Агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условия лесостепи Центрально-Черноземного Региона

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условия лесостепи Центрально-Черноземного Региона

06.01.01 - Общее земледелие

Тарасова Ирина Николаевна

Рамонь - 2012

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» и ФГОУ ВПО «Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина»

Научный руководитель: доктор биологических наук Никулин Анатолий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Боронтов Олег Константинович

кандидат сельскохозяйственных наук Слукин Алексей Серафимович

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В. Р. Вильямса» Россельхозакадемии

Защита состоится «16» марта 2012 года в 13-30 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» Россельхозакадемии по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26; E_mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС.

Приглашаем Вас принять участие в заседании совета или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанный и заверенный печатью учреждения, по указанному выше адресу на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан и размещен на сайте www.gnuvniiss.narod.ru «8» февраля 2012 г., на сайте ВАК Минобрнауки РФ www.vak.ed.gov.ru 7 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук О.И. Стогниенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России производство высококачественных продуктов питания в достаточном количестве, как для людей, так и для системы животноводства является одной из важнейших проблем. В связи с этим особую актуальность имеют поиски и изучение новых, нетрадиционных высокопродуктивных и высокобелковых растений с целью дальнейшего внедрения в сельскохозяйственное производство. В настоящее время основную массу пищевого белка дают растения, поэтому перспективы решения белковой проблемы связаны, прежде всего, с увеличением его массы, сбалансированного по количеству незаменимых аминокислот. Одним из таких растений может быть амарант.

Ранее проведенные исследования по ЦЧР (Лященко Г.А., 2007; Стуруа А.В., 2007; Мирошниченко Л.А., 2008) были направлены на изучение сортов зернового амаранта. Недостаточная изученность биологии, физиологии и агротехники видового разнообразия растений рода Amaranthus L., сдерживает освоение сельскохозяйственным производством этой ценной кормовой культуры в условиях ЦЧР. Решению этих вопросов и посвящена данная работа, тема которой является достаточно актуальной.

Полученные результаты научных исследований, проведенные в ЦЧР, являются основой для расширения и применения этой культуры.

Цель исследований - определить агротехнические и биоэкологические особенности возделывания растений рода Amaranthus L. в условиях лесостепи ЦЧР, выявить высокопродуктивные и адаптивные виды.

Задачи исследований:

1. Установить влияние отдельных элементов технологии возделывания (сроки посева, глубина заделки семян, популяционная плотность) на рост и развитие растений амаранта.

2. Определить проявления биоморфологических показателей и устойчивость растений рода Amaranthus к неблагоприятным условиям внешней среды и выявить наиболее адаптивные виды.

3. Выявить особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях.

4. Дать биоэнергетическую оценку видов.

Научная новизна исследований. Впервые в ЦЧР дана ботаническая характеристика 8 видов и 3 кормовых форм амаранта: A. mangostanus (К-149), A. cruentus (К-154), A.gigantes (К-179), A. edulis (К-27), A. hypochondriacus (К-61), A. viridis (К-79), A. groenbladig (К-80), A. caudatus (К-169), кормовые формы (К-143, К-22 и К-203).

Исследованы физиологические особенности культуры, обуславливающие устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды.

В условиях лесостепи ЦЧР определены оптимальные сроки посева (для зерновых видов - II декада мая; для кормовых и овощных - с II декады мая по I декаду июня), глубина заделки семян (1,0 - 1,5 см) и густота стояния растений (100 - 150 тыс. шт./га).

Проведена биоэнергетическая оценка 8 видов и 3 форм амаранта и агротехнических приемов возделывания в зависимости от характера использования.

Практическая значимость работы. Установлено, что в ЦЧР возможно возделывать различные виды Amaranthus L. (A. mangostanus, A. cruentus, A.gigantes, A. edulis, A. hypochondriacus, A. viridis, A. groenbladig, A. caudatus, кормовые формы) различного характера использования: зернового, кормового и овощного.

Посев семян амаранта во второй декаде мая при температуре почвы 10 - 12 є С на глубину 1 - 1,5 см при густоте стояния растений обеспечивают получение высоких урожаев зеленной массы (до 50,6 т/га).

Выявлены наиболее устойчивые к неблагоприятным факторам внешней среды виды амаранта: наиболее жаростойкой оказалась кормовая форма (К-22) родом из Индии, а для выращивания на засоленных почвах подходят - A. groenbladig (К-80), кормовая форма (К-143), A. cruentus (К-154), A. edulis (К-27), A. hypochondriacus (К-61).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки (Воронеж, 2003 - 2005 гг.); научно-практической конференции преподавателей, аспирантов и студентов Елецком государственном университете имени И.А. Бунина (Елец, 2007 г.); Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы реализации аграрной политики в Центрально-Черноземном Регионе" (Елец, 2008 г.); научной сессии Российской академии естествознания (Москва, 2008 г.); III Международной научно-практической конференции "Инновации и информационные технологии в образовании" (Липецк, 2010 г.).

По материалам исследований опубликовано 10 статей, в том числе три работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Погодные условия лесостепи ЦЧР позволяют выращивать амарант различного назначения (зерновой, овощной и кормовой), получать при этом достаточно высокую урожайность, как зеленой массы, так и семян.

2. Семена амаранта прорастают при температуре почвы 10-12⁰С на глубине 1-1,5 см.

Оптимальный срок посева семян вторая декада мая. При достаточно высокой влажности почвы высокие урожаи зеленной массы 28,9-50,6 т/га в зависимости от вида можно получать и при позднем посеве в первой декаде июня.

