Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
это развитие. Важной особенностью факторов урожая в стартовый период является то, что многие из них (плодородие почвы,
фитосанитарное состояние посева, качество семенного материала, качество обработки почвы и др.) имеют долговременное действие, распространяющееся на весь период существования агробиоценоза, а также на количество и качество конечной продукции
(Жученко, 2000).
В соответствии с законом незаменимости факторов жизнедеятельности воздействие любого из них нельзя заменить или
компенсировать воздействием другого. При этом важным является не только то, что нельзя, например, недостаток минерального
питания заменить оптимизацией радиационного режима или влагообеспеченности, но и то, что отсутствие влияния одного и того
же фактора нельзя компнсировать по истечении времени, например, нехватку солнечной радиации или минерального питания на
этапе появления всходов нельзя заменить их оптимизацией в последующие этапы развития. Это одно из проявлений закона необратимости этапов развития агроценоза. Именно по этой причине
всякое нарушение технологической дисциплины неизбежно приводит к его снижению и ухудшению качества (Ковтун, Гойса,
Митрофанов, 1990; Реймерс, 1994).
Наиболее полную картину протекания продукционных процессов в агроценозах картофеля отражает фотосинтетическая
деятельность посевов.
Фотосинтез является материальной и энергетической базой
эволюционного процесса и представляет одну из важнейших
проблем современного естествознания. Это единственный процесс, протекающий на всей планете, который идет против падения энергетического потенциала с консервацией колоссального
количества солнечной энергии в продуктах растительного происхождения, благодаря которым возможно существование многообразных форм жизни на земле. Жизнедеятельность растений не
только тесным образом связана с окружающей их средой, но и
сами растения оказывают существенное влияние на окружающую
среду путем воздействия на состав атмосферы, температуру,
влажность воздуха и почвы и др. (Ревель, 1995).
Интенсивность фотосинтетической деятельности (ФСД) посева
определяется рядом внешних и внутренних факторов, оказывающих
41
влияние на агробиоценоз как систему. Внешние (экзогенные) факторы – это факторы, не входящие в состав агробиоценоза, но оказывающие решающее влияние на его образование и развитие (приход
солнечной радиации, температура и влажность воздуха и содержание углекислоты вне посева, скорость ветра, количество выпадающих осадков, плодородие почвы и др.). Внутренние (эндогенные)
факторы присущи самому агробиоценозу. Их можно разделить на
две группы: биологические свойства растений, включающие комплекс особенностей растений на клеточном ( структура и содержание
хлоропластов, устьичный аппарат и т.д.) и организменном (число
листьев, соотношение надземной и подземной частей растений и
др.) уровнях; архитектоника посева, включающая его состав, строение и свойства среды, являющейся частью системы и связанной с
растительным покровом обратными связями (радиационный режим
и фитоклимат посева, тепловой и влажностный режим корнеобитаемого слоя почвы, почвенное плодородие) (Ничипорович, 1977;
Карпачевский, 1987).
Часть факторов внешней среды принимает непосредственное участие в энерго- и массообмене (солнечная радиация, содержание СО2, атмосферная и почвенная вода, минеральные вещества), другие являются фоном и определяют условия прохождения биохимических реакций в растениях (температура воздуха,
ветер и др.). Существенное влияние на продукционный процесс и
формирование урожая оказывают компоненты агробиоценоза,
составляющие вместе с культурным видом растений единую систему. Это сорняки, полезные и вредные насекомые, микроорганизмы и др. (Уразаев и др., 1996).
Необходимо учитывать также, что общая продуктивность
растительного организма определяется не только интенсивностью продуктивного фотосинтеза, представляющего собой разницу между фотосинтезом и дыханием, но и эффективностью использования органических веществ, образующихся в процессе
фотосинтеза, а также общим характером ростовых процессов, интенсивностью роста отдельных органов, длительностью периода
вегетации, «работоспособностью» листьев – основного органа
фотосинтеза, соотношением между интенсивностью образования
ассимилятов (источник) и их использованием в процессе роста и
развития (сток).
