Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Азотфиксирующая активность и продуктивность сортов сои различной скороспелости (Обзор литературы) 6
1.1. Народнохозяйственное значение сои 6
К2. Ботаническая характеристика сои 10
1.3. Особенности азотного питания бобовых культур 13
1.4. Роль биологического азота в питании растений 16
1.5. Методы определения актуальной активности симбиоза 21
1.6. Условия активного бобоворизобиального симбиоза 26
Заключение по главе 31
Глава 2 Экспериментальная часть глава п. место, условия и методика исследований 32
2.1, Метеорологические условия 33
2.2, Объекты исследований. Агротехника в опытах, 34
2.3, Схема опытов и её обоснование 35
2А Вопросы и методы исследований 35
2.5. Цель и задачи исследований 38
Глава 3 Симбиотическая деятельность посевов сои 40
3.1. Динамика формирования симбиотического аппарата 40
3.2. Удельная активность симбиоза 46
3.3. Количество фиксированного азота воздуха за вегетацию в зависимости от сорта 49
Заключение по главе 51
Глава 4. Фотосинтетическая деятельность посевов
4.1. Сумма активных температур 52
4-2- Рост и развитие растений 53
4.3, Динамика формирования фотосинтетического аппарата 57
4.4, Накопление сухого вещества зависимости от активности симбиоза 61
4.5, урожайность семян и ее структура 62
Заключение по главе 65
Глава 5. Химический состав растений и качество урожая 66
5.1, Динамика содержания азота в органах растений 66
5.2. Динамика потребления азота в зависимости от активности симбиоза 69
5.3- Доля участия источников азота в питании растений 71
5.4, Качество урожая и сбор белка 75
Заключение по главе 78
Глава 6. Энергетическая оценка возделывания сои в условий центрального нечерноземья 79
Выводы 83
Предложения производству 85
Список использованной литературы 86
Приложения Ш
- Условия активного бобоворизобиального симбиоза
- Динамика формирования симбиотического аппарата
- Динамика формирования фотосинтетического аппарата
- Динамика потребления азота в зависимости от активности симбиоза
Введение к работе
Соя (Glicme hispida L.) - культура весьма разнообразного использования. Во многих странах, где она выращивается для самых разнообразных целей, одна из самых увлекательных в современном сельском хозяйстве. Это связано с химическим составом ее семян, которые содержат 29-52% полноценного белка, сбалансированного по аминокислотам, 16-27% жира и около 20% углеводов.
В Формировании величины урожая и его качества неоспорима роль сорта и оптимизации условий его выращивания. В наибольшей степени биоклиматический потенциал продуктивности (БКП) сорта реализуется только при условии оптимальной обеспеченности растений всеми факторами жизни. Основная задача агротехники заключается в достижении наиболее полного использования БКП возделываемого сорта. К сожалению, па практике не все требования биологии сорта могут быть оптимизированы и продуктивность посева составляет большую или меньшую часть от потенциальной (Баранов В.Ф., Корреа У.Т. и Ефимов А.П, 2004; SlaferCA., 1993),
В Российском государственном аграрном университете - МСХА им. К.А. Тимирязева профессором Г.С. Посыпановым с его учениками в восьмидесятые годы прошлого века впервые созданы и районированы в Центральном Нечерноземье России сорта сои северного экотипа, не имеющие аналогов в мировом соеводстве.
Уточнение специфичных технологических приёмов их возделывания в сравнении с более южными сортами, изучение влияния лочвенно-климатических условий на биохимический состав семян этих сортов представляет теоретический и практический интерес.
Научная новизна работы заключается в том, что дано обоснование климатических границ возделывания скороспелого сорта Лада в сравнении с ультраскороспелым сортом сои северного экотипа Светлая, проведено сравнительное изучение формирования и активности симбиотического аппарата,
фотосинтетической деятельности посевов и семенной продуктивности изучаемых сортов в условиях Центрального Нечерноземья.
Практическая ценность работы - показано, что определение биологической суммы активных температур скороспелого сорта Лада позволило обосновать северную границу устойчивого созревания её семян и района возможной интродукции сорта. Сравнительное изучение его с ультраскороспелым сортом сои северного экотипа Светлая, позволило определить сортовые достоинства этих сортов и целесообразность их интродукции.
За оказанную помощь автор искренне признателен; докторам с.-х. наук, профессорам кафедры растениеводства РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева: Заслуженному деятелю науки РФ, ПС, Посыпанову, А.Н, Постникову; кандидатам с.-х. наук, доцентам М.М Токбаеву и Е.В. Беляеву.