Лучшая густота стояния растений 100-150 тыс./га в зависимости от назначения культуры позволяет получать высокие урожаи зеленой массы при высоком качестве корма до 44,6 т/га.

3. Устойчивость различных видов амаранта к неблагоприятным факторам внешней среды обусловлена физиолого-биохимическими особенностями растений и их происхождением.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 134 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству.

В работе содержится 25 таблиц, 9 рисунков. Список литературы включает 145 наименования, в том числе 23 иностранных. Приложений - 14.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по изучению ботанической характеристики 8 видов амаранта и 3 кормовых форм, физиологических особенностей и онтогенеза проводились на опытном участке Ботанического сада при ВГАУ имени К.Д. Глинки. Тип почвы - чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый, имеющий следующие агрохимические показатели: содержание гумуса в пахотном слое 4,3%, гидролитическая кислотность 2,0 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности почвы основаниями - 86,9 %; рН_сол. = 6,0, а содержание подвижного фосфора и обменного калия составило соответственно 12,0 и 14,0 мг/100 г абсолютно сухой почвы.

Исследования по изучению влияния отдельных элементов технологии возделывания (сроки посева, глубина заделки семян, густота стояния растений) на рост и развитие растений рода Amaranthus L. проводились в 2004-2007 гг. на полях КФХ «Романов» Задонского района Липецкой области. Основной фон почвенного покрова КФХ «Романов» представлен серыми лесными почвами среднесуглинистого гранулометрического состава, которые имеют следующую агрохимическую характеристику: содержание гумуса в пахотном слое - 6,0 %, гидролитическая кислотность 1,0 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности почвы основаниями - 90 %; рН_сол. = 6,8, а содержание подвижного фосфора и обменного калия составило соответственно 18,3 и 13,2 мг/100 г абсолютно сухой почвы.

Чернозем выщелоченный и серая лесная почва являются типичными для лесостепи ЦЧР и пригодны для возделывания основных сельскохозяйственных культур, а также подходят для выращивания новых нетрадиционных растений, таких как амарант.Погодные условия в годы исследований были разнообразными, что позволило дать объективную оценку полученным результатам исследований.

2004 год был неблагоприятным для растений рода Amaranthus L.. Перепады в обеспечении теплом и влагой оказали отрицательное влияние на развитие растений амаранта. Высота растений была почти вдвое ниже обычной. 2005 год был очень благоприятным для растений амаранта, несмотря на неравномерное распределение осадков в течение вегетационного периода (среднемноголетняя норма на период выпала за первые 3 месяца), но благодаря хорошей обеспеченности теплом показатели по урожайности превысили значения 2007 года.

Неравномерное распределение осадков в течение вегетационного периода 2006 года (основная часть осадков выпала в июле - сентябре) не оказало значительного влияния на развитие растений амаранта, так как они используют влагу экономно. А хорошая обеспеченность теплом позволила получить высокий урожай зеленой массы.

Погодные условия 2007 года для растений амаранта были в целом благоприятными, что положительно сказалась на урожайности культуры. Средняя температура за период с апреля по сентябрь 2007 года была близка к среднемноголетним данным (+15,4^єС), а количество осадков немного выше среднего (336 мм за период).

В среднем за 4 года исследований количество осадков выпавших в течение вегетационных периодов превысило среднемноголетний показатель для периода вегетации амаранта (апрель - сентябрь) на 7,6 %. Средняя за 4 периода вегетации температура составила +16,0⁰ С, что превышает среднемноголетнюю температуру данного периода на 1,1⁰ С. Среднегодовые показатели отличаются еще меньше.

Результаты сравнения данных метеорологических наблюдений в годы проведения опытов со среднемноголетними показателями позволяют сделать вывод о типичности погодных условий для данной климатической зоны.

В качестве объекта исследований служили виды и формы амаранта различного географического происхождения и разной репродукции (табл. 1).

Таблица 1 - Список образцов используемых в исследованиях

№ п/п	Название образца	№ каталога ВИР	Происхождение	Место репродукции
1.	A. mangostanus	К-149	Танзания	Пушкин
2.	A. cruentus	К-154	США	МКП
3.	A.gigantes	К-179	Венгрия	Крым
4.	A. edulis	К-27	Аргентина	Пушкин
5.	A. hypochondriacus	К-61	США	МКП
6.	A. viridis	К-79	Вьетнам	Крым
7.	A. groenbladig	К-80	Нидерланды	ВОС
8.	A. caudatus	К-169	Боливия	Сухуми
9.	Кормовая форма	К-143	Бангладеш	Пушкин
10.	Кормовая форма	К-22	Индия	УзНИИР
11.	Кормовая форма	К-203	Лаос	Пушкин

Программа исследований включала в себя:

Опыт 1. Изучение ботанической характеристики различных видов и форм амаранта, исследование их физиологических особенностей и онтогенеза. Исследования проводили на мелкоделяночных опытах.

Опыт 2. Особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях изучались в четырех диапазонах температур: 2 - 4^єС, 10 - 12^єС, 25 - 30^єС и 35 - 40^єС в четырехкратной повторности.

Опыт 3. Изучение отдельных агротехнических приемов (сроки посева, глубина заделки семян, густота стояния растений) на рост и развитие растений рода Amaranthus L.

3.1 Влияние сроков определялось при раннем (III декада апреля), среднем (II декада мая) и позднем (I декада июня) посеве семян.

3.2 Глубина посева изучалась при заделке семян на 0,5 см, 1,0 см, 1,5 см и 2,0 см.

3.3 Влияние густоты стояния растений на рост и развитие амаранта определялось при расположении 5 шт./м² (50 тыс.шт./га), 10 шт./м² (100 тыс.шт./га), 15 шт./м² (150 тыс.шт./га) и >20 шт./м² (>200 тыс.шт./га).