42
По данным Ничипоровича (1988), посевами, обладающими оптимальной структурой, а также оптимальным ходом ее развития и
формирования, следует считать такие, в которых относительная
площадь листьев L быстро достигает размеров примерно 4,04,5м2/м2 и как можно дольше (в зависимости от длительности вегетационного периода того или иного растения) сохраняется в активном состоянии на этом уровне и, наконец, значительно уменьшается
или листья полностью отмирают, отдавая пластические вещества на
формирование репродуктивных или запасающих органов.
Любые изменения условий внешней среды в той или иной
степени отражаются на развитии и состоянии ассимилирующего
аппарата и прежде всего – на размерах листовой поверхности, от
которой зависит общая продуктивность и урожайность (Гойса,
1973).
Вопросу об оптимальных размерах ассимилирующей поверхности значительное внимание уделяет Кумаков (1988). Он
установил, что в оптимальных условиях развития снижение биологического урожая наблюдается только при L
> 5…7 и даже
макс
10-11 м2/м2. Но снижение хозяйственного урожая начинается, как
правило, при более низких значениях L
, что является резуль-
макс
татом взаимозатенения, приводящего к нарушению нормального
хода морфогенеза, связанного с формированием генеративных и
продуктивных органов, поскольку эти процессы светозависимы, а
также результатом наступления полегания загущенных посевов
(Абашин, 1972).
Значительному увеличению периода активного поглощения
ФАР посевом даже при некотором снижении средней ИФ способствует значение L
Ничипорович (1988) считает, что увеличение L
больше 4 м2/м2.
макс
макс
выше
5 м2/м2 является отрицательным, так как при этом ухудшаются
условия освещенности нижних ярусов, снижается их фотосинтез,
начинается отмирание листьев, вытягивание стеблей, «жирование» и полегание растений.
Изменение условий минерального питания, физических
свойств почвы, засоренность посевов отражается на росте растений и формировании ими надземной массы, что в итоге сказывается на урожайности (Власюк, 1978; Ковалев, 2001).
43
Улучшение питания растений, прежде всего, вызывает увеличение площади листьев, что в данном случае оказывает решающее влияние на повышение урожайности. Большую роль при
этом играет и удлинение периода активной работы листьев.
Наблюдение за увеличением площади листьев у картофеля в
наших опытах показало, что улучшение условий питания оказывало значительное влияние на этот показатель. При этом зачимым обстоятельством для увеличения числа листьев и их площади являлось внесение органических удобрений, в особенности
метанового эффлюента (табл. 8).
Максимальная площадь листьев у посадок картофеля формировалась в 2005 году. Превышение по вариантам в сравнении с
2004 годом составило на контроле 40,7%; при внесении навоза –
13,5%, метанового эффлюента – 9,3%, в сравнении с 2003 годом –
соответственно 26,6; 5,0; 5,4%. Внесение в агроценозы навоза
КРС способствовало увеличению ИЛП в 2003 году на 33,3%, в
2004 г. – на 37,0%, в 2005 г. – на 10,5%.
Таблица 8. Индекс листовой поверхности (ИЛП) картофеля
в фазе цветения, м2/м
Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г.
Контроль 3,0 2,7 3,8 2,9
Навоз КРС 4,0 3,7 4,2 4,0
Метановый эффлюент 5,6 5,4 5,9 5,6
НСР
0,95
0,5 0,3 0,3
2
Среднее
за 3 года
Применение метанового эффлюента приводило к увеличению ИЛП в 2003 году на 86,7%, в 2004 году – на 100%, в 2005
году – на 55,3%.
Преждевременное механическое или химическое удаление
ботвы, а также поражение ее фитофторой не позволяют полностью использовать потенциальную урожайность культуры.
Большое количество выпавших осадков в 2003-2004 годах
вызвало развитие фитофторы на растениях. Phytophthora infestans
– патоген, размножающийся на картофельном поле. Гриб сохраняется летом в ботве картофеля и перезимовывает в клубнях.
Процесс адаптации идет без помех, поскольку патогену не требу-
44
ется какую-то часть своего жизненного цикла проводить в другом
месте (Large, 1958; Наумова, 1965).
