Продуктивный и адаптивный потенциал однолетних видов люпина и эффективность их возделывания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.09, кандидат сельскохозяйственных наук Беляева, Жанна Александровна

• Беляева, Жанна Александровна
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Беляева, Жанна Александровна

1. Введение.

2. Однолетние виды люпина и их роль в адаптивной системе сельскохозяйственного природопользования (обзор литературы).

2.1. Роль однолетних видов люпина и других зернобобовых культур в народном хозяйстве.

2.2. Морфологические, биологические особенности и кормовая ценность однолетних видов люпина.

2.3. Агроэкономические основы производства семян люпина.

3. Условия, материалы и методика проведения исследований.

3.1. Почвенно-климатические условия проведения исследований

3.2. Методика и объекты исследований.

4. Особенности формирования биологической и семенной продуктивности у однолетних видов люпина.

4.1. Влияние метеорологических условий на рост, развитие и структуру люпина узколистного и белого.

4.2. Азотфиксирующая деятельность сортов однолетних видов люпина.

4.3. Фотосинтетическая деятельность сортов однолетних видов люпина.

4.4. Урожай семян, зеленой и сухой массы однолетних видов люпина.

4.5. Динамика накопления азота, качество урожая семян и зеленой массы однолетних видов люпина.

4.6. Экономическая и энергетическая оценка сортов однолетних видов люпина.

5. Комплексная сравнительная оценка эффективности люпиносеяния

5.1. Совокупные кормовые преимущества основных видов люпина.

5.2. Товарно-экономические преимущества основных видов люпина.

5.3. Совокупные экономические преимущества основных видов люпина одновременно на кормовые, товарные и семенные цели.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Продуктивный и адаптивный потенциал однолетних видов люпина и эффективность их возделывания»

Перспективы развития люпиносеяния в России связаны с расширением потребности в кормовом белке в кормопроизводстве и с использованием в качестве источника пополнения азота в почве. В этом отношении новые сорта однолетних видов люпина представляют несомненный интерес.

Конец XX столетия ознаменовался большими достижениями в селекции однолетних видов люпина. Эти результаты стали возможными в силу аналитического подхода к планированию селекционных программ и разработки моделей сортов различных направлений использования. Создание сортов нового поколения, как правило, базировалось на изменении структурной организации растений, что ускоряло процесс морфо-физиологической дифференциации, специализации сортов и адаптаций к условиям выращивания. Бесспорно, заслуги селекции велики. Однако, нельзя не признать, что остаются недостаточно изученными механизмы поддержания высокой продуктивности у создаваемых сортов, их ресурсоэнергоэкономичность, экологическая устойчивость.

Экологическая обстановка в сельскохозяйственном природопользовании предполагает изучение энергетических параметров жизнедеятельности биоценозов. Действительно, в потоках вещества и энергии, циркулирующих в биоценозе между его структурно-функциональными компонентами, присутствуют огромные объемы экологической информации, дифференцировать которую, в подавляющей части нам пока еще не удается. Подчеркнем, что внутренняя информационная среда любого биоценоза буквально сотрясается от химических сигналов, экологическое и энергетическое содержание которых предстоит еще досконально проанализировать.

Между тем, именно с таких позиций целесообразно подходить к созданию и дальнейшему совершенствованию высокопродуктивных азотфикси-рующих систем, как результат улучшения симбиотических свойств макро- и микросимбионта.

Для разработки ресурсосберегающих технологий получения продукции растениеводства на основе азота, получаемого симбиотическим путем, необходимо иметь сорта однолетних видов люпина, формирующие большую биомассу (на сидеральные цели), обладающие высокой семенной продуктивностью (кормового использования), высокой азотфиксирующей способностью с значительным содержанием азота в семенах, зеленой массе и пожнив-но-корневых остатках.

Однако, особенности биологии новых сортов в условиях Центральных районов России и энергетические механизмы поддержания высокой продуктивности в различных условиях выращивания не разработаны. Этим обусловлена актуальность темы исследования.