Техника закладки и проведения опытов проводилась согласно общепринятой методике полевого опыта (Доспехов, 1985).

Опыт 4. Изучение устойчивости растений рода Amaranthus L. к неблагоприятным условиям внешней среды (засухоустойчивость, жаростойкость, солеустойчивость).

4.1 Жаростойкость растений определялась в разные фазы развития амаранта при температуре 40° С, 45° С, 50°С, 55°С, 60°С по методике Мацкова Ф.Ф. (1976) .

4.2 Солеустойчивость семян различных видов амаранта определялась путем их проращивания в солевых растворах с предварительно определенным для них уровнем осмотического давления, дифференцирующим образцы на группы устойчивости к засолению (1,05%-й и 1,18-й растворы).

Наблюдения и учеты проводились по общепринятым методикам и ГОСтам: фенологические наблюдения - по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1971); энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян амаранта определяли по ГОСТу 12038 - 85.; солеустойчивость растений по методике ВНИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова (1989); жаростойкость видов по методу Ф.Ф. Мацкова (1976). Урожай учитывался поделяночно. Надземная масса для анализов отбиралась со всеми органами (стебли, листья, метелка) измельчалась и высушивалась до воздушно-сухого состояния.

Статистическая обработка данных проводилась методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А, 1985; Моисейченко, 1996).

Биоэнергетическая эффективность возделывания видов рассчитывалась с использованием компьютерной программы “Энергия”.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние агротехнических приемов на рост и развитие растений рода amaranthus L.

Сроки посева. Четырехлетнее исследование показало, что наступление и последовательное прохождение всех фаз вегетации неодинаково как по вариантам, так и по характеру сельскохозяйственного использования растений (средние данные, табл. 2.).

Растения раннего срока сева имеют больший временной период прохождения полного жизненного цикла (132 - 136 дней в зависимости от характера использования вида), тогда как растения среднего и позднего - меньший (108 - 126 и 90 - 97 дней соответственно).

Таблица 2 - Прохождение фаз развития амаранта, дни (среднее за 2004 -2007 гг.)

Фазы развития амаранта	Характер использования растений	Сроки посева амаранта
		Ранний (III декада апреля)	Средний (II декада мая)	Поздний (I декада июня)
1	2	3	4	5
От посева до всходов	кормовой зерновой овощной	22 20 23	12 14 12	6 7 5
От всходов до 1-2 пары н.л.	кормовой зерновой овощной	14 14 14	12 14 12	4 6 4
От 1-2 пары н.л. до 3-4 пары н.л.	кормовой зерновой овощной	16 14 14	12 14 10	8 6 10
От 3-4 пары н.л. до ветвления побегов	кормовой зерновой овощной	18 18 20	16 18 16	12 10 16
От ветвления побегов до выкидывания метелки	кормовой зерновой овощной	14 14 14	12 14 10	12 14 10
От выкидывания метелки до цветения	кормовой зерновой овощной	12 12 10	10 12 10	10 14 10
От цветения до плодоношения	кормовой зерновой овощной	40 40 40	40 40 38	40 40 35

За годы исследований установлено, что количество дней от посева до появления всходов также зависит от срока сева и характера использования. При раннем посеве фаза развития занимает 20 - 23 дня (в зависимости от вида), а при среднем и позднем 12 - 14 и 5 - 7 дней, соответственно. При раннем сроке посева всходы появляются не дружные, в связи с тем, что почва еще не достаточно прогрета.

Средняя температура воздуха в этот период, за 4 года исследований составила +7,8^є С, тогда как минимальная температура, необходимая для прорастания семян амаранта в лабораторных условиях составляет +10 - +12^є С, в полевых условиях - +12 - +15^є С. Ранний срок сева приводит к зарастанию посевов сорняками. Видовой состав сорняков в агроценозе почти полностью представлен марью белой (Chenopodium album) и щирицей запрокинутой (Amaranthus retroflexus).

Поэтому семена рекомендуется высевать, начиная со 2-й декады мая, когда установится стабильная теплая погода и почва прогреется до 12-15^є С. Что касается позднего срока сева (1-я декада июня), то всходы появляются уже через 5-7 дней после посева. Однако нужно помнить, что для получения таких результатов посев должен производиться во влажную почву.

Основной рост растений различных видов амаранта происходит в момент от фазы ветвления побегов до фазы цветения (рис. 1).

а) кормовой

б) зерновой

в) овощной

Рис. 1. Динамика роста амаранта, среднее за 2004-2007 гг.

Среднесуточный прирост растений от фазы 1-2 пары н.л. до ветвления побегов составил: у кормовых видов на раннем сроке - 1,1 см, среднем - 1,6 см, позднем - 2,2 см; овощных видов - 0,3 см, 0,6 см, 0,9 см; зерновых видов - 1,2 см, 1,3 см, 1,6 см соответственно; от фазы ветвления побегов до цветения среднесуточный прирост составил: у кормовых видов на раннем сроке - 3,0 см, среднем - 4,4 см, позднем - 6,5 см; овощных видов - 1,4 см, 2,1 см, 2,9 см; зерновых видов - 3,3 см, 4,5 см, 6,6 см соответственно. После наступления фазы цветения рост растения замедляется, и растение переходит в фазу репродуктивного развития. В зависимости от погодных условий и срока посева, в значительной степени изменялась продуктивность амаранта, о чем свидетельствуют данные таблицы 3.

Таблица 3 - Влияние сроков посева на формирование продуктивности растений, среднее за 2004-2007 гг.