Установлена зависимость развития гриба-паразита от факторов внешней среды, в особенности от температуры и влажности
воздуха (Наумова, 1965).
При соответствующих погодных условиях фитофтороз вызывает преждевременное отмирание надземной части растений,
до 50% снижает урожайность (Шпаар, Дрегер и др., 1999).
У картофеля поражаются отдельные органы растений: клубни,
ростки, стебли, листья. В некоторых случаях страдают бутоны и
ягоды. Пораженные ростки отстают в росте от здоровых, загнивают
и отмирают в почве или по выходу из почвы (Наумова, 1965).
Установлено, что удобрения не оказывают прямого действия
на возбудителя фитофтороза, однако они повышают устойчивость растений к этой болезни благодаря улучшению минерального питания растений; при этом картофель наиболее полно использует продуктивную влагу, усиливается процесс фотосинтеза,
и ускоряется накопление урожая до начала массового развития
фитофтороза (Власенко, 1987).
Устойчивость растений к фитофторе имеет тесную связь с количеством в них аргинина. При увеличении доз азотного и калийного удобрений в растениях повышается содержание аргинина, которое способствует возрастанию устойчивости растений к фитофторозу. Алтен и Орт установили, что при достаточном внесении под картофель калийных удобрений в клубнях увеличивается содержание
аргинина, и они становятся более устойчивыми (Orth, 1937).
В наших исследованиях внесение в агроценозы навоза КРС
уменьшало пораженность болезнями растений картофеля в
2003 году в 4,0 раза, а в 2004 году – в 2,7 раза, а при применении
метанового эффлюента – в 9,6-7,0 соответственно (табл. 9).
Таблица 9. Пораженность листьев картофеля фитофторой в фазе
цветения, %
Вариант 2003 г. 2004 г.
Среднее за
2 года
Контроль
Навоз КРС
Метановый эффлюент
45
48,0
12,0
5,0
56,0
21,0
8,0
52,0
16,5
6,5
Установлена тесная отрицательная корреляция между поражением листьев картофеля фитофторой и урожайностью клубней
– 0,970±0,031.
Существенное влияние на формирование урожая картофеля
оказывает не только площадь листьев, но и состояние надземной
массы растений (табл. 10).
Наибольшая масса ботвы картофеля формировалась при использовании метанового эффлюента – 12,8-16,6 т/га, превышение
в сравнении с контролем составило 23,5-39,8%, с навозом КРС –
14,3-17,7%.
Полученные данные подтверждаются исследованиями многих ученых. Например, в опытах Таммана по мере улучшения условий почвенного питания возрастала общая масса ботвы, а параллельно с ней, на протяжении всех лет опыта, закономерно
увеличивался и урожай клубней картофеля с единицы площади.
Таблица 10. Масса ботвы картофеля в фазе цветения, т/га
Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г.
Контроль 9,8 9,6 13,2 10,9
Навоз КРС 11,8 11,2 14,1 12,4
Метановый эффлюент 13,7 12,8 16,6 14,4
НСР
0,95
0,6 0,7 0,7
Средняя за
3 года
Так, по Эпрон, продуктивность растения повысилась следующим образом по сравнению с продуктивностью на контрольном варианте: в варианте NPK масса ботвы увеличивалась по годам на 59; 32 и 77 ц/га, а урожай клубней – соответственно на 97;
70 и 101 ц/га, по навозному фону и NPK масса ботвы увеличивалась на 92; 39 и 82 ц/га, а урожай клубней – на 139; 48 и 73 ц/га
(Чигора, 1953).
Элементы урожайности имеют сложную взаимосвязь: увеличение одного из показателей не всегда может обеспечить прибавку урожая. Только при оптимальной густоте стеблестоя наблюдается высокая урожайность растений картофеля (Шпаар,
Иванюк и др., 1999).
Проведенные анализы позволяют судить о том, что наибольшее число стеблей у растения картофеля формировалось при вне-
46
сении в агроценоз метанового эффлюента – 3,8-5,2 шт., что превышает навоз КРС на 6,1-10,8%, а контроль – на 15,5-26,7%. Высота
стеблей при использовании шлама достигала 71,4-76,6 см. Превышение в сравнении с навозом составило 6,8-15,0%, а в сравнении с
контролем – 22,7-28,7% (табл. 11).
