Канады.
Республика Алтай является полноправным субъектом Российской Федерации, занимает площадь 92902 кв.км. С запада на восток протяжение 360 км, с севера на юг 400 км. Республика разделена на 11 районов. Общая земельная площадь республики составляет 9290,3 тыс/га [42,43].
Основной отраслью экономики является сельское хозяйство. Хотя главное направление в сельскохозяйственном производстве принадлежит животноводству, растениеводство также занимает значительное место в экономике республики. Важную роль играет выращивание зернофуражных и кормовых культур, а также овощеводство, садоводство, хмелеводство. Урожайность продуктов растениеводства, за 1999-2002 годы в среднем составила 453 ц/га, для картофеля 81 ц/га. Этот показатель находится на втором месте после показателя урожайности кукурузы на силос - 117ц/га. Структура производства сельскохозяйственной продукции по категориям хозяйств всреднем за 1999 г. - 2000 г. в процентах равна: у сельскохозяйственных предприятий: картофель 0,8%, зерно 94,7%; у личного хозяйства населения: картофель 98,5%, в крестьянских и фермерских хозяйствах: картофель 0,75%, зерновые культуры 5,28% [37], Из приведённых данных следует, что картофель - одна из самых важных продовольственных культур в Республике Алтай. Потребность республики в картофеле на продовольствие, корм скоту значительна. В основном, выращиванием картофеля занимаются в личных и подсобных хозяйствах. Выбор данной продовольственной культуры в качестве объекта исследования обоснован жизненной необходимостью, так как он используется населением республики как основной продукт питания [60,70].
\Картофель - это универсальная культура. Его значение в народном хозяйстве очень велико. Он играет важную роль и как продовольственное, и как техническое, и как кормовое растение. Эта культура, удовлетворяет самые разнообразные потребности. Картофель с каждого гектара приносит больше ценных веществ, чем ряд других. Выдающийся российский агрохимик Д.Н. Прянишников говорил так: „Выращивать картофель - это то же, что получать три колоса там, где раньше рос один." Действительно, это культурное растение даёт с гектара столько же белковых веществ, сколько озимая рожь, но в три раза больше углеводов (Из дис. [32,33]).
Картофель богат веществами, необходимыми для человеческого организма. Он содержит углеводы в виде крахмала, а углеводы один из источников энергии человека. В картофеле также много белка, идущего на построение клеток, из которых состоят все ткани человеческого тела. Кроме того, в нём имеются различные минеральные соли и витамины. Белок этого полезного растения имеет высокую биологическую ценность, т.к. содержит много незаменимых аминокислот [5,22,71].
Родиной картофеля считают Южную Америку. Картофель относится к семейству паслёновых-Solonaceae, к роду Solanum, объединяющему десятки диких и культурных видов и среди них единственный вид, получивший широкое распространение в культуре-Solanum tuberosum. Заслуга в открытии и использовании многих диких и культурных видов картофельного растения принадлежит российским учёным, С.М.Букасову, С.В.Юзепчуку, Н.И.Вавилову.
Н. В. Черкасов пишет: „ В начале 18 века картофель в России был в основном распространён в крестьянских хозяйствах и в огородах у горожан. Вопрос о том, когда впервые появился картофель в Сибири и в целом в России, совершенно неясен. Несомненно, лишь то, что культура эта исключительно давняя" [87].
В настоящее время отмечается тенденция перемещения картофеля в личные и подсобные хозяйства, возвращение к традициям 18 века.
Перемещение основного производства картофеля в частный сектор объясняется рядом конкретных причин. Этому способствовало практически повсеместное увеличение площади приусадебных участков сельского населения, а также массовый отвод земель для садово-огородных и дачных целей. Селяне стали больше содержать на своих подворьях скота (в основном свиней), и картофель оказался ценным подспорьем в кормлении животных. Существенное влияние оказало общее снижение жизненного уровня значительной части населения, которая была вынуждена увеличить объёмы выращивания картофеля на приусадебных участках и огородах для своегй личного потребления и продажи излишков [66].
В Республике Алтай картофель распространён повсеместно, даже в неблагоприятных для роста и развития этой культуры районах можно получить хороший урожай при правильном выборе сортов. Выращивают его в суровых климатических условиях Кош - Агачского, Улаганского, Усть -Канского и Усть - Коксинского районов. Вышеперечисленные районы республики также подвержены загрязнению суперэкотоксикантами в связи с ракетно-космической деятельностью. В благоприятных зонах республики картофель выращивают в большем объёме по сравнению с указанными районами. Так, например, в Майминском районе, где проводились исследования, урожайность картофеля с 1999 г. по 2002 г. составила в среднем 108 ц/га. На втором месте по урожайности картофеля находился Усть-Коксинский район, на третьем месте - Шебалинский [36].
