Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
за влагу во многом зависит от критического периода, характеризующегося повышенной потребностью растений в воде. Если
критические периоды культурных и сорных растений по времени
совпадают, то между ними развивается острая конкурентная
борьба. В результате конкуренции за водные ресурсы сильно
страдают и культурные, и сорные растения. Если сорняки больше
требуют воды после наступления критического периода культурного растения, то победителем в конкурентной борьбе оказывается сельскохозяйственная культура. И наоборот, когда сорняки потребляют много воды до наступления критического периода
сельскохозяйственной культуры. Между культурными и сорными
растениями разворачивается острая борьба за элементы минерального питания и другие жизненно важные ресурсы.
В основе взаимоотношений культурных растений и сорняков лежат корневые выделения – аллелопатический эффект. Некоторые виды крестоцветных в своих корнях синтезируют метилизотиоцианат (МИТ) и, выделяя его в почву, уничтожают семена сорняков в почве, т. е. сами борются с сорняками (Исаев,
1990; Стекольникова, 2005).
В литературе встречаются неоднократные упоминания о
снижении численности сорных растений при использовании
промежуточных посевов озимых и яровых крестоцветных культур. Например, в многолетних опытах установлено снижение
числа сорных растений на 1 м2 под озимым рапсом до 39,9% от
засоренности зяблевого поля и под яровым рапсом до 48,7% от
соответствующего контроля, рекомендован пожнивный посев
крестоцветных после уборки зерновых культур, позволяющий на
90 – 96% снизить засоренность (Гродзинский, 1990).
Необходимо отметить, что в странах Западной Европы, благодаря использованию гербицидов типа 2,4-Д, из посевов давно
исчезли все крестоцветные сорные растения Sinapis arvensis L.,
Thlaspi arvensis L.,Capsella bursa-pastoris и др. Вследствие ли
этого или иных причин в посевы проникли и начали играть роль
сорняков представители Poaceae (Poa annua L. и Alopecurus
mycsuroides Huds.) и Scrophulatiaceae (Veronica hederifolia L.), которые до этого не имели столь широкого распространения. Возникает предположение, что крестоцветные сорняки, занимая определенную экологическую нишу, препятствовали развитию
111
иных сорных растений. Когда крестоцветные были уничтожены
человеком, освободившиеся экологические ниши стали занимать
другие сорные растения, с которыми оказалось гораздо труднее
бороться, чем с крестоцветными (Гродзинский, 1990).
Вредоносность сегетальной флоры неоднозначна. Она зависит от видового состава, количества и степени развития сорных и
культурных растений на единице площади агроценозов, от удобрений, особенностей сорта и др. По числу сорняков на площади
степень засоренности посева, по Фисюнову, может быть: очень
слабая (1-5 шт./м2), слабая (6-15), средняя (16-50), сильная (51-
100) и очень сильная (более 100 шт./м2). В опытах ВННИИМК
средняя засоренность однолетними сорняками уменьшила урожай маслосемян рапса на 3 ц/га (Шпота, 1984). Однако разные
виды сорняков вредят рапсу по-разному. Так, в Германии установлено, что в оптимально загущенном посеве рапса наличие
сорняка звездчатки средней в количестве 100 шт./м2 обусловило
снижение урожая маслосемян на 30%, лисохвоста – на 8, ромашки – на 5, яснотки и фиалки полевой – на 3% (Шпаар, 1999).
Проведенные расчеты позволяют судить о том, что между
слабой засоренностью посевов сорными растениями и продуктивностью рапса отрицательной взаимосвязи не установлено.
Улучшение питательного и водного режима агроценозов
оказывает существенное влияние на основные элементы структуры урожайности рапса (табл. 44).
Густота стояния растений в агроценозах ко времени уборки
рапса колебалась от 141 до 157 шт./м2. Хотя норма высева была
одинаковой на вариантах опыта – 2,5 млн всхожих семян на 1 га,
то есть к уборке выживаемость растений составила 56,4% и
62,8%. При орошении густота посева уменьшилась на 16 шт./м2.