Объект исследований	Сроки посева
	ранний	средний	поздний
К-22	15,0 3,7	37,5 9,3	49,5 12,2
К-27	12,0 3,0	37,1 9,2	40,2 10,0
К-61	10,4 2,6	23,7 5,9	28,9 7,2
К-79	10,0 2,5	17,3 4,3	30,9 7,7
К-80	10,3 2,6	18,8 4,7	32,6 8,1
К-143	25,7 6,4	42,4 10,5	48,7 12,1
К-149	10,2 2,5	17,0 4,2	28,6 7,1
К-154	18,0 4,5	36,1 9,0	40,5 10,0
К-169	19,0 4,7	37,9 9,4	44,3 11,0
К-179	29,2 7,2	44,2 11,0	50,6 12,6
К-203	21,1 5,6	41,0 10,2	47,0 11,7

Примечание: в числителе - зеленая масса в т/га, в знаменателе - сухое вещество в т/га.

Погодные условия в годы проведения исследований сложились неоднозначными, как по количеству выпавших осадков, так и по температурному режиму, что позволило в полевых условиях дать объективную оценку возделываемых видов по конкретным вариантам опыта. При раннем сроке посева продуктивность амаранта не зависимо от вида и характера использования ниже, чем при среднем и позднем. Так, продуктивность амаранта при раннем сроке посева у кормовых видов составила 10,3-29,2 т/га, зерновых - 10,4-19,0 т/га, овощных - 10,2 т/га, при среднем и позднем у кормовых видов - 18,8-44,2 т/га и 32,6-50,6 т/га, зерновых - 23,7-37,9 т/га и 28,9-44,3 т/га, овощных - 17,3 т/га и 28,6-30,9 т/га соответственно. амарант агротехника посев растение

Глубина заделки семян. При глубине заделки семян 0,5 см и 2 см, у кормовых видов всходы появляются через 9-11 и 12-18 дней соответственно, у зерновых - 9-14 и 13-18 дней, у овощных - 9-11 и 13-17 дней, при этом всходы не дружные; при глубине 1 см и 1,5 см всходы дружные и появляются у кормовых видов через 10-13 и 11-16 дней соответственно, у зерновых - 11-16 и 12-16 дней, у овощных - 10-12 и 11-14 дней.

Растения некоторых видов амаранта при мелкой заделке семян (0,5 см) полегают. Так, например, 20 июля 2004 г и 8 августа 2006 г наблюдалось полегание растений таких видов как A. caudatus и A. gigantes при глубине заделке семян 0,5 см и 1 см. Растения в этот период находились в фазе цветения.

Причиной полегания явился сильный ветер и дождь. А поскольку общая масса корневой системы составляет 15 - 17 % от общего веса всего растения, все это привело к тому, что при мелкой глубине заделки семян корневая система в конце вегетационного периода не в состоянии поддерживать растение в вертикальном положении, тем самым повышается вероятность полегания.

Все это может затруднить механическую уборку. Однако необходимо отметить, что растения при глубине заделки семян 1 см возвращаются в вертикальное положение через 10-12 дней в зависимости от силы ветра и дождя, тогда как растения при более мелкой заделке остаются полегшими вплоть до уборки урожая.

Таблица 4 - Продуктивность различных видов амаранта в зависимости от глубины заделки посева семян, среднее за 2004 - 2007 гг.

Объект исследований	Глубина заделки семян
	0,5	1,0	1,5	2,0
К-22	27,0	29,2	32,0	26,0
К-27	24,4	27,2	30,2	23,9
К-61	23,4	27,2	30,5	23,7
К-79	15,0	17,6	18,7	12,6
К-80	32,0	37,0	40,7	30,1
К-143	47,0	49,2	50,8	40,2
К-149	15,9	18,2	20,1	15,2
К-154	32,6	35,8	36,0	32,2
К-169	33,3	37,9	38,3	30,9
К-179	30,2	33,1	36,4	28,1
К-203	21,3	23,6	27,5	20,5

Наибольшую продуктивность в среднем за четыре года из кормовых видов имел К-143 (кормовая форма) 49,2 и 50,8 т/га при глубине заделки семян 1 и 1,5 см соответственно; из овощных - К-79 (A. viridis) и К-149 (A. mangostanus) имели практически одинаковую урожайность 17,6-18,7 и 18,2-20,1 т/га при глубине заделки семян 1 и 1,5 см соответственно; из зерновых отличились К-154 (A. cruentus) 35,8-36,0 т/га и К-169 (A. caudatus) 37,9-38,3 т/га при глубине заделки семенного материала 1 и 1,5 см соответственно.

Густота стояния растений. В среднем за 4 года исследований наибольшую высоту растений перед уборкой из исследуемых образцов имел вид A. gigantes кормового назначения при следующей густоте стояния: 50 тыс.шт./га - 197,0 см; 100 тыс.шт./га - 240,0 см; 150 тыс.шт./га - 236,2 см; >200 тыс.шт./га - 136,7 см. Из зерновых видов наибольшую высоту 194, 2 см имели A. caudatus при 150 тыс.шт./га и A. еdulis при 100 тыс.шт./га, а из овощных - A. viridis (102,8 см - при 100 тыс.шт./га).

Между высотой растений и урожайностью установлена высокая положительная связь, о чем свидетельствует коэффициент корреляции, который в зависимости от вида варьировал от 0,95 до 1,00.

В среднем за 4 года при популяционной плотности посевов 50 тыс.шт./га урожайность зеленной массы в зависимости от вида колебалась от 12,7 до 35,4 т/га.

