Агрохимия, 2019, № 8, стр. 34-39

ВВЕДЕНИЕ

Зерновые культуры в обозримом будущем останутся основными источниками питания для людей и животных. В связи с этим вопросы, связанные с получением их высоких урожаев, являются наиболее актуальными. Одним из главных процессов, определяющих урожайность сельскохозяйственных культур, остается фотосинтез, т.к. в результате его работы образуется до 90–95% сухого вещества растений. Чем лучше условия для процесса фотосинтеза, тем выше его продуктивность и конечный урожай растений и тем больше гарантия получения продукции высокого качества [1].

Фотосинтез определяется доступностью световой энергии, эффективностью захвата фотонов хлорофиллом и эффективностью преобразования энергии света в биомассу и той ее части, которая идет на формирование зерна. Между тем в настоящее время, растениеводство приближается к теоретическому максимуму получения максимальной урожайности с помощью факторов, определяемых в первую очередь фотосинтезом [2].

Например, скорость фотосинтеза листьев плохо коррелирует с урожайностью при сравнении разных видов растений. Более 50 лет физиологических исследований не привели к формированию более высокой урожайности на основе выбора видов растений с высокой фотосинтетической активностью листьев, хотя были выявлены существенные генетические различия в скоростях фотосинтеза различных культур. Фактически, устойчивое увеличение урожайности зерновых культур за последние десятилетия было достигнуто в большинстве случаев при уменьшении фотосинтетической активности на единицу площади листа [3]. Простая логика, что биохимическая способность фотосинтеза ведет к повышению урожайности зерновых культур, не подтверждена ни экспериментальными, ни теоретическими данными. В реальности, как считают авторы, рост урожая зерновых культур связан с накоплением других ресурсов, кроме углерода, причем вода и питательные вещества являются особенно важными.

Две стороны единого процесса питания растений составляют фотосинтез и минеральное питание. Чем лучше создаются условия для процесса фотосинтеза, тем выше его продуктивность и конечный урожай растений, тем больше гарантия получения продукции высокого качества. На яровом ячмене это подтверждено данными, полученными при использовании новых минеральных удобрений и регуляторов роста [4].

Потенциал урожайности зерновой культуры представляет собой массу семян в получаемой продукции при оптимальных условиях без сорняков, вредителей и болезней. Известно, что не скорость фотосинтеза, а величина чистой продуктивности фотосинтеза, листового индекса и количество хлорофилла часто положительно коррелируют с урожаем зерновых культур.

Цель работы – установить связь между чистой продуктивностью фотосинтеза, количеством фотосинтетических пигментов и урожаем ярового ячменя под влиянием новых биологических препаратов вигор Форте и биопрепарата № 2463759.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование эффективности применения биологических препаратов в посеве ярового ячменя сорта Раушан проводили в 2017 и 2018 гг. на почвах стационарного опытного поля Брянского государственного аграрного университета, расположенного в Выгоническом р-не Брянской обл.

Почвы опытного участка – серая лесная легкосуглинистая и темно-серая лесная сильнопылеватая, сформированные на карбонатном суглинке с повышенным содержанием гумуса в пахотном горизонте (3.5–3.6%), близкой к нейтральной реакцией среды (рН_KCl 5.5–5.7). Содержание подвижных фосфора – 285–302, калия – 178–194 мг/кг почвы.

Мелкоделяночные опыты были заложены методом рандомизированных повторений. Предшественник для яровых зерновых – зернобобовые культуры. Внесено удобрений перед посевом: АФК – 120, N_аа – 150 кг/га.

В опыте были испытаны препараты: регулятор роста вигор Форте, а также созданный в Орловском ГАУ экологически безопасный, биологический стимулятор роста растений биопрепарат № 2463759 [5].

Вигор Форте – регулятор роста растений, оптимальным образом сочетающий синтетический аналог фитогормона роста ауксина и корректирующего комплекса NPK и микроэлементов. Его применяют совместно с фунгицидами при предпосевной обработке семян либо в сочетании с плановыми некорневыми обработками. При длительном воздействии неблагоприятных факторов применяют отдельно для экстренного устранения последствий стресса. Применение вигор Форте способствует лучшему усвоению удобрений, поступающих через корневое питание.

Биопрепарат № 2463759 создан на основе биофлаваноидов гречихи с добавлением салициловой кислоты и солей магния. Его применение эффективно на зернобобовых культурах, пшенице, картофеле и овощах, усиливает иммунные свойства растений, способствует увеличению урожая на 15–18% в зависимости от погодных условий года. Наиболее предпочтителен в неблагоприятных условиях.