Очевидно, что орошение, увеличивая высоту, облиственность и
ветвистость рапса, усиливало взаимозатенение их в посеве, что
вызвало самоизреживание ценозов за счет гибели более слабых,
отставших в росте растений. При этом число стручков на растении при использовании сточных вод увеличилось на 31,8%. Число стручков на растении тесно коррелирует с урожайностью рапса (r = 0,83±0,09). Повышение индивидуальной продуктивности с
избытком компенсировало некоторое уменьшение густоты стеблестоя посевов.
112
Таблица 44. Основные элементы структуры урожайности
стручке,
и высота растений ярового рапса, 2007 г.
Число рас-
тений в по-
Вариант
Контроль 157 22 21 2,69 107 19,2
Орошение 141 29 23 2,74 113 25,3
НСР
3,1
0,95
севе перед
уборкой,
шт./м2
Среднее
число
стручков
на 1 рас-
тении, шт.
Число
семян в
шт.
Масса
1000 се-
мян, г
Высота
растений,
см
Урожай-
ность,
ц/га
Масса 1000 семян изменялась в меньшей мере. Хотя в качестве тенденции можно отметить некоторое увеличение ее при оптимизации водного режима посевов.
Высота растений, хотя и не является элементом структуры
урожайности, может сильно влиять на их формирование, усиливая взаимозатенение и полегание растений. Она увеличивалась
при орошении сточными водами на 5,6%.
Продуктивность посевов рапса при орошении сточными водами выросла на 31,8%.
Наряду с увеличением продуктивности в семенах рапса также повысилось содержание масла с 46,0 до 47,2%.
При размещении после рапса сои и обильных осадках в весенний период содержание продуктивной влаги достигало 20,221,2 мм, полевая всхожесть последней существенно определялась орошением в предыдущий год и составила на контроле
76,4%, а при орошении – 87,3%.
Установлено, что для набухания семян этой культуре требуется 130-160% влаги к массе семян. При наличии в почве в период посева достаточного количества влаги всходы бывают дружными и полными. Если же влаги недостаточно, они будут изреженными и неравномерными (Енкен, 1959).
Наименьшее содержание в почве доступной влаги, необходимое для набухания и прорастания семян, находится примерно
на уровне 10,2 мм.
При орошении посевов сои сточными водами содержание
продуктивной влаги в течение вегетации в сравнении с контролем увеличивалось на 56,9-211,1% и колебалось в пределах 28,9-
113
34,9 мм, что являлось оптимальным для роста и развития расте-
ний культуры.
Многолетними исследованиями ВНИИМК установлено, что
оптимальная для прорастания семян и нормального роста растений влажность почвы находится на уровне 28-36% от абсолютно
сухой массы, или 80-100% НВ.
Соя гораздо легче переносит избыточное увлажнение почвы,
чем засуху, но оно отрицательно сказывается на образовании
клубеньков на ее корнях (из-за ухудшения воздушного режима
почвы). При влажности почвы выше 91% НВ соя не может расти
и развиваться, а выше 35% от абсолютно сухой массы почвы –
семена ее поражаются грибковыми заболеваниями и загнивают
(Енкен, 1959; Павлюк, 2004).
Через 10-15 дней после появления всходов на главном и боковых корнях, преимущественно в слое 0-10 см, образуются клубеньки, которые представляют собой разросшуюся под влиянием
бактерий ткань корня. Небольшая часть проникает в почву до
20 см, на глубине 30 см клубеньков практически нет (Енкен,
1959).
Образование клубеньков начинается при сравнительно низкой температуре – около 50С, но усвоения азота при этом почти
не происходит. Значительно интенсивнее эти процессы идут при
10-130С, достигая максимума при 24-250С. Более высокие температуры действуют отрицательно. Следует отметить, что различные сорта сои существенно отличаются по способности к симбиотической фиксации. Только при удачном сочетании штамма
клубеньковых бактерий и генотипа растений можно добиться
максимального уровня продуктивности азотфиксации (Мякушко,
1984).