По мере повышения популяционной плотности растений урожайность амаранта возрастала и достигла оптимума при густоте стояния от 100 тыс.шт./га до 150 тыс.шт./га в зависимости от вида. При увеличении популяционной плотности растений >200 тыс.шт./га независимо от вида растений, урожайность заметно снизилась.

Рис. 2. Влияние популяционной плотности растений различных видов амаранта на урожайность, среднее за 2004 - 2007 гг.

Наибольшую урожайность зеленной массы (44,6 т/га) имел образец К-179 кормового характера использования при популяционной плотности 100 тыс.шт./га, тогда как минимальную урожайность имел образец К-149 (9,0 т/га) овощного характера использования при глубине заделки >200 тыс.шт./га.

Проявление биоморфологических показателей и устойчивость растений рода Amaranthus к неблагоприятным условиям внешней среды и выявление адаптивный видов

Фенология растений. Для успешной интродукции видов амаранта важно изучение фенологии растений.

Согласно Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур были выделены 4 основные фазы развития для амаранта: вегетативная, бутонизации, цветения, плодоношения.

Фенологические наблюдения за амарантом проводились, придерживаясь основных положений методики Бейдемана (1954). Началом фазы считается период, когда в неё вступило 10-15% растений. Если в неё вступило 70-75% растений, фаза считается полной.

Продолжительность вегетационного периода в зависимости от вида амаранта, характера использования, погодных условий и других факторов составляет 90-136 дней.

Для амаранта на основе фенологических наблюдений были установлены следующие возрастные состояния:

I. Период покоя (латентный). Семена находятся в состоянии покоя.

II. Прегенеративный (виргинильный). В этот период растения находятся в различных возрастных состояниях: проростки (всходы); ювенильные; имматурные (прематурные); виргинильные (молодые вегетативные, взрослые вегетативные).

III. Генеративный.

IV. Постгенеративный (старческий, сенильный). Возрастные состояния особей - субсенильные (старые вегетативные) и сенильные.

На этапе всходов определяется всхожесть амаранта, причем полевая всхожесть, всегда намного ниже лабораторной, что определяется рядом причин. Одной из них является неравномерное созревание семян в метелках. Это приводит к тому, что при механической уборке не все семена имеют доразвившийся зародыш.

Всходы у амаранта мелкие, проростки с надземным прорастанием, две семядоли выносятся вверх, наружная сторона темно-зеленая, внутренняя - фиолетово-пурпурная. Форма семядолей - овально-ланцетовидная, гипокотиль - розово-фиолетового цвета. Появление всходов зависит от погодных условий, в основном от суммы положительных температур и влажности.

Ювенильное возрастное состояние растений у амаранта специфично, так как наблюдается скрытый рост. Спустя неделю - две после прорастания в зависимости от сроков посева, замедляется рост надземной части (стебель высотой 4,5 - 9,8 см в зависимости от вида растений) и в течение 3 - 4 недель происходит интенсивное развитие только корневой системы. Именно в этот период необходима тщательная прополка молодых растений, иначе они будут заглушены сорняками, что в свою очередь скажется на продуктивности культуры.

Ювенильный период у амаранта в зависимости от вида и формы составляет 40 - 45 дней.

Пройдя успешно критический период роста и развития, наступает имматурный этап, который характеризуется начинающимся ветвлением главного стебля, началом бурного вегетативного роста.

На вегетативном этапе вместе с ростом стебля начинается образование листовых формаций (низовой, серединной, верховой).

Начало генеративного этапа - появление метелок, начало бутонизации, четче проявляются морфологические различия листьев различных формаций, различный характер ветвления у разных видов и форм амаранта.

Ботаническая характеристика видов и форм амаранта. Амарант багряный, или метельчатый - Amaranthus cruentus =A. paniculatus

Высота растений достигает 120-190 см. Листья удлинённо-яйцевидные с вытянутой верхушкой, буровато-красные. Цветки мелкие, кроваво - красные в прямостоячих метельчатых соцветиях.

Амарант печальный - Amaranthus hypochondriacus. Высота растений может достигать до 150 см. Листья продолговато-ланцетные, заострённые зеленовато-пурпурные. Соцветия - вертикально стоящие, колосовидные метёлки пурпурного цвета.

Амарант хвостатый - Amaranthus caudatus = Amaranthus edulis. Высота растений этого вида достигает 150-200 см. Листья крупные, удлинённо-яйцевидные, зелёные или пурпурно-зелёные. Цветки мелкие малиновые.

По характеру использования все три вида амаранта относятся к зерновым, но могут использоваться и в кормовых целях, т.к. эти виды позволяют одновременно получать достаточное количество зерна и высокопитательной зеленой массы.

Amaranthus gigantes. Высота растений составляет более 200 см. Листья черешчатые, крупные, продолговато-эллиптические. Соцветие - метёлка зелёного цвета, длина которой в зрелом состоянии достигает 90 см. Семена кремового цвета, блестящие.

Amaranthus groenbladig. Растение однолетнее травянистое, высота которого может достигать 130 см. Стебли мощные, прямостоячие зеленого цвета. Листья зеленые, крупные, имеющие ланцетную форму. Цветки мелкие, желто-зеленого цвета, собранные в прямостоячее плотное соцветие метелка.

A.gigantes и A. groenbladig по характеру использования относятся к кормовым.

Кормовая форма. Растение этой формы однолетнее, достигающее высоты 190 см. Листья крупные, продолговато-эллиптические с длинными черешками, острые к верхушке. Соцветие - пышная метёлка, длиной 60 см. Для этой формы характерно срастание широко фасциированных ветвей соцветия.

