Экологические особенности агрофитоценоза твердой пшеницы при интенсивной технологии выращивания в южной лесостепи Омской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Экологические особенности агрофитоценоза твердой пшеницы при интенсивной технологии выращивания в южной лесостепи Омской области

03.00.16 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Речек Юлия Юрьевна

Омск 2006

Работа выполнена на кафедре экологии и охраны окружающей среды Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Омский государственный педагогический университет» и в государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО РАСХН».

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Калиненко Николай Алексеевич

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Юшкевич Леонид Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Ермохин Юрий Иванович;

доктор биологических наук, профессор Сидоров Геннадий Николаевич

Ведущая организация - Новосибирский государственный аграрный университет

Защита состоится 22 декабря 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 212.177.02 в ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет» по адресу: 644099, г. Омск, наб. Тухачевского, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет».

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент С.А. Соловьев

агрофитоценоз пшеница экологический

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Взаимодействие человека с окружающей природной средой вызвало множество отрицательных последствий, что диктует необходимость последовательного формирования равновесного природопользования. Только при этом условии может быть достигнут разумный баланс во взаимодействии человека и природы, обеспечено грамотное использование естественного базиса развития производительных сил (Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др., 2000). В настоящее время перед сельским хозяйством, в связи с ростом населения, стоит задача резкого увеличения производства продуктов питания, повышения урожайности сельскохозяйственных культур, на основе интенсификации земледелия. Для решения продовольственной проблемы необходимо повысить эффективность интенсификации земледелия, усилить ее воздействие на плодородие почв и урожайность культур при сохранении экологического равновесия в природных системах (Кирюшин В.И., 1996). В сфере сельского хозяйства первичное структурное звено - агроэкосистемы. Естественно, что без знания структуры и функционирования агроэкосистем на балансово-вещественно-энергетическом уровне нельзя предпринимать какие-либо меры по управлению ими: они могут оказаться несостоятельными и даже вредными. Снижение урожайности - это уже конечная фаза реакции агроэкосистемы на имеющиеся возмущения, которой предшествуют изменения других параметров, таких, как активность микробного сообщества, сбалансированность биогеохимических циклов элементов, уровень плодородия почвы. Применяемые экологически верные интенсивные технологии должны вписываться в биогеохимический круговорот и создавать устойчивые агробиогеоценозы (Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др., 2000). Контроль над названными параметрами позволяет выявить скрытые формы нарушений устойчивости и достаточно оперативно поддерживать стабильность агроэкосистемы, т. е. сохранять заданные характеристики параметров в течение определенного промежутка времени. Поиск и разработка экологически безопасных технологий выращивания сельскохозяйственных культур особенно актуальны, поскольку они соответствуют принципам рационального природопользования.

Зерно твердой пшеницы - необходимое сырье для производства макаронных изделий, достоинствами которых является высокая питательность и калорийность, простота и быстрота приготовления, возможность длительного хранения без ухудшения цвета, вкуса и питательных свойств. Культура твердой пшеницы менее пластичная, чем мягкая, более требовательная к плодородию почвы. Получение низких урожаев связано с нарушением технологии ее возделывания и применением научных данных, накопленных при изучении мягкой пшеницы, что требует необходимых уточнений. Более объективную оценку могут дать комплексные эколого-физиологические, эколого-токсикологические и почвенно-агрохимические исследования с применением методов системного анализа.

Цель исследований - установить эколого-биологические закономерности формирования агрофитоценоза посевов твердой пшеницы в зависимости от применяемых интенсивных технологий выращивания в южной лесостепи Омской области.

Задачи исследований:

1) изучить влияние применяемых средств химизации и различных систем основной обработки почвы на экологическое состояние выщелоченного чернозема (агрофизические свойства, динамику биогенных (NPK) элементов, водный режим, микробиологическую активность, содержание тяжелых металлов) в экосистеме пшеничного поля;

2) дать экологическую оценку конкурентным взаимоотношениям между растениями твердой пшеницы и сорным компонентом, а так же фитопатологическому состоянию агрофитоценоза при применении средств комплексной химизации и различных систем основной обработки почвы;

3) установить влияние применяемых систем обработки почвы, средств химизации на продуктивность, качественный состав конечной продукции, содержание ТМ, остатков пестицидов, радионуклидов в зерне, функциональное состояние семенного материала.