Растения и бактерии находятся в симбиозе. Бактерии фиксируют свободный азот атмосферы и снабжают им растение, способствуя его азотному питанию, получают от растения необходимые для своего существования углеводы.
Проведенный анализ позволяет судить о том, что при орошении агроценозов сои количество клубеньков существенно увеличивалось на 24 шт./раст. или в 3 раза (табл. 45).
114
Таблица 45. Развитие симбиотического аппарата сои
(фаза образования бобов)
Вариант Количество клубеньков, шт./раст.
Контроль 12
Орошение 36
На контроле формировались мелкие клубеньки и размещались
преимущественно на боковых корешках, в то время как при орошении формировались более крупные клубеньки, которые имели розовую окраску и размещались в большинстве своем на главном корне. Установлена тесная взаимосвязь между развитием симбиотиче-
ского аппарата и продуктивностью сои +0,871±0,073.
Мякушко (1984) отмечает, что число клубеньков на одном
растении сои может варьировать в значительных пределах – от
единичных до нескольких сотен. При недостатке влаги клубеньки
не образуются, а сформировавшиеся ранее отмирают. Засуха, сопровождающаяся потерей клубеньками 25% влаги, вызывает необратимое снижение их азотфиксирующей способности. Хорошее образование и нормальное функционирование клубеньков
возможно только при влажности 40-80% от НВ. При более высокой влажности интенсивность фиксации азота снижается из-за
недостаточного снабжения клубеньков кислородом. Особенно
необходимо достаточное содержание влаги в почве весной и в
первой половине лета; оно способствует активному размножению
и передвижению клубеньковых бактерий в почве.
Клубеньковые бактерии, обладающие наиболее высокой
азотфиксирующей активностью, образуют обычно крупные клубеньки, расположенные на главном корне и около него. Бактерии,
образующие мелкие клубеньки, рассредоточенные по корневой
системе, как правило, фиксируют мало азота или совсем не фиксируют его, паразитируя на растении. Иногда они даже снижают
урожай (Чундерова, 1981; Патыка, 1988; Посыпанов, 1983, 1991;
1993).
Эффективность бобово-ризобиального симбиоза зависит от
величины и активности симбиотического аппарата. Чаще всего в
качестве этих показателей используют количество и массу клубеньков на одно растение. По наблюдениям зарубежных и российских исследователей, клубеньки без леггемоглобина не фик-
115
сируют азот воздуха. Следовательно, величину активного симбиотического аппарата может отражать только масса клубеньков
с леггемоглобином (Доросинский, 1972; Кретович, 1972; Рудавина, 2005; Vincent, 1980).
Отличный симбиотический аппарат у всех бобовых культур
развивается на слабокислых и нейтральных почвах (рН 6,5-7,0). В
этих условиях формируется много крупных красных клубеньков
с большим содержанием леггемоглобина, способных усваивать
количество азота воздуха, необходимое для формирования урожая семян 25-30 ц/га (Вавилов, Посыпанов, 1983).
Орошение сточными водами увеличивало засоренность по-
севов сои в 2,3 раза (табл. 46).
Фиксация азота клубеньковыми бактериями и поступление
его в растение сои идет наиболее интенсивно во время цветения
и формирования бобов. Позднее жизнедеятельность бактерий постепенно снижается, но все же еще сохраняется до начала пожелтения листьев (Енкен, 1959).
Между засоренностью посевов и продуктивностью сои от-
рицательной взаимосвязи не установлено.
Многие исследователи отмечают исключительно важное
значение в формировании урожая фотосинтетической деятельности. Ими убедительно показано, что эта связь носит сложный характер, так как урожай возникает как производная комплекса
особенностей самого растения и условий окружающей среды
(Чайлахян, 1956; Брей, 1986).