Амарант трёхцветный - Amaranthus tricolor = Amaranthus mangostanus. Высота растений этого вида составляет 70-90 см. Стебли прямостоячие, образуют куст пирамидальной формы. Листья удлинённо-яйцевидные трёхцветной окраски (сочетание красного, жёлтого и зелёного цвета), особенно яркие в молодом возрасте.

Amaranthus viridis. Высота растений достигает до 100 см. Листья цельные, без прилистников, зелёного цвета. Цветки мелкие, актиноморфные, собранные в соцветие метёлка жёлто-зелёного цвета.

A. mangostanus и A. viridis относятся по характеру использования к овощным видам, но могут использоваться и как кормовые.

Поскольку рассматриваемые образцы имеют различный характер использования (зерновой, кормовой, овощной), возникает необходимость оценить посевные качества семян амаранта.

Таблица 5 - Посевные качества семян амаранта

Название образца	№ каталога ВИР	Масса 1000 семян, г	Энергия прорастания, %	Лабораторная всхожесть, %
1	2	3	4	5
A. mangostanus	К-149	1,38	91,8	97,6
A. cruentus	К-154	0,86	98,7	99,8
A.gigantes	К-179	1,16	87,0	99,5
A. edulis	К-27	0,80	98,6	99,9
A. hypochondriacus	К-61	1,20	97,9	99,6
A. viridis	К-79	1,44	86,3	96,8
A. groenbladig	К-80	1,08	89,0	99,7
A. caudatus	К-169	0,74	96,9	99,8
Кормовая форма	К-143	1,26	97,7	98,8
Кормовая форма	К-22	1,40	95,4	99,6
Кормовая форма	К-203	1,10	98,2	99,8

Масса 1000 семян составила от 0,74 г до 1,44 г в зависимости от вида растений, лабораторная всхожесть варьирует от 96,8 до 99,9%.

Диагностика устойчивости растений рода Amaranthus L. Окружающая среда характеризуется разнообразным сочетанием условий для существования растений. Очень часто растения испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, которые при определенных условиях могут быть опасными для жизни или вызывать отклонения в ходе физиологических процессов. Растения вынуждены постоянно приспосабливаться к изменяющимся сочетаниям факторов среды в различных климатических зонах и поддерживать относительно устойчивое равновесие физиологических процессов.

Из неблагоприятных факторов наиболее часто встречаются: почвенная и атмосферная засуха, высокая и низкая температура, избыток солей и недостаток кислорода в почве, действие вредных газов, пыли и тяжелых металлов в воздухе. Очень чувствительны растения к поселению различных паразитов и к действию токсинов, выделяемых патогенными микроорганизмами (Верзилина, 2003).

В лаборатории кафедры ботаники и физиологии растений ВГАУ имени К.Д. Глинки проводились исследования по определению жаростойкости листьев различных видов и форм амаранта по методу Ф.Ф. Мацкова. Данный метод определения жаростойкости растений основан на способности цитоплазмы клеток до некоторой степени, противостоять действию повышенной температуры.

Жароустойчивость изменяется в ходе онтогенеза. Так, наиболее чувствительны растения в молодом возрасте, в период появления всходов, так как в условиях стресса, прежде всего, повреждаются те звенья метаболизма, которые связаны с активным ростом. Затем по мере роста и развития устойчивость растений к стрессовым воздействиям постепенно возрастает вплоть до созревания семян. Однако необходимо отметить такой факт, что период цветения также является критическим, поскольку растения в это время высокочувствительны к стрессу и реагируют на действие стрессоров снижением продуктивности.

Наиболее жаростойким из исследуемых образцов оказался вид кормового назначения (К-22, родом из Индии), поскольку степень повреждения листьев в баллах при температуре 60⁰ С в фазе плодоношения составило 0,5, а менее жаростойким - К-80 из Нидерландов (степень повреждения листьев составило 3 балла).

Установлено, что все виды амаранта засухоустойчивы, а некоторые из них способны переносить повышенные температуры в течение длительного периода.

Однако продолжительные засухи и повышенные температуры могут привести еще к одной проблеме - засолению почв.

Физиологические особенности амаранта, меняющиеся в онтогенезе растений и имеющие критический уровень в начальный период развития, определяют его устойчивость к засолению почв (Архипова, 1993; Бреус, 1994).

В связи с этим возникает необходимость изучения солеустойчивости растений амаранта, с целью выявления образцов, пригодных для возделывания в условиях повышенной минерализации почв (Никулин, Тарасова, 2007).

Оценку солеустойчивости образцов проводили в лабораторных условиях. В основу метода определения солеустойчивости растений по прорастанию семян в солевых растворах положен стандартный метод определения всхожести, в котором наряду с проращиванием семян на дистиллированной воде вводятся варианты параллельного проращивания их на солевых растворах (Удовиченко, 1988). Предварительно определялась всхожесть семян амаранта, которая должна быть не ниже 80 %.

Исследования характера изменения солеустойчивости растений показали, что солеустойчивость семян амаранта при уровне засоления 1,18% снизилась в 1,1-1,3 раза по сравнению с уровнем засоления 1,05%. Это обусловлено тем, что при накоплении солей в клетке семени происходят физиологические изменения, а именно повышение осмотического потенциала, изменение водного режима, приводящие к снижению активности гидролитических ферментов в перисперме, способствующих прорастанию семени. Наиболее устойчивым (солеустойчивость 82%) из исследуемых образцов оказался А. groenbladig (К-80). Такая высокая устойчивость вида объясняется тем, что его родиной является Нидерланды, где почвы отличаются высокой степенью засоленности.

Таким образом, различная устойчивость растений рода Amaranthus L., очевидно, является генетически обусловленным признаком, проявляющимся в организме при действии неблагоприятных факторов внешней среды.

Особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях

Одной из основных предпосылок ростовых процессов является достаточное количество тепла. В лабораторных условиях установлены минимальный, оптимальный и максимальный уровни температуры, необходимой для прорастания семян (табл.6).

Установлено что семена при температуре +2 - +4^°С не прорастают, ни через 3 суток, ни через 7 суток (табл. 6). Минимальная температура для прорастания семян амаранта составляет +10 - +12^° С, всхожесть семян при такой температуре в зависимости от вида составляет 49 - 76 %. Максимальной температурой для прорастания семян является +35 - +40^° С. Это связано с тем, что амарант является культурой тропического происхождения. Однако необходимо отметить, что семена при температуре +35 - +40^° С имеют 100 % всхожесть, но длительное действие ее на рост растения приводит к тому, как показали дальнейшие исследования, что стебель становится слабым, вытягивается, а листья - тонкими, такие растения в поле полегают. Все это ведет к снижению урожайности.

Оптимальной температурой для прорастания семян амаранта исследованных видов является +25 - +30^° С (всхожесть семян - 97 - 100 % в зависимости от вида), именно при такой температуре среднесуточный прирост надземной части составляет 5 - 6 см в сутки, что приводит к формированию крупных растений с большим фотосинтетическим потенциалом, а следовательно к высокой продуктивности растений.

Таблица 6. - Влияние температурного режима на прорастание семян амаранта (средние данные)

№ образца каталога ВИР	Энергия прорастания,% (на 3-и сутки)	Всхожесть,% (на 7-е сутки)
	+2 …+4°С	+10 …+12°С	+25 …+30°С	+35 …+40°С	+2 …+4°С	+10 …+12°С	+25 …+30°С	+35 …+40°С
1	2	3	4	5	6	7	8	9
к-149	0	43	92	99	0	49	98	100
к-154	0	50	100	100	0	55	100	100
к-179	0	49	97	100	0	52	100	100
к-27	0	66	100	100	0	76	100	100
к-61	0	52	100	100	0	58	100	100
к-79	0	40	90	98	0	46	97	100
к-80	0	62	100	100	0	72	100	100
к-169	0	47	97	100	0	54	100	100
к-143	0	51	99	100	0	58	100	100
к-22	0	63	95	99	0	73	99	100
к-203	0	54	98	100	0	66	100	100

Биоэнергетическая оценка видов амаранта в зависимости от различных условий внешней среды

Для интродуцируемых культур, новых видов и сортов сельскохозяйственных растений, новых технологических приемов или комплекса приемов, используемых в конкретных экологических условиях, требуется объективная оценка их преимуществ или недостатков.

Такой объективной оценкой может быть определение энергетической эффективности возделывания культуры, сорта, применения технологического приема.

Для этого необходимо учесть все энергозатраты на возделывание культуры или использование технологического приема и энергосодержание урожая, выявить степень окупаемости энергозатрат энергосодержанием урожая.

Биоэнергетическими выгодными из изучаемых оказались виды зернового характера использования - A. caudatus (К-169) и A. cruentus (К-154), т.к. коэффициент энергетической эффективности у этих видов составляет 6,3 и 6,0 соответственно; кормового - кормовая форма (К-143) с коэффициентом энергетической эффективности 7,3; овощного - A. viridis (К-79) и A. mangostanus (К-149), имеющие равный коэффициент энергетической эффективности 3,1.

Биоэнергетическая эффективность возделывания всех видов амаранта зависит от технологии возделывания, а именно от ее элементов: сроков посева, глубины заделки семян и густоты стояния растений.

Коэффициент энергетической эффективности зависит, в основном, от выхода энергии с урожаем основной продукции, так как затраты техногенной энергии по срокам посева и характеру использования изменяются незначительно (минимальные затраты - 11,4 при раннем посеве овощных видов, а максимальные - 12,7, при позднем сроке посева кормового амаранта).

Поскольку оценка проводилась по выходу энергии с урожаем зеленой массы, то наиболее энергетически эффективным для всех видов оказался поздний срок посева; коэффициент энергетической эффективности у зерновых видов равен 6,3, у кормовых - 7,2, у овощных - 5,0.

В результате исследований было установлено, что коэффициент энергетической эффективности наибольший для растений всех видов амаранта при глубине заделки 1,0 - 1,5 см. У зерновых видов он составляет 5,3 и 5,4 при глубине заделки 1,0 и 1,5 см соответственно, у кормовых - 5,6 и 6,1, у овощных - 3,1 и 3,4.

Минимальная энергетическая эффективность, при глубине заделки 2,0 см, связана с недружностью всходов, и следовательно, с уменьшением количества растений на 1 га (густота стояния) и урожайностью.

Энергетическая эффективность максимальна при популяционной плотности растений 100 тыс.шт./га. Коэффициент у зерновых видов равен - 5,5, у кормовых - 6,0, у овощных - 3,0. Незначительно коэффициент у всех видов снижается при плотности популяции растений равной 150 тыс.шт./га (зерновые - 5,3, кормовые - 5,9, овощные - 2,9). В связи с тем, что при густоте стояния > 200 тыс.шт./га урожайность, и следовательно, выход накопленной энергии с 1 га, значительно снижается, то коэффициент энергетической эффективности при этом становится очень низким и составляет у зерновых видов - 2,5, у кормовых - 2,7, у овощных - 1,6.

ВЫВОДЫ

1. В результате исследований установлено, что почвенно-климатические и биоэкологические условия лесостепи ЦЧР позволяют выращивать амарант различного направления (зерновой, овощной и кормовой), получать при этом достаточно высокую урожайность, как зеленой массы, так и семян.