Научная новизна. Впервые изучено влияние и установлена взаимосвязь ацидофицирующей активности проростков твердой пшеницы с продуктивностью культуры при систематическом применении средств химизации. По результатам экологической оценки установлено, что рациональная интенсификация традиционных систем земледелия обеспечивает высокий уровень стабильности агрофитоценоза посевов твердой пшеницы, предотвращает снижение плодородия выщелоченного чернозема, повышает урожайность и качество зерна культуры при сохранении экологического равновесия в данной системе. Определены особенности регулирования сорного компонента и фитопатологического состояния агрофитоценоза на ресурсосберегающих обработках почвы при рациональном применение средств химизации. Установлено, что длительное (с 1987 г.) систематическое комплексное применение средств интенсификации при выращивании твердой пшеницы по содержанию ТМ не превышает параметры контрольного варианта и существенно ниже ПДК как в почве, так и в конечной продукции (зерне).

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенные комплексные исследования подтверждают, что применение ресурсосберегающих технологий возделывания твердой пшеницы, на основе чередования приемов основной обработки почвы в севообороте, как с комплексным использованием средств интенсификации, так и отдельно взятых ее составляющих, способствует повышению продуктивности культуры, более рациональному использованию почвенно-климатических ресурсов региона и воспроизводству основных элементов плодородия. Данное заключение основано на обобщении полученных в 2003-2005 гг. результатов по изучению длительной (с 1987 г.) антропогенной нагрузки на верхний слой выщелоченного чернозема и агрофитоценоз посевов твердой пшеницы. Применение почвоохранной комбинированной системы основной обработки почвы в сочетании с комплексной химизацией позволяет получать урожай зерна на уровне, а в некоторые годы выше, чем по ежегодной вспашке, при значительном энерго- и ресурсосбережении. Соблюдение рекомендаций, разработанных на основе проведенных комплексных экологических исследований, позволит получать устойчивые урожаи зерна твердой пшеницы высокого качества, обеспечить воспроизводство почвенного плодородия и сохранить агроландшафт от загрязнения и деградации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) состояние основных элементов почвенного плодородия, динамика содержания питательных элементов (NPK), тяжелых металлов и микробиологической активности при применении средств комплексной химизации в сочетании с комбинированной системой обработки почвы в агрофитоценозе посевов твердой пшеницы;

2) влияние средств химизации на регуляцию конкурентных отношений между культурными растениями и сорняками, развития болезней в посевах твердой пшеницы;

3) влияние средств химизации (разного уровня воздействия) и систем обработки почвы на урожайность, качество зерна, накопление тяжелых металлов, остатков пестицидов, радионуклидов, взаимосвязь ацидофицирующей активности корневой системы проростов с продуктивностью формирующихся из них растений твердой пшеницы.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на международной научно-практической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» в ОмГПУ (Омск, 2006 г.); международной конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар, 2006 г.); VI всероссийской научно-практической конференции «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2006 г.); 10-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущено, 2006 г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано восемь научных работ, общим объемом 1,24 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 155 страницах и состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, выводов, предложений производству, содержит 21 таблицу, 17 рисунков и 23 приложения. Библиографический список включает 146 отечественных и 9 зарубежных источников.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Условия, объект и методика исследований. Исследования проводились в 2003-2005 гг. на стационаре лаборатории земледелия черноземной лесостепи ГНУ СибНИИСХ СО РАСХН, расположенном в зоне южной лесостепи Западной Сибири. Годы исследования были разнообразны по гидротермическим условиям: в 2003 г. преобладала жаркая и дождливая погода, с неравномерным распределением осадков в течение вегетации, ГТК=1,22; 2004 г. был жарким с недостаточным увлажнением, ГТК=0,66; 2005 г. характеризовался высокими температурами воздуха и неравномерным распределением осадков в течение всей вегетации, ГТК=1,06 за май-август.

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный, среднегумусовый, тяжелосуглинистый. Содержание гумуса до 7-8%. Имеет благоприятные вводно-физические свойства.

Объект исследований - динамическая агроэкосистема: интенсивные технологии возделывания - элементы почвенного плодородия - агрофитоценоз посевов твердой пшеницы - конечная продукция (зерно). Изучались особенности, закономерности взаимосвязанных процессов протекающих в черноземной почве и агрофитоценозе.

Исследовалось влияние средств химизации (различной интенсификации) и длительного применения систем обработки почвы на экологические показатели почвы (агрофизические, питательный, водный режимы), содержание ТМ в слое чернозема 0-20 см, фитосанитарное состояние посевов твердой пшеницы, урожайность и качество зерна, содержание ТМ, остатков пестицидов, радионуклидов в конечной продукции (зерне).

Опыт 1. Стационарный опыт заложен и полностью развернут в пространстве с 1987 г. С 2003 г. идет пятая ротация четырехпольного зернопарового севооборота с чередованием культур: пар - озимая рожь - твердая пшеница - овес. Повторность опытов четырёхкратная, площадь делянок по обработке почвы 2156 м², в вариантах с химизацией 308 м².