Фотосинтез – основной процесс накопления органического
вещества и энергии зелеными растениями. По современным представлениям высшие растения по типу углеродного метаболизма разделяются на 3 группы, различающиеся по первичным продуктам
фотосинтеза. С3-растения в качестве первичного продукта образуют
трифосфоглицериновую кислоту (3ФГК), С4-растения – малат и аспарат, содержащие четыре атома углерода, растения-ОКГ (обмен
кислот по типу толстянковых) накапливают ночью малат, днем –
3ФГК. Все бобовые, в том числе и соя, относятся к С3-растениям.
Считается, что С3-виды стоят на более низкой ступени в эволюции углеродного метаболизма. От С4-видов они отличаются более
низким максимумом интенсивности фотосинтеза (15-40 против
40-80 мг СО2/дм2 у С4-видов) (Лархер, 1978).
116
Таблица 46. Состав и плотность популяций сегетальных
растений на VIII этапе органогенеза сои
Группа сегетальных
растений
Зимующие
Общее число растений 5 83,3
Корневищные Пырей ползучий –
Общее число растений – –
корнеотпрысковые
Общее число растений 1 16,7
Всего 6 100
Зимующие
Общее число растений 5 35,7
Корневищные Пырей ползучий 7
Общее число растений 7 50,0
корнеотпрысковые
Общее число растений 2 14,3
Всего 14 100
НСР
2,7
0,95
Виды сегетальных
растений
Контроль
Трехреберник непахучий 1
Пастушья сумка 4
Вьюнок полевой – Многолетние
Осот полевой 1
Орошение
Трехреберник непахучий 1
Пастушья сумка 4
Вьюнок полевой 2 Многолетние
Осот полевой –
Число cегетальных
растений
шт./м2 %
Световое насыщение фотосинтеза у С3-видов происходит
при относительно низкой освещенности, для сои оно наблюдается при интенсивности света, равной примерно 23672 лк. Имеются
данные о стимулировании фотосинтеза у сои при свете, обогащенном коротковолновой радиацией (Тарчевский, 1977; Мякушко, 1984).
В силу присущего С3-видам типа углеродного метаболизма у
них наблюдается активная стимуляция фотосинтеза в атмосфере
с повышенным содержанием СО2. Высокий эффект действия повышенных концентраций СО2 обусловлен не только стимуляцией
фотосинтеза, но и одновременным ингибированием фотодыхания. Помимо освещенности, спектрального состава света, кон-
117
центрации СО2 на интенсивность фотосинтеза оказывает значительное влияние температура окружающей среды. По мнению
большинства исследователей, оптимум дневной температуры
воздуха не превышает 250С. Оптимум температуры почвы не установлен, но имеются сведения, что при 200С в зоне корней интенсивность фотосинтеза значительно повышалась по сравнению
с вариантом, где температура в зоне корней была равна 130С: 130
против 70 мкг СО2/ч на 1 см2 листовой поверхности (Павлюк,
Ващенко, 2004).
Интенсивность фотосинтеза изменяется с возрастом растений. Сое, как и другим растениям, свойственна высокая интенсивность в начале вегетации. После окончания цветения максимальный уровень фотосинтеза отмечен на первой неделе, содержание крахмала, хлорофилла и белка увеличивалось к четвертой
неделе, а к десятой снижалось до начального уровня. Повидимому, во второй половине вегетации нарушается высокая
корреляция между содержанием хлорофилла и интенсивностью
фотосинтеза, свойственная бобовым на ранних фазах (Кадыров,
1998; 2004).
Наблюдения за ростом и развитием агроценозов сои позволяют судить о том, что наиболее активное развитие ассимиляционного аппарата наблюдается в период от ветвления до цветения.
На контроле площадь листьев за данный период увеличилась на
42,7%, а при орошении сточными водами – на 48,1% (табл. 47).