Условия активного бобоворизобиального симбиоза
Активность бобоворизобиалыюго симбиоза определяется комплексом факторов. Почвенно-климатические условия оказывают решающие влияние на симбиоз высших растений и клубеньковых бактерий (Державин Л.М., Седова Е.В., Хлыстова А.Ф., 1982; Посыпанов Г.С., 1971, 1985). Факторами, ограничивающими активность симбиоза, в различных условиях возделывания соя являются: кислая реакция почвенного раствора, недостаточная влаго-обеспеченность, отсутствие специфичных, активных вирулентных штаммов ризобий, низкая обеспеченность макро- и микроудобрениями - фосфором, калием, бором и молибденом (Карагуйшиева Д., 1981; Посыпанов Г.С., 1985; HumeD.J., ShelpB.I., 1990).
Кислая реакция почвенного раствора оказывает неблагоприятное влияние на клубеньковые бактерии и их азотфиксирующую активность указывают многочисленные авторы Г.С. Посыпанов, В.В., Русаков (1974), Г.С. Посыпанов, В.И. Чернова, М.А. Кашин (1977), Державин Л.М., Седова Е.В., Хлыстова А.Ф.,(1982).
В связи с видовой специфичностью требований бобовых культур к реакции почвенного раствора для активного симбиоза Г.С. Посыпановым в 1983 году предложена классификация наиболее распространённых бобовых культур на б групп по активности симбиоза в зависимости от кислотности почвы, которая показывает, до какого уровня рНС0Л надо известковать, чтобы обеспечить оптимальные условия для азотфиксации. Она также указывает, какую бобовую культуру рациональнее возделывать на полях с данной реакцией почвенного раствора.
Активной симбиоз в ряде районов соесеяния лимитируется недостаточной влагообеспеченностью. Наилучшие условия для симбиоза создаются в диапазоне влажности почвы от 100% ППВ до влажности разрыва капилляров (ВРК) около 60% ППВ (Посыпанов Г.С, 1971; Serraj R., Adu-Gyamfi J. Rupela O.P., Drevon J.J., 2002; Osunde A.O., Bala A., Gwam M.S., Tsando P.A., Saginga N., 2003)
Как отмечает Г.С. Посыпанов (1979), прекращение фиксации азота при низкой влажности почвы происходит не из-за недостатка воды в клубеньках, а из-за недостатка энергетических материалов - углеводов. Продукты фотосинтеза идут на рост корней последнего порядка и корневых волосков, ищущих, воду. В клубеньках, не получающих углеводы, активный леггемоглобин переходит в неактивный холеглобин, фиксация азота воздуха прекращается и клубеньки частично отмирают. При повышении влажности почвы эти клубеньки уже не восстанавливают свою азотфиксирующую активность (Баранов В.Ф., 1976). На почвах, где ранее не высевали сою, спонтанных клубеньковых бактерий нет и поэтому необходима искусственная инокуляция семян клубеньковыми бактериями. Она существенно повышает урожайность семян сои (Посьшанов Т.С., 1979,1985, 1997 и 2005; Serraj R., Adu-Gyamfi J., Rupela O.P.,DrevonJ.J.,2002).
Инокуляция семян активными штаммами ризобий часто дает более высокие урожаи бобовых, чем при внесении больших доз минеральных азотных удобрений (NifTAL, 1984; Gresshoff P.M., 1990; Serraj R., Adu-Gyamfi J., Rupela O.P., Drevon J.J., 2002).
По мнению E. Appelbaum, (1989), Mulongoy K., Gueye M. и Spencer
D.S.C. (2003) необходимым фактором выращивания сои в новых условиях является - инокуляция семян. В тоже время, есть много работ, показывающих, что инокулированные и неинокулированные растения выносят из почвы одинаковое количество азота. Фиксированный азот дает превышение урожая над неинокулированными растениями (Чундерова А.И., 1980; Посьшанов Г.С., 1985; Ogoke I.J., Togun А.О., Dashiell К., 2003; Christensen В.Т., 2004).
Эффективность инокуляции настолько велика что, по мнению ряда ученых (Посьшанов Г.С., 1971; Adetiloye P.O., Okeleye К.A. and Tayo Т.О., 2000), этот агроприём при оптимальных условиях активного симбиоза может полностью обеспечить потребности бобовых культур в азоте и внесение азотных удобрений отрицательно действует на азотфиксирующий комплекс.