В опыте изучаются следующие варианты систем основной обработки почвы:

1) отвальная;

2) комбинированная обработка;

3) плоскорезная.

Для изучения влияния различных вариантов средств химизации в сочетании с вариантами основной обработки почвы в поперечном направлении на делянки с вариантами обработки чернозема налагались варианты с различным уровнем применения средств интенсификации. Изучались шесть вариантов со средствами химизации: 1) контроль (без химизации); 2) система гербицидов далее в таблицах сокращённо (Г); 3) система удобрений и гербицидов (УГ); 4) система удобрений, гербицидов и фунгицидов (УГФ); 5) система удобрений, гербицидов, фунгицидов и ретардантов (УГФР); 6) система удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов и инсектицидов (УГФРИ или комплексная химизация).

Система гербицидов включала применение в севообороте препаратов группы 2,4-Д' - (2,4-ДА) и сульфонилмочевин. В посевах твёрдой пшеницы в фазу полного кущения применялся Секатор (0,2 кг/га). Система удобрений включает применение минеральных удобрений - в пару Р₆₀, под твердую пшеницу N₄₅, Р₂₀. В качестве ретарданта в фазу выхода в трубку применялся препарат - Тур (4 л/га). Фунгициды применялись по первым признакам листостеблевых инфекций - ТИЛТ (0,5 л/га), из инсектицидов - БИ-58 (0,7-1,5 л/га) - в фазу выхода в трубку. Средства защиты растений и ретардант применялись с помощью штангового опрыскивателя ОПШ-2000 с нормой расхода воды 200 л/га. Наблюдения и учеты проводились по общепринятым методикам. Влажность почвы - весовым методом в слое 0-100 см, в сроки: перед посевом, в фазу выхода в трубку, перед уборкой. Элементы питания в почве: в смешанных образцах, отобранных одновременно с образцами на влажность. Р₂О₅ и К₂О в слое 0-20 см, N-NO₃ в слое 0-100 см. Содержание нитратного азота - по Грандваль-Ляжу, подвижного фосфора и обменного калия - из одной вытяжки по Чирикову. Учет засоренности агрофитоценоза посевов твердой пшеницы - по методике НИИСХ Юго-востока (1969) и СибНИИСХ (1977). Фенологические наблюдения, учет густоты стояния растений, определение структуры урожая проводили согласно методике ГСИ (1984). Урожайность зерна приведена к 100%-й чистоте и 14%-й влажности. Результаты эксперимента обрабатывали статистическими методами (Доспехов, 1979).

Опыт 2. Исследование потенциальной продуктивности твердой пшеницы сорта Корунд было проведено на базе лаборатории кафедры биологии и основ сельского хозяйства Омского Государственного Педагогического Университета, по методике «Способ экспресс - диагностики потенциальной продуктивности растений» Воробьева Л.Н. (1988). Данный тест был использован в течение одного полевого и одного лабораторного (зимнего) сезонов. Для исследования ацидофицирующей активности использовали по 200 зерновок твердой пшеницы сорта Корунд и F2 поколений для сравнения их ацидофицирующей активности, взятых с разных фонов интенсификации: 1) контроль (без химизации); 2) система гербицидов далее в таблицах сокращённо (Г); 3) система удобрений и гербицидов (УГ); 4) система удобрений, гербицидов и фунгицидов (УГФ); 5) система удобрений, гербицидов, фунгицидов и ретардантов (УГФР); 6) система удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов и инсектицидов (УГФРИ или комплексная химизация). Зерна проращивали на воде в чашках Петри на фильтровальной бумаге при температуре 25⁰С в течение 4-х суток. Четырехдневные проростки на перфорированных пластинках переносили корнями внутрь стаканчиков со слабокислым раствором CaCl₂ объемом 50 мл. Через 2 дня измеряли рН раствора с помощью прибора «Иономер универсальный 3В-74». Шестидневные проростки сутки выдерживали на растворе, активирующем деятельность корневых Н+- помп, после чего определяли следующие параметры:

1. Интенсивность подкисления питательного раствора (ИПР)

ИПР=10^-рН*10⁶, мкМ,

2. Ацидофицирующую активность корневой системы (АА)

АА=ИПР/м(к)*V,

где м(к) - масса корешков, г; V -объем питательного раствора, л.

3. Корнеобеспеченность ростка (КР) устанавливали у семидневного проростка по формуле:

КР= м(к)/м(р)*100, где м(к) - масса корешков, г; м(р) - масса ростков, г.

4. Измеряли линейные параметры семидневных проростов.