Таким образом, сочетание элементов продуктивности растений, обеспечивающих более высокую урожайность, было отмечено в варианте с применением метанового эффлюента.
Урожайность – самый важный итоговый показатель, объединяющий особенности роста и развития растений картофеля в
конкретных почвенно-климатических условиях, их фотосинтетическую деятельность, накопление биомассы и другие аспекты
продукционного процесса, зависящие от агротехнических приемов возделывания.
Таблица 11. Характеристика надземной массы картофеля
в фазе цветения
Вариант
Контроль 3,3 3,0 4,5 59,5 55,5 65,5
Навоз КРС 3,7 3,5 4,9 67,2 62,1 75,3
Метановый
эффлюент
НСР
0,95
Число стеблей, шт./куст Высота стеблей, см
2003 г. 2004 г. 2005 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г.
4,1 3,8 5,2 76,6 71,4 80,4
0,6 0,2 0,3 3,8 5,2 7,3
Наибольшая урожайность за годы исследований была получена в более благоприятном для клубнеобразования 2005 г. –
23,5-38,0 т/га, несколько меньшая урожайность в 2003 г. – 12,725,8 т/га и самая низкая в 2004 г. – 11,3-22,5 т/га (табл. 12).
Таблица 12. Урожайность клубней картофеля, т/га
Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г. Среднее за 3 года
Контроль 12,7 11,3 23,5 15,8
Навоз КРС 20,7 16,0 31,7 22,8
Метановый эффлюент
НСР
0,95
25,8 22,5 38,0 28,8
1,4 2,6 2,1
Применение метанового эффлюента позволило увеличить
урожайность клубней картофеля в сравнении с контролем в
47
2003 г. на 203,1%, в 2004 г. – на 99,1%, в 2005 г. – на 61,7%; с на-
возом КРС – на 24,6; 40,6; 19,9% соответственно.
На данном варианте формировалось максимальное число
клубней в кусте – 10,5-13,9 шт. Превышение в сравнении с контролем составило 40,4-54,4%, с навозом КРС – 12,1-20,7%. Масса
клубня картофеля при использовании шлама достигала 38,9-
49,8 г, что превышает контроль на 15,3-38,4%, а навоз КРС – на
7,1-16,5% (табл. 13).
Таблица 13. Число клубней в кусте и их масса
Число клубней в кусте, шт. Средняя масса клубня, г
Вариант
Контроль 7,6 6,8 9,9 8,1 30,5 30,2 43,2 34,6
Навоз КРС 9,8 8,7 12,4 10,3 38,4 33,4 46,5 39,4
Метановый
эффлюент
НСР
0,95
2003 г. 2004 г. 2005 г.
11,1 10,5 13,9 11,8 42,2 38,9 49,8 43,6
0,3-0,6 3,2-3,9
Сред-
нее за
3 года
2003 г. 2004 г. 2005 г.
Сред-
нее за
3 года
Органические удобрения оказывали существенное влияние
не только на урожайность, но и на химический состав, кулинарные качества картофеля. В частности, содержание крахмала в
клубнях при использовании навоза КРС увеличивалось на 2,711,5%, а при использовании шлама – на 8,3-15,3% (табл. 14).
Таблица 14. Содержание крахмала в клубнях картофеля, %
Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г.
Контроль 12,1 11,3 13,1 12,2
Навоз КРС 12,7 11,6 14,6 12,9
Метановый эффлюент 13,1 12,8 15,1 13,6
Среднее за 3 года
Больше крахмала содержали клубни, сформировавшиеся в
благоприятном для крахмалонакопления 2005 г., когда сложились
условия для долгой и эффективной работы ассимиляционного
аппарата растений картофеля. Меньше крахмала было в 2004 г.,
когда из-за эпифитотии фитофтороза фотосинтетическая деятельность была нарушена.