Норма высева ярового ячменя – 5 млн шт. всхожих семян/га. Семена обрабатывали испытанными препаратами за день до посева, расход рабочей жидкости 10 л/т. Дозировки препаратов: вигор Форте – 25 г/т семян, биопрепарат № 2463759 – 1.0 л/т семян.

Далее в фазе кущения–выхода в трубку проводили обработку растений опрыскивателем, расход рабочей жидкости 200 л/га. Дозировки препаратов: вигор Форте – 25 г/га, биопрепарат № 2463759 – 1.0 л/га.

Элементы структуры биологической урожайности и ее величину в вариантах опытов определяли путем отбора, анализа и обмолота снопов с площадок размером 1 м² в четырехкратной повторности.

Хозяйственную урожайность получали при сплошной уборке каждой делянки прямым комбайнированием (комбайн ”ТЕРРИОН“) в фазе полной спелости с пересчетом на 14%-ную влажность и 100%-ную чистоту.

Фаза развития посев–всходы пришлась на 1-ю и 2-ю декады мая при недостатке влаги. Полевая всхожесть семян составила 93.4%.

Схема защиты ячменя включала протравливание семян (препараты оплот Трио, ВСК; табу, ВСК) и двукратную листовую обработку в фазе кущения (препараты балерина, СЭ; бомба, ВДГ и ластик Экстра) и в фазе начала колошения (препараты колосаль Про, КМЭ; борей Нео, СК).

В течение вегетационного периода проводили наблюдения и брали пробы для изучения фотосинтетических показателей в фазах всходов, кущения, выхода в трубку, колошения, цветения и созревания.

В ходе исследования была изучена площадь листовой поверхности, чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) по Ничипоровичу [6], содержание фотосинтезирующих пигментов (ФСП) [7] и структура урожая.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Основными показателями работы фотосинтетического аппарата являются индекс листовой поверхности или фотосинтетический потенциал, чистая фотосинтетическая продуктивность и содержание фотосинтетических пигментов, от количества которых напрямую зависит конечный урожай растений.

Полученные данные (табл. 1) показали, что фотосинтетический потенциал (ФП) ярового ячменя под влиянием препаратов вигор Форте и биопрепарата № 2463759 увеличивался на 15 и 7% соответственно. Это влияло и на величину чистой продуктивности фотосинтеза, превышающую в опытных вариантах контрольный в 2 и 1.5 раза соответственно.

Пигментная система растений является основой для фотосинтетического преобразования солнечной энергии в энергию химических связей. Основными фотосинтетическими пигментами являются хлорофиллы (Хл), а каротиноиды (Кар) передают дополнительную энергию на хлорофиллы, выполняя светособирающую функцию, и отводят избыточную энергию от хлорофиллов, выполняя светозащитную функцию [8, 9].

Пигментный комплекс растительного организма относится к числу систем, отличающихся чувствительностью к изменяющимся условиям среды. Содержание хлорофилла определяется балансом скоростей его образования и разрушения [10]. Установлено, что чем больше содержание хлорофилла a (в %) и суммарное содержание всех пигментов, тем более устойчивым является растение. Отношение хлорофилла a к хлорофиллу б является признаком фотохимической активности листьев, т.е. увеличение соотношения Хла : Хлб является признаком высокой интенсивности фотосинтеза. В то же время по отношению хлорофилл а/б, которое в норме меняется от 2.2 до 3.0, обычно судят о степени сформированности фотосинтетического аппарата.

Из данных табл. 1 следует, что синтез фотосинтетических пигментов в листьях ярового ячменя возрастал под влиянием новых биологических препаратов вигор Форте и биопрепарата № 2463759. Сумма хлорофиллов а и б увеличивалась по отношению к контролю соответственно на 60 и 40%. Однако отношение хлорофилла а к хлорофиллу б изменялось незначительно, так же как и соотношение содержаний зеленых и желтых пигментов.

Между тем, параллельно с усилением синтеза зеленых пигментов на 64%, вырос синтез желтых пигментов каротиноидов, что было связано с необходимостью защиты возросшего количества хлорофиллов от действия света.

Желтые пигменты синтезируются в темноте, но на свету пул каротиноидов существенно возрастает. В ходе развития хлоропласта они, вероятно, встраиваются в пигмент-белковые комплексы фотосинтетических мембран и передают дополнительную энергию в реакционные центры. Вместе с тем каротиноиды, как вещества легкоокисляющиеся, являются акцепторами кислорода и предохраняют хлорофилл от фотоокисления. Каротиноиды участвуют также в адаптации растений к гипоксии [11].