Результаты эксперимента обрабатывали статистическими методами (Доспехов, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экологическое состояние выщелоченного чернозема. Плотность сложения и агрегатный состав. Плотность выщелоченного чернозема перед посевом зависит от системы основной обработки почвы и длительного применения средств химизации. С глубиной плотность сложения почвы в среднем по вариантам основной обработки почвы с комплексом средств химизации возрастет с 1,20 до 1,28 г/см³ (на 7%). Наибольшее содержание агрономически ценных агрегатов в верхнем слое почвы (0-20 см) отмечалось при применении средств комплексной химизации на ресурсосберегающей комбинированной обработке почвы (до 70%) против 62% на эрозионно опасной вспашке. При применении комплексной интенсификации повышается коэффициент структурности верхнего слоя почвы с 1,76 до 1,86 (табл.1).

Таблица 1

Влияние длительного применения средств химизации и систем основной обработки почвы и на коэффициент структурности и процент агрономически ценных агрегатов (в среднем за 2003-2005 гг.)

Примечание. НСР₀₅ по фактору А = 3,9; В =2,26

Динамика продуктивной влаги в почве и водопотребление твердой пшеницы. Влагообеспеченность культуры была высокой в начале вегетации (150-163 мм). К посеву запасы продуктивной влаги на варианте с комплексной химизацией при ресурсосберегающих комбинированной и плоскорезной обработках почвы была выше на 2 и 8,7%, соответственно, по сравнению с эрозионно опасной вспашкой. Дожди июля и августа снова обеспечили культуру влагой на достаточном уровне. В фазу выхода в трубку-стеблевание влагозапасы на варианте с комплексом средств химизации при почвоохранной комбинированной обработки почвы достигли 101 мм, что на 38% выше в сравнении с контрольным вариантом (без химизации). В среднем по вариантам обработки почвы в данный период наибольшее содержание влаги отмечалось при применении комплексной химизации - на 19% выше, чем в контрольном варианте. К уборке влагообеспеченность в посевах твердой пшеницы в среднем по вариантам обработки почвы больше на 27% при комплексном применении средств химизации. Наименьший расход влаги на создание единицы урожая наблюдается при комплексном применении удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов, инсектицидов и ресурсосберегающей почвоохранной плоскорезной обработке почвы и составляет 67,7 мм/т зерна, что в 2 раза меньше, по сравнению с контрольным вариантом (рис.1). Это обстоятельство играет немаловажную роль в условиях южной лесостепи с частыми засухами и дефицитом осадков. На динамику влагонакопления и водопотребления в большей мере повлияли погодные условия и применяемые средства комплексной химизации, в меньшей степени - способы основой обработки почвы.

Примечание. НСР₀₅ по фактору А=6 мм/т зерна; по фактору В=5 мм/т зерна.

Рис.1. Влияние средств химизации и систем основной обработки почвы на расход влаги агрофитоценозом твердой пшеницы (в среднем за 2003-2005 гг.)

Динамика содержания питательных элементов (NPK) в почве. Применение средств комплексной химизации по всем вариантам обработки почвы в период посева привело к увеличению содержания нитратного азота в слое почвы 0-40 см от 11,1 до 19,0 мг/кг и оценивались как средние и высокие (рис.2). При этом максимальное содержание нитратного азота (в слое 0-40 см) - 19 мг/кг, отмечено на варианте применения комплексной химизации при ресурсосберегающей комбинированной системе обработке почвы, что на 51% больше, чем в контрольном варианте (без химизации). На контроле (без химизации) перед посевом по содержанию нитратов в слое 0-40 см все варианты оцениваются как средние. Наибольший вынос нитратного азота отмечен на варианте с ресурсосберегающей комбинированной обработкой почвы с применением средств интенсификации - 15 мг/кг, при наибольшей урожайности твердой пшеницы - 3,8 т/га. Отмечено положительное влияние длительного применения средств химизации и почвоохранной плоскорезной обработки почвы на увеличение содержания обменного калия в почве - 306,5 мг/кг, что больше на 8,5% и 19,7%, чем в вариантах с отвальной и комбинированной обработками соответственно. Это связано с тем, что в соломе озимой ржи и других зерновых, высокое содержание калия.

Рис.2. Влияние длительного применения средств химизации на содержание нитратного азота под твердой пшеницей после озимой ржи в слое почвы 0-40 см (в среднем за 2003-2005 гг.)

Улучшение фосфорного питания растений твердой пшеницы в 1,6 раза по сравнению с контрольным вариантом отмечено при комплексном применении средств химизации в сочетании с плоскорезной обработкой чернозема и достигает очень высоких значений - 219 мг/кг почвы, вследствие оптимально складывающихся условий водного, воздушного и теплового режимов почвы.

