Введение к работе
І.І. Актуальность проблемы
Ключевой проблемой сельскохозяйственного производства является всемерное повышение урожайности сельскохозяйственных культур на основе использования современных технологий возделывания. Одним из эффективных способов выполнения намеченной цели является повышение качества посевного материала с помощью воздействия на семена физическими факторами., .Для чего в практике сельского хозяйства используют разнообразные приемы предпосевной обработки семян - тепловой обогрев, воздействие токами высокой частоты и др., однако до настоящего времени нет четко подобранных режимов для отдельно взятой культуры, кроме- этого остается невыясненным физиолого=био-химический механизм стимулирующего влияния физических факторов на семенной материал.
Живые организмы на протяжении тысячелетий формировались в условиях определенного геомагнитного поля, и вполне естественно, что они небезразличны к изменениям этого поля.
Корни растений'различных кульгур (пшеницы, ячменя, овса и др. определенным образом ориентируются и имеют неодинаковую ростовую реакцию относительно магнитных полюсов (Рідша , 1952; Pittman, 1962, 1963, 1965, 1970; Травкин М.П., 1969; Новицкий Ю.И., 1971). С магнитным полем земли связано распределение корневых систем (Новицкий Ю.И., 1967; Новицкий Ю.И., Травкин ЫЛ., 1970; Новицкий Ю.И., 1971).
Растения реагируют на сильны» и слабые искусственные поля. Наблюдается стимуляция роста корней и стеблей в магнитном поле напряаенностью 1200 Э ( etc. al., 1964, 1966), постоянное магнитное поле 150-4000 Э стимулирует рост
проростков кукурузы, огурцов, арбузов, пшеницы (Шахбазов Г.О., 1967; Таланова И.М., Шахбазов Г.О., 1969).
Повышение напряженности магнитного шля до 5000-12000 3 задерживает рост корней, ускоряет старение тканей, тормозит клеточное деление, энергетический обмен, снижает синтез белка, изменяет интенсивность фотосинтеза (Dunlop, Shnidt, 1964, 1965, 1966; Тараканова Г.А., 1968, 1969, 1971).
Слабые и сверхслабые магнитные поля также вызывают определенную реакцию у растений, которая зависит от вида растений, характеристики магнитного поля, а также от времени создействия ( Pittman ,'I963;Audus, whish. , 1964; Новицкий Ц.П., 1966; Шимкевич Л.Л., Шишло М.А., 1966; Чуваев П.П., 1967; їараканова Г.А., 1968, 1971).
Прорастание семян - один из наиболее важных и слояных периодов, который оказывает влияние на прохождение есєх последующих этапов развития организма. Прорастание семян характеризуется интенсивным обменом, запасные питательные вещества претерпевают значительные изменения, превращаются в Еизненно необходимые для молодого организма соединения, которые обеспечивают рост зародыша, и прежде всего первичного корешка. При наличии благоприятных условий начинается интенсивный рост и развитие всех частей зародыша. В продуктивности растений немаловажную роль играют начальные этапы развития, обусловливающие подготовку и переход к генеративному периоду (Ростовцева 3.11., 1969).
Естественные .условия не всегда благоприятны для нормального развития организма, особенно в начальный период. В связи с этим в сельскохозяйственной практике необходим компяекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности растений, и в первую очередь включающие те средства воздейст-
вия, которые могут активизировать прорастание семян и усиливать жизнедеятельность зародыша на начальном этапе.
В последние годы исследования по влиянию физических факторов на сельскохозяйственные растения как у нас, так и за рубежом активизировались и проводятся в основном по следующим направлениям:
I. Изучение воздействия физических факторов на посевные
качества семян (Кожевникова Н.В., 1975; Хуратов А.Х., Чер-
ниану И., 1976; Кушнир П.И., Данъиюк А.И., Швыдский П.Е.