Почвенно-климатические условия
Исследования проводились в Майминском районе Республики Алтай на выщелоченных лугово-черноземных почвах. Основная их часть находится в интенсивном использовании, преимущественно в пашне. Лугово-черноземные почвы формируются под лугово-степной растительностью при временном повышенном поверхностном увлажнении.
Лугово-черноземные почвы морфологически близки к черноземам, отличаются от них более темной окраской гумусового горизонта, повышенной гумусностью, некоторой растянутостью гумусового горизонта и оглеенностью нижней части профиля. Этому типу почв можно дать следующую морфологическую характеристику по горизонтам:
Ао 0-Зсм. - Степной войлок, темно-серый до черного, сухая подстилка, перепревшие корни и листья, переход постепенный (на пашне этот слой разработан).
Ai 3-63см. - Собственно гумус или перегнойно-аккумулятивный, свежий темно-серый, среднесуглинистыи, комковато-зернистый, уплотненный, переход постепенный.
Аг 63-83см. - Горизонт вымывания, свежий, темно-серый, среднесуглинистыи, зернистый комковатый, корешки растений, переход постепенный.
В 83-І08см. - Горизонт вымывания, слабоувлажненный, среднесуглинистыи, комковатый, плотный, переход ясный.
С 108 см. - Материнская порода, увлажненный, желтовато-коричневый, среднесуглинистыи, бесструктурный, плотно-оглеенный.
Лугово-черноземные почвы, встречающиеся на территории опытов, имеют среднесуглинистыи пылеватый механический состав. Сумма частиц меньше 0,01мм, в верхнем горизонте составляет 33,01%. Количество ила равно 2,4% в горизонте В, с глубиной содержание ила увеличивается до 14%, что свидетельствует о перемещении частиц и проявлении иллювиальных процессов. Механический состав почвообразующих пород среднесуглинистыи, крупнопылеватыи, гумуса в верхнем слое содержится 16,30%, валового азота 0,78%. С глубиной количество гумуса и азота постепенно уменьшается. Реакция почвы верхних горизонтов слабокислая (рН=6,1-6,3), с глубиной наблюдается увеличение значения (рН=7,9).
Таким образом, лугово-чернземные почвы обладают хорошими водно-физическими и физико-химическими свойствами и относятся к пахотно-пригодным почвам лучшего качества.
По степени кислотности почвы относятся к сильно и средне-кислым. Содержание тяжёлых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий не превышает допустимые концентрации, из этого следует, что почвы данной местности экологически чистые [44].
Климат в Республике Алтай в основных чертах имеет много общего с другими районами Сибири. Прежде всего, он выражается суровостью и резкой континентальностью.
В Горном Алтае выпадает большое количество атмосферных осадков, но по территории они распределяются неравномерно. Наибольшее количество осадков выпадает в высокогорных районах. Так, например, в районе горы Белуха выпадает более 2000мм осадков в год. В межгорных котловинах и на высокогорных плато осадков выпадает мало, 99,1-267мм в год. На средне - восточных горах выпадает 500-600мм.
Протяжённость границ Майминского района 200км, с севера на юг-148 км, с запада на восток - бОкм .
Средняя годовая температура воздуха +1 С. Самый тёплый месяц -июль, его средняя температура +17,8 С, а максимальная +36,8 С. Самый холодный месяц - январь, средняя температура -16,1 С, а минимальная -49 С. Весна наступает в середина апреля. Начало развития растений, в среднем с 25 апреля, заморозки возможны ещё в течение месяца до конца мая, а иногда до середины июня. Переход к осени начинается с первых заморозков, в среднем с 17 сентября. Среднесуточная температура воздуха становится ниже +10С. Осадков в районе выпадает много, в среднем 726мм в год, но по сезонам они распределяются неравномерно летом 313мм, зимой 72мм. Постоянный снеговой покров устанавливается в первых числах ноября. Его высота к марту - около 60 см. Такая мощность снегового покрова наблюдается, главным образом, на террасах реки Маймы.
К первой декаде марта высота снежного покрова примерно 20-60см. В июле температура составляет 18-19С, средний минимум 12,5С, средний максимум 25,5 С. Сумма температур за период со средней суточной температурой выше 10С - 1900-2050, за период с температурой выше 15С-1300-1400 С. Продолжительность безморозного периода колеблется от 115 до 120 дней в году. Годовая сумма осадков варьирует от 550 до 750 мм, за период с мая по июль от 350 до 400 мм. Коэффициент увлажнения за этот период - 0,9-1,2. Запасы продуктивной влаги на декаду посадки в слое почвы 0-20 см составляют от 40 до 50 мм, на декаду формирования клубней в слое почвы 0-50см от 70 до 80мм. [47]
Условия Майминского района позволяют выращивать картофель.