48
Луковникова (1968) отмечает, что при достаточном количестве тепла и влаги содержание крахмала в клубнях бывает на 3,13,3% выше, чем при избыточной влажности почвы.
Содержание нитратов в клубнях картофеля имело тенденцию к повышению при использовании как навоза КРС, так и
шлама (табл. 15).
Таблица 15. Содержание нитратов в клубнях картофеля, мг/кг
Вариант 2003 г. 2004 г. 2005 г. Среднее за 3 года
Контроль 72,0 65,0 53,0 63,3
Навоз КРС 85,0 72,0 62,0 73,0
Метановый эффлюент 76,0 69,0 56,0 67,0
Однако их содержание не превышало предельно допусти-
мого, которое составляет 250 мг/кг (Милащенко и др., 2000).
Увеличение содержания NO3¯ в получаемой продукции оказывает токсическое влияние на организм человека. При длительном действии нитратов на организм, даже на уровне малых концентраций, наблюдается повреждение аппарата мужских половых
клеток. Одновременно повреждаются митохондрии связующего
отдела сперматозоидов, что в конечном счете снижает их инокулирующую функцию. Подобные изменения нарушают генетическую характеристику и генеративную функцию животных, потребляющих длительное время питьевую воду с повышенным содержанием нитратов (Соколов, 1990; Эйхлер, 1993).
Под действием нитратов снижается содержание сульфгидрильных групп крови, возрастает активность холинэстеразы,
вследствие чего повышается содержание холестерина и липидного фосфора в крови. Цитотоксическое действие нитратов проявляется на уровне митохондрий и эргастоплазматической сети гепатоцитов (Яблоков, 1985; Черников и др., 1995).
Заметно улучшались и кулинарные качества картофеля
(табл. 16).
Таблица 16. Кулинарные качества картофеля, 2003-2005 гг.
Вариант Вкус, балл Запах, балл
Контроль 4,8 2,8 3,0
Навоз КРС 4,9 3,0 2,5
Метановый эффлюент
5,0 3,0 2,3
Потемнение, балл
49
К основным показателям кулинарных качеств клубней относят вкус, ферментативное и послеварочное потемнение мякоти,
запах, разваримость, консистенцию и некоторые другие. Как показано исследованиями методом газовой хроматографии и другими современными методами химического анализа, вкус картофеля определяется совокупным действием большого количества
сложных и простых органических соединений и минеральных солей в соотношениях, присущих конкретному сорту (Сикилинда,
Кирюшин, 1996). Лучшие вкусовые качества (5 баллов) присущи
клубням при внесении в систему метанового эффлюента.
Неферментативное потемнение развивается во время термической кулинарной обработки клубней и связано с взаимодействием хлорогеновой кислоты и железа (Жук, 1970). В сырых клубнях хлорогеновая кислота находится в связанном состоянии, высвобождается она при температуре 800С и образует с железом
стойкий комплекс темного цвета. Аналогичный комплекс с железом, но бесцветный, образует и лимонная кислота. Картофель с
низким содержанием хлорогеновой кислоты не темнеет. Уменьшается степень потемнения или отсутствует совсем и при высоком содержании в клубнях лимонной кислоты (Evans, 1973, Власюк, 1979). Уровень лимонной кислоты в клубнях обусловливается количеством калия в них. В то же время содержание хлорогеновой кислоты увеличивается при избыточном азотном питании растений. Снижение послеварочного потемнения клубней
картофеля, выращенных с применением метанового эффлюента,
составляло 30,4% по сравнению с контролем и 8,6% по сравнению с использованием навоза КРС, что свидетельствует о понижении содержания в них хлорогеновой кислоты.
Особенностями биохимического состава клубней определяется и такое кулинарное качество, как запах картофеля. В формировании запаха картофеля участвует большое количество летучих
компонентов и в первую очередь таких, как метанол, этанол, ацетон. С помощью газовой хромотографии определено 12 соединений летучих компонентов, определяющих запах картофеля (Сикилинда, 1975). Важная роль принадлежит также аминокислотам
и сахарам как предшественникам ароматических веществ. В условиях нашего опыта резких различий запаха между вариантами
не наблюдалось.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]