2. Наибольшую высоту среди зерновых видов амаранта имели растения A. caudatus (К-169) (до 194,2 см) и A. edulis (К-27) (до 194,2 см), среди кормовых - A. gigantes (К-179) (до 240,0 см) и кормовая форма (К-203) (до 228,6 см). Овощные виды более низкорослы и имеют максимальную высоту около 1 м.

3. Минимальная температура для прорастания семян в лабораторных условиях составляет +10⁰… +12⁰ С, в полевых - +12⁰ … +15⁰ С. При этом семенам амаранта при поглощении воды, необходимо увеличить свою массу на 28-30 %.

4. Оптимальным сроком посева семян амаранта является вторая декада мая, когда почва прогреется на +12⁰ … +15⁰ С. Высокие урожаи зеленой массы можно получать и при посеве в первой декаде июня, при достаточном увлажнении почвы. Наибольшая урожайность зеленой массы (в среднем за 4 года) при посеве во второй декаде мая составила 44,2 т/га, при посеве в первой декаде июня - 50,6 т/га.

5. Семена амаранта необходимо сеять на глубину 1,0 - 1,5 см, так как при меньшей глубине заделки образующиеся растения сильно подвержены полеганию, а при большей - снижается всхожесть, что приводит к уменьшению урожайности на 5,0 - 7,0 т/га.

6. Оптимальной густотой стояния растений является 100 - 150 тыс. шт./га, которая обеспечивает получение высоких урожаев (до 44,6 т/га зеленой массы) при хорошем качестве. При увеличении или снижении плотности популяции растений урожайность заметно снижается.

7. Физиологические особенности амаранта как растения - С₄ коррелируют с его засухоустойчивостью и жаростойкостью. Наиболее жаростойкой оказалась кормовая форма (К-22) родом из Индии (степень повреждения листьев при температуре 60⁰ С составляет 0,5 балла).

8. Для выращивания на засоленных почвах наиболее подходят следующие виды: кормовые A. groenbladig (К-80), кормовая форма (К-143) и зерновые A. cruentus (К-154), А. edulis (К-27) и A. hypochondriacus (К-61).

9. Наиболее биоэнергетически эффективными зерновыми видами являются A. caudatus (К-169) и A. cruentus (К-154), имеющие коэффициент энергетической эффективности 6,3 и 6,0 соответственно. Из кормовых видов выделяются кормовая форма (К-143) и A. gigantes (К-179) с коэффициентом 7,3 и 6,8 соответственно. Овощные виды энергетически равнозначны и имеют коэффициент эффективности равный 3,1.

10. Максимальная биоэнергетическая эффективность возделывания изученных видов амаранта Amaranthus L. достигается при посеве во второй декаде - первой декаде июня на глубину заделки семян 1,0 - 1,5 см и плотности продуктивной популяции 100 - 150 тыс. растений/га.

Предложения производству: При возделывании амаранта в условиях лесостепи ЦЧР в зависимости от характера хозяйственного использования целесообразно высевать семена со второй декады мая (зерновой, кормовой, овощной) по первую декаду июня (кормовой, овощной) на глубину 1,0 - 1,5 см, при этом густота стояния растений должна составлять 100 - 150 тыс. шт./га.

В связи с неравномерным созреванием семян амаранта и характерным для них явлением барохории, они сильно засоряют последующие посевы культур, необходимо использовать амарант в качестве сидератной культуры, богатой содержанием кальция, магния и калия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в издания, рекомендованных ВАК РФ

1. Никулин А.В. Особенности прорастания семян амаранта в различных температурных условиях/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Фундаментальные исследования. - № 5. - 2008. - С. 237-238.

2. Никулин А.В. Влияние сроков посева амаранта на рост и развитие растений/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Кормопроизводство. - № 12. - 2008. - С. 19-20.

3. Никулин А.В. Определение зависимости прорастания семян от степени набухания/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Успехи современного естествознания. - № 5. - 2011. - С. 128-129.

В других изданиях

1. Никулин А.В. Морфолого-биологические особенности растений рода Amaranthus L./ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Аспекты современных агротехнологий". - Воронеж: Изд-во ВГАУ им. К.Д. Глинки. - 2005. - С .52-54.

2. Никулин А.В. Морфолого-физиологические особенности растений рода Amaranthus L./ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.3. - № 2.-Томск. - 2006. - С. 134-135.

3. Никулин А.В. Влияние плотности популяции на рост и развитие растений рода Amaranthus L.в условиях лесостепи Центрального Черноземья/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Научные исследования и разработки в агропромышленном комплексе Липецкой области". - Елец: - Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2006. - С. 233-235.

4. Никулин А.В. Физиологические особенности растений амаранта как С₄-растения/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.4. - № 1. - Томск, 2007. - С. 46-48.

5. Никулин А.В. Определение солеустойчивости семян различных видов амаранта/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Естествознание и гуманизм". - Т.4. -№ 1.-Томск, 2007. - С. 81-83.

6. Никулин А.В. Влияние глубины заделки семян амаранта на рост и развитие растений/ А.В. Никулин, И.Н. Тарасова // Вестник Елецкого государственного университета имени И.А. Бунина. - Выпуск 21. - Сельскохозяйственный факультет. - Серия "Сельское хозяйство", часть 1. - Елец: Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2008. - С .38-40.

7. Тарасова И.Н. Особенности выращивания различных видов амаранта в условиях лесостепи ЦЧР/ И.Н. Тарасова // Сборник научных трудов "Актуальные проблемы реализации аграрной политики в Центрально-Черноземном регионе ". - Елец: Изд-во ЕГУ им. И.А. Бунина, 2008. - С. 256-258.

Размещено на Allbest.ru