и др., I97S; Белозерских М.П., 1979; Мищенко Л.Т., І979;
Синько Л.Т., Чемарин Н.Г., 1979; Вельский А.И., Чирнин Н.И.,
1УаО; Меремкулова Р.Н., 1980; Хасанова З.М., Наумов Л.Г.,
Курбанов Р.Г., 1980; Шульгина Л.М., 1980; Дворник А.С,
leal; Носова Н.И., 198I; Савельев В.А., 198I; Бычкова З.Н.,
1983; Юсупов Ы.З., Петров Е.П., 1983; Горбунова Т.А., 1984;
Гарнизоненко Т.С, Юдук Ю.И., І984; Ткачук В.Н., Боковой В.И.,
1984; і{аменир З.А., 1985; Изаков Ф.Я., 1989; Марков А.И.,
Савина О.В., 1992; Kavi P.S., ївheг в., 1982; Kondo е.,
1983; Aoki Takashi, 1984; Nelson. S., Kopec Barbara, 1985).
П. Влияние физических факторов на физиолого=биохимичес-
ки& процессы в растительном организме (Сиротина Л.В., 1976;
Калинников Д.Д., 1979; Бляндур О.В., ІУ79, 1980, 1987; Пет
ров Е.П., 1980; Стайков Георги, 1985; Антонов Діегоди, 1986;
Лисовский Г.М., Сидько а.Я., 1986; Христович К.Г., 1986;
Кусакина М.Г., Елисеева Т.В., 1987; Громов А.А., 1989; Ере
мина Т.Н., Костин В'.И., 1989; Hayashi Torn., J982; Zeund
David «Г.Ы., I9Q2; Mill De S.K., Уегтаа S.N.,
1983; Khanna V.K., 1934; Jnaba Kengo, 1984).
Ш. Действие физических факторов m рост и развитие растений в процессе органогенеза (Савин В.Н., 1976; Сиротин А.А.,
Сиротина Л.В., 1978; Мухин В.П., 198?; Тедорадзе С.Г., 1983; Инюшин В.М., 1983, 1984; Каменская К.И., 1987; Бляндур и др., 1987, Якобенчук В.Ф., 1989; Бондаренко Н.Ф., Лискер И.С., 1989; Кириленко С.К., Похвалитый А.П., 1991; Сергина М.Т., Павлова Н.А., Алимова З.И., 1991).
ІУ. Воздействие физических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур (Окулова В.А., Миронова А.Н., 1977; Голдаев B.C., 1978; Велик В.Ф., 1979; Сычев П.А., 1979; Сод-маненко В.Г., Пелихов M.S., 1979; Чиков П.С, 1980; Басибе-ков Б.С, 1982; Лебедев СП., 1983; Магеровский В.В., 1983; Батыгин Н.4., Ушакова З.И., Никонова Н.Д., 1983; Дмитриева З.А., 1987; Блян^ур О.В. и др., 1987; Мязитов К.У., 1987; Йиндукшев В.Ф., Моисеева Т.М., Половиков А.И. и др., 1989; Корниенко А.В., 1990; Омельчвнко Ю.Т., 1991; Pittman V.I., 1987).
Однако опыты по влиянию действия физических факторов на сельскохозяйственные культуры в большинстве случаев носят фрагментарный, разрозненный характер и не отражают интегрированного воздействия их на растительный организм, поэтому мы попытались восполнить в своих исследованиях познания в данном направлении.
При выборе физических факторов и режимов воздействия на посевной материал мы исходили из имеющихся в литературе сведений по их влиянию на метаболизм семян и из современных технических В03МОЕНОСТЄЙ.
Гема является составной частью межвузовской научно=тех-нической программы "Создание для различных зон страны с использованием современных методов генетики, биотехнологии и физиологии сортов сельскохозяйственных культур, присгособлен-
rax к возделыванию по экологически чистым технологиям" (М., 1991).
1.2. Цель и задачи исследований
Цель исследований заключается в научном обосновании эффективных приемов и режимов предпосевного воздействия физических факторов на семена ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы, установлении их влияния на формирование урожая и качества продукции и разработке на этой основе практических рекомендаций по выращиванию полевых культур.