Показатели микробиологической активности. Установлено, что длительное применение средств химизации способствует активации микробиологической активности чернозема выщелоченного, что наблюдается в увеличении общего количества микроорганизмов в 1,3 раза (90,5млн. особей), нитрификационной способности на 6,6%, разложении целлюлозы на 31,3%. При минимальных обработках возрастает активность фермента каталазы (на 5,3-15,8%), что свидетельствует о высокой напряженности окислительно-восстановительных процессов в почве, плоскорезная обработка способствует усилению этого процесса.

Закономерности содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве. Выявлено, что по содержанию в черноземе выщелоченном (слое 0-20) ТМ образуют ряд в порядке убывания: Cr >Pb>Zn>Cu>Cd (рис.3). Таким образом, длительное (1987 г.) применение средств химизации (гербициды, удобрения, фунгициды, ретарданты, инсектициды) и почвоохранной плоскорезной обработки почвы при выращивании твердой пшеницы не приводит к накоплению содержания ТМ в верхнем (0-20 см) слое выщелоченного чернозема. Полученные данные по исследуемым ТМ были значительно ниже установленных ПДК для Cr в 10 раз, Pb в 12 раз, Zn в 59 раз, Cu в 37 раз, Cd в 370 раз.

Рис.3. Влияние длительного применения средств комплексной химизации на содержание тяжелых металлов в выщелоченном черноземе при выращивании твердой пшеницы (в слое 0-20 см), 2005 г

Регуляция конкурентных отношений культурных и сорных растений в посевах твердой пшеницы. В процессе фитосанитарного мониторинга выявлено, что на засоренность посевов твердой пшеницы оказывает влияние длительная антропогенная нагрузка (различный уровень применения средств химизации, системы основной обработки почвы) и погодные условия в период вегетации (рис.4). По всем вариантам основной обработки почвы без применения средств химизации (контрольный вариант) отмечается высокий уровень засоренности посевов, который составляет 21-26% от общей надземной массы растений агрофитоценоза. Применение гербицидной прополки снижает долю сорняков в посевах твердой пшеницы в среднем по обработкам почвы до 9%, при совместном применение гербицидов и удобрений до 7%. Наибольшее подавление сорной растительности отмечено на варианте применения средств комплексной химизации - 5%.

Применение удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов и инсектицидов уменьшает количество мятликовых видов до 23 шт/м² (на 55%), однолетние двудольные сорняки, устойчивые к 2,4-Д до 12 шт/м² (на 75%) по сравнению с контролем. На всех вариантах с применением средств комплексной химизации преобладают мятликовые и однолетние двудольные сорняки, устойчивые к 2,4-Д, доля которых в общей массе сорняков составляет 61% и 38% соответственно, при полном подавлении корнеотпрысковых видов, масса однолетних двудольных сорняков, чувствительных к 2,4-Д снижается до 3 г/м² (на 96%) по сравнению с контролем (рис.5).

Применение комплекса средств химизации повышает конкурентную способность культуры твердой пшеницы и снижает уровень засоренности посевов в 5,9 раза до 4% при почвоохранных безотвальных системах обработки почвы по сравнению с вариантом без химизации.

Рис.4. Влияние применяемых средств химизации и систем основной обработки почвы на долю сорняков в агрофитоценозе посевов твердой пшеницы (2003-2005 гг.): 1 - отвальная; 2 - комбинированная; 3 - плоскорезная

Рис.5. Влияние систематического применения средств химизации на долю сорных растений (от общей массы сорняков) в агрофитоценозе посевов твердой пшеницы (в среднем за 2003-2005 гг.): 1-контроль, 2-гербициды, 3-гербициды + удобрения, 4 - комплексная химизация

Развитие листостеблевых заболеваний и поражений корневыми гнилями растений твердой пшеницы. Исследования показали, что комплексное применение средств интенсификации снижает степень распространения патогена корневой гнили с 79 до 55% или в 1,4 раза при почвоохранной плоскорезной обработке почвы. Степень поражения растений сильнее варьирует в зависимости от погодных условий в период вегетации при почвоохранной ресурсосберегающей комбинированной обработке почвы от 24 до 40% при сравнении с отвальной (21-31%) и плоскорезной (20-26%) обработками чернозема.