Таким образом, показано положительное влияние новых биопрепаратов вигор Форте и № 2463759 на фотосинтетическую активность растений, что приводило к усилению синтетических процессов, увеличению накопления биомассы и общей урожайности ярового ячменя.

При сравнении данных о структуре урожая за 2 года показано, что тенденция к благоприятному влиянию новых биопрепаратов на повышение урожайности ярового ячменя сохранялась.

В процессе вегетации при формировании растения ячменя проходит 5 этапов органогенеза. У представителей семейства мятликовых в период всходов (I этап органогенеза) начинается дифференциация конуса нарастания с образованием зачатков стебля и первых узловых листьев. Переход ко II этапу (период формирования вегетативной сферы растения – узлов стебля с зачатками стеблевых листьев и боковых побегов) завершается в течение нескольких суток. Условия прохождения этого этапа определяют и формируют кустистость, число листьев и высоту растений [12].

Наши исследования (рис. 1) показали, что число узлов кущения в процессе органогенеза ячменя сорта Раушан нарастало от 1 до 3.5–4 шт./растение в зависимости от варианта.

Рис. 1.

Влияние биопрепаратов на число узлов кущения ярового ячменя.

Урожай зерна определяется отдельными элементами его структуры. После завершения очередного этапа органогенеза и перехода к следующему уже невозможно повлиять на количество и размеры образования вегетативных или генеративных органов на следующем этапе органогенеза [12]. На III этапе определяется количество члеников колосового стержня в будущем колосе, следовательно, возможное количество колосков, и одновременно с дифференциацией оси соцветия прекращается образование стеблевых листьев. При задержке развития на III этапе, но благоприятных условиях для роста, возрастает потенциал урожайности за счет увеличения числа члеников колосового стержня. На IV этапе (3–4 листа) начинается фаза выхода в трубку, когда формируется количество колосков и вторичная корневая система. Погодные условия и обеспеченность элементами минерального питания в период трубкования (V–VIII этапы) влияют на количество фертильных колосков, завершение формирования всех органов цветка, цветение и оплодотворение. В отличие от других хлебных злаков 1-й группы, цветение и оплодотворение у ячменя (на I этапе органогенеза) в большинстве случаев проходят до колошения и раскрытия цветка. В это время определяется величина озерненности колоса [12].

Показано, что биопрепараты заметно повлияли на размер колосьев (рис. 2, 3). Длина контрольных колосьев составила 6.2 см, колосья варианта применения вигор Форте – 8.7 см, варианта применения биопрепарата № 2463759 – 8.4 см. Колосья в опытных вариантах были на 40% больше контроля.

Рис. 2.

Размер колосьев ярового ячменя сорта Раушан, варианты: 1 – контроль, 2 – вигор Форте, 3 – биопрепарат № 2463759. Та же нумерация на рис. 3–5.

Рис. 3.

Влияние биопрепаратов на длину колосьев ярового ячменя.

Масса колосьев ячменя (рис. 4) соответствовала их размерам, и в опытных вариантах отмечено увеличение их массы. К моменту созревания зерна опытные колосья заметно отличались от контрольных прибавкой массы на 20%. Рост массы колоса происходил за счет увеличения колосового стержня или числа зерен в колосках. По нашим данным (рис. 5), число зерен в колосе зависело от обработки биопрепаратами, в этих вариантах эта величина возрастала в среднем на 5 зерен по сравнению с контролем.

Рис. 4.

Влияние биопрепаратов на массу колоса ярового ячменя.

Рис. 5.

Влияние биопрепаратов на число зерен в колосе ярового ячменя.

Масса 1000 зерен в вариантах составила соответственно: в контроле –36.4, в варианте применения препарата вигор Форте – 50.4, в варианте применения биопрепарата № 2463759 – 49.7 г.

Урожайность ярового ячменя в 2017 г. составила: контроль – 51.0, препарат вигор Форте – 61.8, биопрепарат № 2463759 – 60.3 ц/га; в 2018 г. соответственно 39.3, 44.3 и 43.5 ц/га.

ВЫВОДЫ

1. Применение биопрепаратов вигор Форте и № 2463759 увеличивало фотосинтетический потенциал посевов и чистую продуктивность фотосинтеза ярового ячменя. Под влиянием биопрепаратов происходило накопление пигментов хлорофиллов а и б и каротиноидов.

2. Эффективность применения биопрепаратов была обусловлена увеличением количества продуктивных стеблей, числа и размера колосьев, увеличением массы 1000 зерен и общей урожайности зерна.

3. Препарат вигор Форте был эффективным в отношении увеличения урожайности по сравнению с контролем на 23, биопрепарат № 2463759 – на 18% в 2017 г., в 2018 г. – на 13 и 10% соответственно.