В задачу исследований входило:
изучить влияние физических факторов на посевные качества и метаболизм семян ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы;
определить оптимальные дозы излучений для теоретического обоснования и практического использования новых приемов при возделывании полевых культур;
установить действие физических факторов на физиологию растений и формирование уроаая;
оценить воздействие предпосевного облучения семян на синтез растворимых Сахаров в процессе онтогенеза ;
установить влияние физических факторов на особенности их действия в отношении сортов разных групп скороспелости;
выявить особенности воздействия физических факторов в оптимальных дозах на динамику нарастания ассимиляционной поверхности и сырой массы растений;
изучить влияние физических факторов на структуру урожая и продуктивность посевов полевых культур, определить наиболее перспективные варианты предпосевного облучения семян и дать практические рекомендации по их использованию в сельскохо-
эяйственном производстве;
определить количественные критерии зависимости урожайности от применения физических факторов в процессе подготовки семян к посеву на основе корреляционного и регрессионного анализов;
оценить энергетическую эффективность рекомендуемых приемов предпосевного воздействия на семена в 'современных тех- нологиях возделивания ячменя, проса, кукурузы «і кормовой свеклы.
1.3. Научная новизна результатов исследований
На основании 30=летних исследований и производственной проверки разработаны теоретические и практические основы использования физических факторов для предпосевной обработки семян при формировании высоких и устойчивых урожаев с хорошим качеством продукции ярового ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы. При этом установлен и теоретически обоснован ряд новых положений и закономерностей;
разработаны методологические аспекты воздействия физических факторов на процесс формирования высокопродуктивных агрофктоценозов полевых культур;
установлены оптимальные дозы излучения при предпосевном воздействии на семена ярового ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы, обеспечивающие высокую продуктивность посевов;
изучено действие постоянного тока, пульсирующего магнитного поля и лазерного света на посевные качества и метаболизм семян;
определена роль физических факторов в современных технологиях возделывания полевых культур как эффективного средства при воздействии на посевной матеріал, позволяющих ак-
тивизировать физиологические процессы, протекающие в растительном организме на протяганий всего периода вегетации;
показано воздействие предпосевного облучения семкн на синтез растворимых Сахаров в процессе органогенеза;
выявлено влияние физических, фактороз in особенности роста и развития полевых культур, а'такзе специфичность их дей-ствия в отношении сортов разных групп Скороспелости;
дан статистический анализ воздействия физических фак- N торов в оптимальных дозах на динамику нарастания количества листьев, ассимиляционной поверхности и кассы растений; '
изучено влияние физических фактороз на структуру урожая, качество и продуктивность посевов; определены количественные критерии зависимости урожайности .на основе корреляционного и регрессионного анализов;
предложены перспективные варианты предпосевного облучения семян и даны практические рекомендации по их использованию в сельскохозяйственном производства;
рассчитана энергетическая эффективность рекомендуемых приемов предпосевного воздействия на семена при возделывании . ярового ячменя, проса, кукурузы и кормовой свеклы.
Перечисленные основные научные положения работы выносятся на защиту.
1.4. Практическая значимость работы
Разработана технология предпосевного воздействия физичес-( ких факторов на семена полевых культур, позволяющая увеличить і в среднем на 6-13 % их всхожесть, обеспечивайся экономию посевного материала на 10-15 %, повышение продуктивности посевов на 7-2Ї %, увеличение чистого энергетического дохода на ' J6,2-92,0 ГДж/га и снижение затрат совокупной энергии на 1 т йроизводимой продукции в размере 0,5-1,3 ГДж по сравнению с
контрольным вариантом. Одновременно предложенная технология существенно уменьшает затраты труда и средств, экологически безопасна и обеспечивает энерго= и ресурсосбережение.
1.5. Реализация результатов исследований
Научно обоснованные разработки нашли применение в хозяйств зах Нечерноземной зоны и ЦЧО Российской Федерации при возделывании полевых культур, а такаю в рекомендациях "Применение физических факторов для повышения посевных качеств семян и продуктивности посевов", которые были заслушаны и утверждены на ш.учно=техничееком совете Госагропрома СССР 9 июня 1988 г. (№ 3 (7) ; при разработке интенсивных систем земледелия для условий Молдавской ССР (раздел "Система семеноводства кукурузы и пути повышения качества семян с помощью физических факторов")! утверядаенных на заседании научно=технического совета Госагропрома 1ІССР 20 февраля I9S0 г. (№ 6/12).