Твердая пшеница сорта Омский Корунд обладает более высокой устойчивостью к листостебельным инфекциям. Степень поражения культуры септориозом не превышала порога вредоносности (1,5-3,1%) по всем исследуемым вариантам. При рациональном применение средств химизации по всем вариантам основной обработки почвы полностью подавляется развитие патогена мучнистой росы в относительно благоприятных погодных условиях, складывающихся в период вегетации твердой пшеницы (ГТК=0,72-1,52). Бурая ржавчина в условиях южной лесостепи Западной Сибири получает наименьшее распространение при рациональном систематическом применении средств интенсификации - 19%, что в 2 раза ниже контрольного варианта (без химизации), а степень поражения не превышает порога вредоносности и варьирует в пределах 0,7-1,6%.

Особенности формирования биологической продуктивности твердой пшеницы. Рациональное систематическое применение средств химизации при возделывании твердой пшеницы обеспечивает наибольшую прибавку зерна, по сравнению с контрольным вариантом 70% (1,51 т/га) (рис.6).

Примечание. НСР₀₅ (по фактору А)=0,44 т/га; НСР₀₅ (по фактору В)= 0,13 т/га; для частных средних НСР₀₅=0,67 т/га.

Рис.6. Влияние длительного применения комплекса средств интенсификации на урожайность зерна твердой пшеницы (в среднем за 2003-2005 гг.)

Исследования показали, что комплексное применение удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов и инсектицидов (КХ) способствует повышению урожайности зерна в 1,5 - 1,6 раза (при отвальной обработке - на 1,42 т/га (65%), при комбинированной - на 1,56 т/га (70%), относительно контроля (без химизации). Наибольшая прибавка зерна твердой пшеницы - 1,59 т/га (78%) получена на почвоохранной плоскорезной обработке почвы (рис.6).

Зависимость урожайности от степени засоренности в среднем по вариантам химизации была средней на вариантах с отвальной (r=-0,55) и плоскорезной обработками почвы (r=-0,66), а при ресурсосберегающей комбинированной обработке - сильной (r=-0,78). Зависимость урожайности от степени засорённости в среднем по вариантам обработки почвы была сильной на всех вариантах химизации от r=-0,70 до r=-0,81 (при комплексном использовании средств химизации). При применении комплексной химизации в сочетании с комбинированной обработкой почвы число продуктивных стеблей повышается на 13%, увеличиваются длина колоса на 12%, число зерен в колосе на 37,5%, вес зерна с одного колоса на 33,3%, применение ретарданта снижает высоту растений на 5 см.

Зависимость урожайности от степени озерненности колоса в среднем по системам основной обработки почвы была средней на всех вариантах химизации от r=0,50 до r=0,61 (в контрольном варианте и совместного применения удобрений и гербицидов), кроме варианта с комплексным использованием средств химизации, где корреляционная зависимость возросла до r=0,84. Наиболее сильная сопряженность с урожаем зерна твердой пшеницы (сорт Омский Корунд) при применении интенсивных технологий выращивания отмечается с продуктивным стеблестоем - r=0,9, количеством растений - r=0,77, продуктивным кущением - r=0,91. Применение средств комплексной химизации в среднем по вариантам основной обработки почвы повышает массу 1000 зерен до 41,6 г, стекловидность зерна с 70 до 82%, содержание белка с 14,48 до 15,4%, сырой клейковины с 28,6 до 29,3%, натура зерна остается практически без изменений (753-751 г/л) (табл.2).

Причиной, по которой отвальная и комбинированная системы обработки в целом превосходят плоскорезную по показателям качества зерна, является несколько большая активность почвенной микрофлоры и соответственно лучшая обеспеченность нитратным азотом.

Содержание тяжелых металлов в конечной продукции (зерне). Длительное (с 1987 г.) применение средств комплексной химизации не способствовало накоплению в зерне твердой пшеницы токсичных элементов (Cd, Hg, As, Pb). Полученные данные по исследуемым ТМ были значительно ниже установленных ПДК для Cd в 3 раза, Hg в 10 раз, As в 3 раза и Pb в 1,7 раза (рис.7).

Исследованиями установлено, что сочетание почвоохранной плоскорезной обработки почвы и комплекса средств химизации оказывает наименьшее влияние на накопление стронция в зерне и составляет 1,1 Бк/кг, что ниже установленного ПДК в 36,4 раза и цезия - 4,1 Бк/кг, что ниже ПДК в 17,1 раза. Остатков пестицидов в зерне не обнаружено.

Таблица 2

Влияние длительного применения систем основной обработки чернозема и средств химизации на качество зерна твердой пшеницы (в среднем за 2003-2005 гг.)

Примечание. К - контроль, Г - гербициды, ГУ - гербициды и удобрения, КХ - комплексная химизация (гербициды, удобрения, фунгициды, ретарданты, инсектициды).