Таблица 47. Площадь ассимиляционной поверхности сои
по фазам вегетации, тыс. м2/га
Фаза развития культуры
Вариант
Контроль 18,5 30,7 43,8 49,7
Орошение 20,0 31,4 46,5 54,3
первый трой-
чатый лист
(III этап)
ветвление
(IV этап)
цветение
(IX этап)
налив семян
(XI этап)
С фазы цветения до налива семян площадь листьев увеличивалась незначительно – на 13,5 и 16,8% соответственно.
118
Орошение сточными водами обеспечило увеличение ассимиляционной поверхности посевов в фазе цветения на 6,7%, а в
фазе налива семян – на 9,3%.
Соя не выносит затенения. Затенение сорняками или взаимное затенение приводит к уменьшению числа ветвей, бобов и узлов. Особенно резко понижается продуктивность нижнего яруса.
Травостой сои освещается равномерно тогда, когда в период образования бобов листья смыкаются на высоте 30-40 см от земли.
Ассимиляционный аппарат должен достигать наибольшей величины к моменту окончания вегетативного роста – началу массового образования бобов. Если же эта стадия развития наступает
раньше, то из-за взаимного затенения значительная часть листьев
опадает, и площадь листовой поверхности резко сокращается.
Опадает и часть бобов, особенно нижнего яруса. Пластические
вещества в этом случае расходуются в основном на образование
ткани стеблей и черешков.
Засорение посевов приводит к существенному снижению
продуктивности культуры (Енкен, 1959; Федотов, Гончаров, Савенков, 2008).
Миркин (1986), Баздырев (2002) отмечают, что взаимоотношения культурных и сорных растений в основном проявляются в
их конкурентной борьбе. В агрофитоценозах наблюдаются конкурентные отношения культурных и сорных растений за многие
виды ресурсов среды обитания и за жизненное пространство. Активно идет в посевах конкуренция за свет. Даже такие мелкие
сорняки, как мокрица, снижают освещенность на уровне почвы
на 50%, что имеет большое значение для всходов культурных
растений. Сорняки, находящиеся в пологе посева, затеняют нижние части культурных растений, выводят из состояния активной
фотосинтетической работы часть их листьев. Но особенно неблагоприятные последствия конкуренции за свет проявляются при
наличии крупных сорняков в верхнем ярусе. Конкуренция за свет
тесно вязана с быстротой роста растений и временем появления
их всходов.
Чистая продуктивность агроценозов сои была выше на ранних фазах развития растений (табл. 48).
119
Таблица 48. Чистая продуктивность фотосинтеза посевов сои,
г/ м2 сутки
Фаза развития культуры
Вариант
Всходы – ветвление
Контроль 3,29 2,17 2,73
Орошение 3,24 2,53 2,89
Ветвление – налив
семян
Всходы –
налив семян
Урожайность семян сои при орошении сточными водами
существенно увеличивалась на 24,3%, содержание масла изменялось незначительно, а содержание белка увеличивалось на 1,4%
(табл. 49).
Таблица 49. Урожайность и качество семян сои, 2008 г.
Вариант Урожайность,
ц/га
Содержание масла, % Содержание белка,
%
Контроль 18,9 22,4 30,9
Орошение 23,5 22,7 32,3
НСР
0,95
1,2
Рассматривая слагаемые продуктивности посевов, следует
отметить, что при орошении сточными водами увеличивалось
число бобов на растении на 10,8% (табл. 50).
Таблица 50. Структура урожая сои, 2008 г.
Число бо-
Вариант
Контроль 31,5 2,1 65,3 9,8 152,6
Орошение
бов,
шт/раст
33,9 2,3 77,1 11,6 157,3
Число се-
мян в од-
ном бобе,
шт.
Число
семян,
шт/раст.
Масса
семян с
1 растения, г
Масса
1000
семян, г
Число семян в бобе при орошении сточными водами увеличивалось на 7,6%, семян на растении – на 18,1%, масса семян с
растения – на 18,4% и масса 1000 семян – на 3,1%.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]