Для изучения влияния гептила на хозяйственно - ценные признаки нами была взят сорт картофеля Невский. В условиях Горного Алтая он показал себя, как жизнеспособный, высокоурожайный сорт, выращиваемый населением в большинстве районов республики. В их число входят Майминский, в котором проводились исследования, и даже районы, подверженные загрязнению суперэкотоксикантами, в частности гептилом.
Сорт создан в Северо - Западном НИИСХ. Относится к группе среднеранних сортов картофеля с периодом формирования урожая товарных клубней 65-80 суток. Продолжительность вегетации варьирует от 100 до 115 суток. Урожай среднеранних сортов формируется несколько позднее, чем урожай у ранних сортов, что продлевает период использования свежих клубней в летнее и осеннее время [6,21,27,56]. Сорт Невский относится к столовым сортам, обладает хорошими вкусовыми качествами и предназначен преимущественно для использования в пищу. В клубнях не наблюдается потемнения мякоти и пятно дуплистости. Краткое описание сорта отражает табл. 3 [22].
Число междоузлий на стебле
Число междоузлий положительно коррелирует с высотой растения и другими признаками. Этот признак относится к одним из наиболее стабильных по реакции на изменения во внешней среде, поэтому очень важно знать, как гептил воздействует на данный признак.
Как показывают результаты дисперсионного анализа (табл. 2, прил. 1), варианса, отражающая изменчивость числа междоузлий картофеля при обработке клубней гептилом и внесения его в почву, достоверна.
В табл. 8 представлены данные по числу междоузлий на стебле в год обработки клубней гептилом различных концентраций и внесения его в почву.
Здесь и далее м / у. - междоузлия.
Если наиболее длинный стебель формировался в 2002 году, то больше всего междоузлий формировалось в 2000 году. Полученные данные показывают, что в условиях вегетации 1999 года, по всем вариантам наблюдались достоверные отличия от контроля, причём во всех вариантах междоузлий формировалось больше, чем в контроле. Это, повидимому, связано с засушливыми условиями года, что привело к более длительному сохранению гептила в почве. Резко изменялась картина в 2000 году, когда при обработке клубней и внесении гептила в почву в 9 из 10 вариантов достоверно снизилось число междоузлий. Как видно, в условиях, благоприятных для формирования междоузлий, судя по контролю в 2000 году, междоузлий было выше по сравнению с другими годами, гептил оказывал отрицательное действие. Такие же тенденции наблюдались в 2001 году.
Обобщённые за все годы данные по числу междоузлий иллюстрированы на рис. 8. Если при обработке клубней и внесении в почву гептила более высокой концентрации в вариантах (1-Чист и И-Чист) наблюдается снижение числа междоузлий, то с уменьшением концентрации число междоузлий увеличивалось и становилось на уровне с контролем.
В табл. 9 представлены данные эксперимента по числу междоузлий на стебле, проводимого через год после обработки клубней гептилом и внесения его в почву. Как показывают данные представленные в табл. 9, через год после применения гептила в 2000 году только в одном варианте (1-1:9) и в трех вариантах в 2001 году (1-Чист, И-Чист, 11-1:1) наблюдались достоверные отличия от контроля по числу междоузлий. В условиях вегетации 2002 года достоверной разницы в вариантах от контроля не выявлено. Следует отметить, что через год после применения гептила в большинстве вариантов образование междоузлий на стебле не отличалось от контроля.
Обобщённые данные по числу междоузлий, через год после обработки гептилом, иллюстрированы на рис. 9. Как видно, данные противоречивы и отражают сложные взаимодействия между растениями, поллютантом, и внешними факторами. Особо стоит отметить, что условия вегетации оказывали существенное влияние на выраженность рассматриваемого признака. В большинстве вариантов образование междоузлий на стебле протекало наравне с контролем. В вариантах (Чист-1, 1/5-1, 1/9-1) отрицательная разница с контролем составила 5,6%, а в вариантах (11-1:5, II 52
1:9), по обобщённым данным наблюдалось увеличение количества междоузлий. Данные по числу междоузлий на стебле через два года после обработки клубней гептилом и внесении его в почву представлены в тал. 10.
В контрольных вариантах наблюдались не отчётливые различия по годам: в 2001 году формировалось в среднем 14, а в 2002 году - 15 междоузлий на стебле. В 2001 году, как при обработке клубней, так и при внесении гептила в почву по всем вариантам достоверно снизилось число междоузлий по сравнению с контролем. В условиях вегетации 2002 года только в одном варианте (11-1:9) проявляется достоверное отличие от контроля.
Обобщённые данные по числу междоузлий через два года после применения гептила, иллюстрированы на рис. 10. Как видно существенных различий между опытными вариантами не наблюдалось. И в то же время, во всех вариантах число междоузлий ниже, чем в контроле. Это свидетельствует о том, что гептил проявлял свой эффект на потомстве через два года после его применения.