Рис.7. Влияние длительного применения комплексной химизации и систем основной обработки почвы на содержание тяжелых металлов в конечной продукции (зерне), 2005 г.: 1 - отвальная, 2 - плоскорезная

Влияние применения средств химизации на взаимосвязь ацидофицирующей активности корневой системы проростков с продуктивностью формирующихся из них растений твердой пшеницы. Установлена тесная связь между ацидофицирующей активностью корневой системы проростков и урожаем зерна твердой пшеницы (табл.3) Таким образом, работа протонных насосов зависит от применения средств химизации (разного уровня влияния) в полевых условиях. Комплексное использование удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов, инсектицидов (КХ) в посевах твердой пшеницы активизирует работу корневых систем растений, что позволяет получать более высокие урожаи зерна и подтверждает положительное влияние средств интенсификации на улучшение его физиологических параметров.

Таблица 3

Влияние средств интенсификации на морфофизиологические показатели проростков и урожайность зерна твердой пшеницы сорта Омский Корунд, 2005 г

Примечание. ИПР - интенсивность подкисления питательного раствора; АА - ацидофицирующая активность корневой системы; КР - корнеобеспеченность ростка.

ВЫВОДЫ

1. Культура твердой пшеницы селекции СибНИИСХ Омский Корунд обладает адаптивностью к региональным почвенно-климатическим условиям Западной Сибири, засухоустойчивостью, толерантностью к инфекционным заболеваниям, зерно отличается уникальными макаронными свойствами. При длительном применении средств химизации и ресурсосберегающей комбинированной системы обработки почвы, формируется более устойчивый агрофитоценоз, и происходят направленные изменения в многокомпонентной биоэкосистеме.

2. Выявлено, что комплексное применение средств химизации повышает устойчивость почвы к ветровой эрозии (дефляции), обеспечивает оптимизацию сложения верхнего (0-30 см) слоя чернозема до 1,24 г/см³ (на 8% больше контроля); при комбинированной обработке почвы увеличивает количество агрономически ценных агрегатов на 9,6%, коэффициент структурности на 31%, запасы продуктивной влаги (на 12 мм в слое 0-100 см) и снижает расход влаги на формирование одной тонны зерна на 47,6 мм (41%) относительно контрольного варианта.

3. Содержание биогенных элементов (NPK) в черноземной почве зависит от применяемых средств химизации и системы ее обработки. Сочетание комплексной химизации и комбинированной обработки почвы приводит к повышению содержания нитратного азота в верхнем корнеобитаемом слое почвы (0-40 см) на 51% (до 19 мг/кг) по сравнению с контролем. При этом не происходит миграции N-NO₃ в нижние слои чернозема (глубже 60 см) 4,9-2,8 мг/кг; обеспеченность подвижным фосфором превышает контрольный вариант на 38%. Содержание ТМ не превышает контроль и значительно ниже ПДК.

4. Установлено, что комплексное применение средств химизации при комбинированной обработке почвы обеспечивает воспроизводство почвенного плодородия за счет активации микробиологической активности, которая проявляется в увеличении общего количества микроорганизмов в 1,3 раза (90,5 млн. особей), нитрификационной способности на 7%, бактерий на МПА на 17%, разложения целлюлозы на 31%.

5. При применении средств интенсификации повышается конкурентная способность культуры: уменьшается численность мятликовых и однолетних двудольных сорняков устойчивых к 2,4-Д на 40 и 72% соответственно относительно контроля при полном подавлении корнеотпрысковых и однолетних двудольных сорняков чувствительных к 2,4-Д; снижается удельная масса сорного компонента в агрофитоценозе с 462 до 168 г/м² или в 2,7 раза (при комбинированной системе обработки почвы). Зависимость урожайности зерна от степени засоренности посевов культуры имеет сильную сопряженность - r=-0,78.

6. Снижается степень распространения болезней: корневых гнилей в 1,3 раза, септориоза в 1,1 раза, бурой листовой ржавчины в 1,6 раза, полностью подавляется развитие патогена мучнистой росы при совместном применении удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов, инсектицидов.

7. При применении средств комплексной химизации и комбинированной обработки почвы получена максимальная урожайность зерна твердой пшеницы - в среднем 3,79 т/га, что на 5,3% больше, чем при эрозионно опасной вспашке и на 70% выше контрольного варианта (без химизации); масса 1000 зерен возрастает до 40,4 г, стекловидность до 82%, содержание белка до 15,6% и клейковины в зерне до 30,7%.