Однако следует отметить, что опыты с инокуляцией не всегда дают положительные результаты (Прокошев В.Н., 1975; Сичкарь В.И., Колот В.И., 1982; Толкачев Н.З., 1984; Черепков Н.И., 1985). На наш взгляд, это можно объяснить тем, что опыты проводились с разными культурами в различных почвенно-климатических условиях и не в одно время. Фиксация азота воздуха происходит с участием АТФ, главной частью, которой является фосфор, недостаток его часто выступает лимитирующим фактором нитрогеназной активности и уровня урожая бобовых культур (Saraf C.S., 1983). При недостатке фосфора образуется мало АТФ, и азот воздуха фиксируется слабо (Вавилов П.П., ГТосыпанов Г.С., 1974; Карагуйшиева Д., 1980), Следует отметить, что при симбиотрофном питании азотом, потребность бобовых на уровне обеспеченности фосфором повышается (Прянишников Д.Н., 1963; Посыпапов Г.С, 1971). Внесение калия малоэффективно на почвах с хорошей обеспеченностью калием (Доросинский Л.М., 1970; Полевой В.В., 1989).
Для активного симбиоза большое значение имеют микроудобрения -молибден и бор. Установлено, что молибден повышает активность ферментов дегидрогеназ, участвующих в связывании молекулярного азота (Ягодин Б.А., 1980). Внесение молибдена в дозах от 50-200г /га в среднем за 5 лет повышало урожай семян фасоли на 2,5 - 2,7 ц./га (22-23%) (Metton et al., 1983)
Борные удобрения эффективны на произвесткованных почвах с реакцией среды, близкой к нейтральной, а молибден на кислых почвах (Вавилов П.П., ПосыпановГ.С, 1983; Делаев У.А., 1985; Morrison M.J., 1997).
Динамика формирования симбиотического аппарата
Главной биологической особенностью бобовых культур, в том числе и сои, является усвоение азота воздуха в симбиозе с клубеньковыми бактериями. Под эффективностью бобоворизобиального симбиоза понимается интенсивностью азотфиксации и количество азота воздуха, усвоенного симбиоти-ческоЙ системой. От ее размера и количества фиксированного азота зависит продуктивность бобовых культур.
Наши исследования показали, что образование клубеньков на всех вариантах происходило через 10-14 дней после всходов в фазу первого тройчатого листа сои (Табл. 2). Через 4-7 дней в клубеньках появлялся красный пигмент - леггемоглобин (Лб), обеспечивающий энергетические центры кислородом и способствующий высвобождению энергии для фиксации азота воздуха (Рис. 3).
К фазе полного налива семян сои клубеньки начали зеленеть - Лб переходит в холеглобин (Хб), и в конце вегетации они отмирали.
Продолжительность общего и активного симбиоза зависела от погодных условий года. По вариантам опыта отличий в этих показателях не установлено (Табл. 3).
В 2005 году средняя продолжительность общего симбиоза составила 82 сорта Светлая и 92 для Лады, а активного - 73 и 83 дней для сорта Светлая и Лада соответственно. В годы с недостаточной влагообеспеченностью 2004 год средняя продолжительность общего симбиоза составила 79 - для сорта Светлая и 74 для Лады, а активного - 71 и 85 дней для сортов соответственно.
Разница в продолжительности общего и активного симбиоза в 9-12 дней указывает на то, что само по себе наличие клубеньков на корнях сои еще не говорит о фиксации азота воздуха. Необходимо, чтобы клубеньки были активными, содержащими леггемоглобин. Наиболее важным показателем величины симбиотического аппарата является масса клубеньков на одно растение и на гектаре (Табл. 4).
Динамика массы клубеньков в годы исследований отличалась по вариантам и по сортам опыта. Наибольшей величины она достигала в фазу налива семян (Рис. 3).
Размещение клубеньков по корневой системе у различных культур неодинаковое. У сои они концентрируются у главного корня ближе к поверхности, но условия выращивания могут значительно влиять на морфологию сим-биотического аппарата.
Наиболее полно отражает величину симбиотического аппарата - сим-биотический потенциал (СП), который определяется произведением массы клубеньков на продолжительность их жизни. Общий симбиотический потенциал (ОСП) показывает массу всех клубеньков, а активный (АСП) учитывает массу клубеньков, фиксирующих азот, содержащих леггемоглобин. Чем крупнее красные клубеньки и чем дольше они функционируют, тем больше азота воздуха может быть усвоено растением.