Результаты исследований вошли в монографию "Лазерный луч и его возможности в селекционно=генетических исследованиях кукурузы" (Кишинев, 1987, "Морфофизиология дроса", Ы.,
МСХА, 1992) и используются в учебном процессе при изучении курсов: растениеводство, семеноведение полевых культур и физиология растений - студентами сельскохозяйственных вузов. 1.6. Апробация работы
Основные положения диссертации были доложены и пслучили положительную оценку: на Всесоюзном научно=техническом совещании по проблеме использования электрического поля и микроэлементов в сельском хозяйстве и медицине (Улан=Удэ, IS65);
мєжвузовскоїі научно=теоретичєской конференции аспирантов но влиянии электрического 'поля на посевіше. качества и мотабшіизм селъско хозяйственных растений (Ростов=на»Дону.', 1966); _|_ Ростовской областной научно=теоретической конференции молодих ученых и специалистов сельского хозяйства (Ростов=на=Дону, I9.G7); Всесоюзном совещании по электрической обработке материалов (Кишинев, I9G7); научной оессии Северо=Кавказекаго Совета, по координации и планированию 'БІР по техническим и естественным наукж- (Ростов-на=Допу, 1968); межвузовской конференции молодых учешх (ГЛУ, 1938); Бессоюзной межвузовской конференции по'морфологии.растений О НУ, 1968); межвузовской научно=теоретической конференции-по проблемам современного естествознания (Ростов=на=Дону, 1938); конференции молодых ученых Хабаровского края по проблеме фотосинтеза биоценозов (Хабаровск, 1971); конференции ученых ц специалистов сельского хозяйства по вопросам естествознания (Ростов=на=Дон.у, І97І); "^Всесоюзном симпозиуме по растениеводству (Іелгород, 1973); _Ш_ конференции'молодше ученых и специалистов по проблеме использования растительных ресурсов (Хабаровск, 197а); Всесоюзной конференции по итогам' научио=исслеловательскоіі работа в сельскохозяйственных вузах (Елгава,'1973);-конференции по проблехтл ^ электрофизиологии-растений (Горькиїі, 1975); П краевое конферсіь^ ции молодых ученых (Хабаровск, 1976); Всесоюзном совещании по проблеме" пОвшения"урояайности и качества сельскохозяіїствешпіх культур (Киев, 1981); межвузовской конференція по пржешлп.о л —
ЗерНОГО'ИЗЛуЧеНИЯ В СйЯЬеКОМ ХОЗЯІІСГВе (КпШ'ЛЮИ , Ш;і); ЛС'.'ГУГо-
' ной .конференции по ловцшению эффективности расові г<:ль<-.::іv.:-:.-
ственных вузов (М., 1982); зональных совещаниях (Брянск,1982; Горки Могилевской обл., 1982; Ашхабад, 1983; Душанбе, 1984 ; Ереван, Омск, Тдрту Эстонской ССР, 1985; Белгород, 199I) ;
Международной научной конференции (Болгария, І9БЗ); Всесоюзной конференции по вопросам применения физических и химических мутагенов в сельском хозяйстве (Кишинев, 1967); Всесоюзном межвузовском конкурсе ученых сельскохозяйственных вузов по проведению поисковых и теоретических исследований по важнейшим направлениям науки и техники (Л., I9b9, 1990, 1991); Всесоюзном координационном совещании по общесоюзным научно=техническим программам (М., 1991); Всесоюзной научной конференции "Использование, надежность и ремонт машин, электронизация процессов и технических средств в сельскохозяйственном производстве аридной зоны" (Ашхабад, ІУ9І); Международной конференции "Селекция и технология выращивания полевых культур" (Каменец=Подольский, 1995).
Государственным комитетом СССР да делам изобретений и открытий-выдано авторское свидетельство: заявка К- 1300669, приоритет изобретения от 20 мая I9S5 г. За монографию "Лазерный луч и его возможности в селекционно=генетических исследованиях кукурузы" (l9cf7) по итогам конкурса на лучшие научные работы в'вузах СССР аіинвуз СССР и Щ профсоюза работников народного образования и науки присудили Диплом и третью премию (постановление № 19о/Зб от 2^.03.90).
1.7. Публикация результатов исследований
По теме научных исследований опубликовано 38 печатных работ (36,4 п.л., в том числе 12,4 п.л. без соавторов). Отдельными изданиями вышли монографии: "Лазерный луч и его возможности" (Кишинев. - Штиинца, 1967); "Морфофизиология проса" U. - МСХА, 1992).