8. Содержание Cd, Hg, As, Pb в сельскохозяйственной продукции (зерне) при комплексном применении средств химизации не увеличилось относительно контроля и было ниже уровня ПДК в 3, 10, 17,4 и 1,7 раза соответственно; остатков пестицидов в исследуемых вариантах не обнаружено; содержание радионуклидов Cs и Sr в зерне не превышало контрольный вариант и было значительно ниже ПДК в 17 и 30 раз соответственно. Следовательно, при длительном (19 лет) рациональном применении комплекса средств интенсификации зерно твердой пшеницы остается экологически чистым.

9. Установлено, что комплексное применение удобрений, гербицидов, фунгицидов, ретардантов, инсектицидов (КХ) активизирует работу протонных насосов растений, повышает ацидофицирующую активность растений твердой пшеницы - 2,72 мкМ/г (в 5 раз выше контроля), массу корней и проростков (в 2 и 3 раза соответственно, чем в варианте без химизации), и как следствие позволяет получать более высокие урожаи зерна - 3,67 т/га (на 1,51 т/га больше контрольного варианта).

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В лесостепных агроландшафтах Западной Сибири при выращивании сортов твердой пшеницы местной селекции, адаптивных к почвенно-климатическим условиям региона и обладающих высокими уникальными технологическими качествами с учетом биологических особенностей культуры, необходимо применять ресурсосберегающие почвоохранные приемы обработки почвы с научно-обоснованной системой рационального комплексного применения средств интенсификации: органических и минеральных удобрений, гербицидов, фунгицидов и регуляторов роста растений, обеспечивающими повышение урожайности экологически чистого зерна культуры до 3,6 - 3,8 т/га.

2. При освоении рекомендуемых технологий по выращиванию твердой пшеницы с учетом агрометеорологических условий, своевременного, высококачественного выполнения всех агротехнических приемов и оптимизации использования средств интенсификации требуется систематический контроль (мониторинг) за содержанием токсикантов в почве и в зерне, в системе регулярных комплексных долгосрочных наблюдений, для предотвращения загрязнения токсическими веществами природной среды и конечной продукции.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Речек Ю.Ю., Юшкевич Л.В., Калиненко Н.А. Влияние интенсификации сельского хозяйства на структуру урожая и продуктивность твердой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Л.В. Юшкевич, Н.А. Калиненко // Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание: сборник статей VI Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2006. - С. 55-57.

2. Речек Ю.Ю., Калиненко Н.А. Формирование структуры агроценоза посевов твердой пшеницы путем оптимизации условий ее возделывания в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Н.А. Калиненко // «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях»: Материалы Междунар. науч.-практ. конф.: В 2 томах. 1 т. - Павлодар: Изд-во ПГУ, 2006. - С. 243-245.

3. Речек Ю.Ю. Влияние средств интенсивных технологий выращивания твердой пшеницы на функциональное состояние семенного материала / Ю.Ю. Речек // Достижения науки и техники АПК. - 2006. - № 11.

4.Речек Ю.Ю., Ложкина Н.И., Юшкевич Л.В. Изменение сорного компонента агрофитоценоза посевов твердой пшеницы в зависимости от предшественника и влияния антропогенных факторов в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Н.В. Ложкина, Л.В. Юшкевич // Материалы региональной научно-практической конференции 2-3 марта 2006 г. 15 Ершовские чтения. - Ишим, 2006. - С. 230-233.

5. Речек Ю.Ю., Калиненко Н.А., Юшкевич Л.В. Изменение экологического состояния агроценоза посевов твердой пшеницы под влиянием антропогенных факторов в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Н.А. Калиненко, Л.В. Юшкевич // «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность»: Материалы международной научно-практической конференции; Под общ. ред. проф. В.Н. Скворцова. - Санкт-Петербург, 2006. - С. 203-205.

6. Речек Ю.Ю. Ацидофицирующая активность корневой системы твердой пшеницы сорта Омский Корунд в зависимости от применения средств интенсивных технологий выращивания / Ю.Ю. Речек // Биология - наука XXI века: 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых (Пущено, 17-21 апреля 2006 г.): Сборник тезисов. Том 3. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2006. - С. 307.

7. Речек Ю.Ю., Юшкевич Л.В., Влияние средств интенсификации на агроэкологические показатели агроценоза посевов твердой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Л.В. Юшкевич // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып. 10: Межвузовский сборник научных трудов. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2006. - С.135-138.

8. Речек Ю.Ю., Юшкевич Л.В., Калиненко Н.А. Влияние химизации земледелия на экологическое состояние биоценоза посевов твердой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири / Ю.Ю. Речек, Л.В. Юшкевич, Н.А. Калиненко // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: Материалы международной научно-практической конференции. - Омск: «Издательский дом «Наука», 2006. - С.207-211.

Размещено на Allbest.ru