Динамика формирования симбиотического аппарата соей, возделываемой сорта Светлая проходила более активно, чем у сорта Лада. Уже к фазе цветения масса клубеньков была сформирована на 18-21% больше, чем сорта Светлая. Эти различия сохранялись в течение всего периода вегетации сои (табл. 7).
Максимальная масса сырых клубеньков, в том числе и активных, была накоплена к фазе образования бобов и практически оставалась на том же уровне (401-494 кг/га у обоих сортов) до полного налива семян. Процесс увеличения массы клубеньков, в том числе и активных, у сои сорта Светлая, продолжался до фазы полного налива семян. У сорта сои Светлая процесс перехода активных клубеньков в неактивные наблюдали в фазе половинного налива семян. Доля активных клубеньков в общей массе составляла 64%, а у сорта Лада - 73%. К фазе полного налива семян эти показатели составляли -соответственно 7,6 и 17,8%, но они уже не смогли повлиять на активность симбиоза.
Динамика формирования фотосинтетического аппарата
Урожайность сельскохозяйственных культур в значительной степени зависит от размеров и темпов нарастания ассимиляционной поверхности. За счет фотосинтеза, который в основном протекает в листьях, создается 90-95 % сухого вещества растений (Шатилов И.С, Голубева Г\С, 1969).
Основными показателями фотосинтетической деятельности посевов служит величина площади листьев, фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза. АЛ. Ничипорович (1961), Г. Г. Успенков (1963), JI.M Дорохов (1967) указывают на прямую связь между величиной площади листьев и накоплением сухого вещества.
В наших опытах площадь фотосиїітстичсского аппарата сои зависла от метеорологических условий вегетационного периода и в меньшей степени от ширины междурядий (Табл. 12),
У сортов сои северного экотипа максимальной, в течение вегетации, площадь листьев была в фазу полного налива семян достигала 43 тыс, м /га. У сорта Лада в фазе полного налива семян она достигала 35 тыс. м /га.И увеличивалась до начала созревания, достигая 39 тыс, м"/га,
У сорта Светлая, как и всех сортов северного экотипа, максимальная площадь листьев за вегетацию бывает в фазу налива семян и сохраняется до полного их налива. У группы скороспелых сортов сои северного экотипа она наступает на 6.,.12 дней раньше, чем у более позднеспелых. У сортов Лада площадь листьев несколько увеличивалась даже до конца фазы полного налива семян - начала созревания.
После фазы полного налива семян, нижние листья начинают желтеть и опадают. Этот процесс начиїтается с ультраскороспелого Светлая, через 14...21 дней желтеют и опадают листья у сорта Лада.
Результирующим показателем величины фотосинтетического аппарата является фотосинтетический потенциал, учитывающий изменение площади листьев в течение вегетации. Несмотря на то, что максимальная площадь листьев у различных сортов сои была близкой, продолжительность их функционирования была разной; у позднеспелого сорта дольше шёл активный фотосинтез, следовательно, и величина фотосинтетического потенциала была разной (Табл. 13).
Фотосинтетический потенциал посевов изменялся по периодам онтогенеза. В годы опытов в зависимости от величины площади листьев (Приложение 8) нарастание ФСП в течение вегетации происходило неравномерно. В период третьего тройчатого листа - цветения он был меньше, чем цветения — налив семян почти в два раза. Наибольший фотосинтетический потенциал установлен в период от налива до полного налива семян в 2005 году и почти в 1,5 раза выше, чем в 2004 г.
Чистая продуктивность фотосинтеза это расчётный показатель фотосинтетической деятельности посевов и зависит от освещённости и величины площади листьев, их взаимозатенения и интенсивности фотосинтеза (Гатаулина Г.П, 2001; Hoggard A.L., 1978). При оптимальной структуре посева этот показатель определяется видом растения и генотипом его сорта.
Анализ чистой продуктивности фотосинтеза показал, что наиболее продуктивно листья сои работали в 2005году {Табл. 13) хотя площадь в указанном году была меньше, чем в 2004 г.
Динамика потребления азота в зависимости от активности симбиоза
На основе экономического прогресса любого общества лежит повышение эффективности общественного производства. Специфическое содержание эффективности производства в каждой системе хозяйства определяется: 1) общественной формой производства; 2) целевой направленностью производства; 3) своеобразием присущих данной системе факторов и результатов производства.
Высшим критерием эффективности является полное удовлетворение общественных и личных потребностей при наиболее рациональном использовании имеющихся ресурсов (Коваленко Н.Я., Агирбов Ю.И., Серова Н.А. и др. 2004).
Для объективной оценки эффективности возделывания той или иной культуры, использования того или иного технологического приема при быстро меняющихся экономических параметрах цен и услуг, целесообразно использовать метод оценки энергетической эффективности возделывания культуры или применения технологического приема метод, не зависящий от конъюнктуры рынка.
Для этого необходимо учесть энергозатраты на возделывание культуры - обработку пашни, семена, посев, уход за посевами, уборку урожая и его обработку. Определить энергосодержание урожая в соответствии с его химическим составом, выявить степень окупаемости энергозатрат энергосодержанием урожая.
По методике Г.С. Посыпанова и В.Е. Долгодворова (1998) мы провели энергетическую оценку возделывания ультраскороспелых сорта сои Светлая, и скороспелый сорта Лада, Также рассчитали энергетическую себестоимость семян, белка и жира.
Зная энергетическую себестоимость продукции и стоимость 1 ГДж энергии, можно рассчитать затраты и себестоимость продукции в денежном вы 80
ражений по любому курсу рубля или валюты.
Нами проведен анализ энергетических затрат на создание оптимальных условий для бобово-ризобиального симбиоза сои, а также проведён расчёт энергосодержания полученной продукции.
Расход энергии на производство семян сои складывался из энергозатрат на семена, микроудобрения, инокуляцию семян, горюче-смазочные материалы, амортизационные отчисления на трактора и сельскохозяйственные машины - затрат на их ремонт и техобслуживание, на электроэнергию и живой труд.
В нашем опыте энергетические затраты на обработку почвы, посев и уход за посевами сои, в соответствии с технологической картой, без учёта энергозатрат на применение минеральных удобрений составили 12,3 ГДж (Табл. 27). Энергозатраты на инокуляцию семян, применение борных и молибденовых удобрений оценены в 200 МДж/га,
Энергозатраты на семена сои оценены в 1,7 ГДж/га. Общие энергозатраты на возделывание сои при инокуляции семян, применении борных и молибденовых удобрений, использовании гербицидов составили 18,1 ГДж и были одинаковыми у обоих сортов.
На основании данных химического анализа семян каждого сорта о содержании белка, жира и углеводов, а также урожая семян, мы рассчитали сбор белка, жира и углеводов с урожаем каждого сорта и энергосодержание семян в целом.
Энергосодержание урожая рассчитывали исходя из фактического урожая семян, химического состава семян - содержания белка, жира, углеводов, а также их энергоёмкости.
Известно, что в 1 кг этих веществ заключена энергия: Углеводов- 16,72 МДж; Белка -22,99МДж; Жира-37,62 МДж.
Наибольшее энергосодержание урожая семян в 2005 г - 56,45 ГДж/га, было у сорта Светлая, у которого получен самый высокий урожай семян, соответственно наибольший сбор белка и жира (Табл, 28).
Несколько ниже 53,81 ГДж/га, эти показатели были у сорта Лада.
Энергосодержание 1 т семян сои зависит от их химического состава. При активном симбиозе у сорта Светлая оно было больше за счёт более высокого содержание белка и составило 22,90 ГДж/т и у сорта Лада - 22,83 ГДж/т. При одинаковых энергетических затратах на гектар чистый энергетический доход тем выше, чем больше энергосодержание урожая. В нашем опыте урожай семян у сорта Светлая был на 4,3 цУга выше, чем у сорта Лада-Соответственно, энергетическая себестоимость семян, белка и жира самая была выше у сорта Светлая.
Коэффициент энергетической эффективности был также больше у сорта Светлая - 2,89 и меньше - 2,61 у сорта Лада,
Примечание: 3атраты на Ї га делятся на урожай семян, или сбор белка или сбор жира.
В 2005 г. При благоприятных условиях симбиоза энергосодержание урожая сорта сои северного экотипа - Светлая составило 54,74 ГДж/га и сорта Южного экотипа Лада - 53,28 ГДж/га. Чистый энергический доход был на уровне 33,54 ГДж/га для сорта Светлая, и 29,15 ГДж/га для сорта Лада. Энергическая себестоимость семян сорта Светлая составила 7,70 ГДж/т7 и сорта Лада-7,13 ГДж/т.
Похожие диссертации на Азотфиксирующая активность и продуктивность сортов сои различной скороспелости