Актуальность темы. На протяжении длительной истории возделывания люпина в России и за рубежом интерес к этой культуре резко менялся, как и площади ее занимаемые. Между тем именно однолетние виды люпина способны повлиять на интенсификационные процессы в сельскохозяйственном производстве, которые связаны с переходом на ресурсосберегающие, экологически обоснованные технологии. Средообразующая роль люпина в адаптивном растениеводстве обусловлена главным образом его способностью формировать эффективный симбиоз с клубеньковыми бактериями, что способствует повышению продуктивности не только люпина, но и последующих культур в севообороте, улучшению почвенного плодородия, позволяет экономить энергетические ресурсы. Следует заметить, что эти вопросы применительно к новым перспективным сортам однолетних видов люпина изучены недостаточно.

Зерно-семенная продукция однолетних видов люпина характерна тем, что она является одной из самых высокобелковых и позволяет создавать наиболее благоприятные предпосылки для успешного решения белковой проблемы в кормопроизводстве, а в последние годы — в увеличении пищевого белка. Сравнительная производственно-хозяйственная оценка культур для использования на кормовые, семенные и товарные цели, как правило, производится по отдельным разрозненным показателям, которые не позволяют сделать обобщенные выводы. В этой связи в настоящей работе представлена оценка экономической эффективности люпиносеяния с использованием сравнительных комплексных индексов (Терехов А.И., 2003).

Цель исследования - выявить наиболее продуктивные сорта люпина узколистного и белого, определить параметры основных факторов среды для реализации потенциальной продуктивности и симбиотической фиксации азота воздуха, определить белковую продуктивность, оценить энергетическую и совокупную экономическую эффективность сортов нового поколения.

В соответствии с целью исследований поставлены следующие задачи:

- определить параметры основных факторов среды для роста и развития сортов однолетних видов люпина;

- изучить формирование ассимиляционной поверхности листьев и чистую продуктивность фотосинтеза за период вегетации;

- изучить формирование, величину и активность симбиотического аппарата сортов люпина узколистного и белого в полевых условиях;

- выявить связь между фотосинтетической и симбиотической деятельностью сортов люпина узколистного и белого;

- провести сравнительную оценку продуктивности зеленой массы, семян и кормовых достоинств сортов люпина узколистного, белого и желтого;

- дать биоэнергетическую и экономическую оценку однолетних видов люпина;

- апробировать новые методы комплексной сравнительной экономической оценки зерновых и зернобобовых культур на кормо-товарно-семенные цели для обоснования перспектив люпиносеяния.

Научная новизна работы заключается в том, что изучены особенности биологии однолетних видов люпина и определены оптимальные параметры основных факторов среды для формирования наибольшей продуктивности и симбиотической активности посевов в лесостепной зоне России.

Впервые на сортах однолетних видов люпина отражены особенности адаптаций на биоэнергетическом уровне.

Впервые представлена сравнительная экономическая оценка однолетних видов люпина с зерновыми, зернобобовыми культурами и обоснованы перспективы люпиносеяния.

Представлена динамика накопления и ремобилизации азота у сортов однолетних видов люпина различного назначения.

Практическая значимость результатов выражается в обоснованных рекомендациях использования новых сортов однолетних видов люпина в сельскохозяйственном производстве России.

Личный вклад автора. Все исследования проведены лично соискателем самостоятельно или при непосредственном участии.

Апробация результатов исследования. Результаты исследований докладывались на заседаниях Ученого совета ВНИИЗБК в 2002.2004 гг. и отражены в 6 научных публикациях.

Положения, выносимые на защиту.

1. Влияние экологического градиента на рост и развитие однолетних видов люпина.

2. Вклад фотосинтеза и симбиотической азотфиксации новых сортов люпина узколистного и белого в формирование семенной продуктивности.

3. Сравнительная оценка урожайности, качества семян и зеленой массы перспективных сортов однолетних видов люпина в условиях лесостепной зоны.

4. Комплексная сравнительная оценка однолетних видов люпина с зерновыми культурами с использованием совокупного комплексного индекса.

Заключение диссертации по теме «Растениеводство», Беляева, Жанна Александровна

120 Выводы

1. Контрастные метеорологические условия позволили выявить широкий диапазон адаптивных реакций сортов, выразившихся в варьировании морфо-биологических признаков, продуктивности и содержания белка. Вегетационный период у сортов узколистного люпина изменялся от 77 до 90 суток у белого люпина от 90 до 126 суток, при сумме эффективных температур 1330.1475°С и 1500.1700°С. Амплитуда колебания урожайности семян узколистного люпина составила 14,7.44,2 ц/га, белого - 13,2.53,5 ц/га, урожайность зеленой массы узколистного люпина колебалась от 136.417 ц/га, белого в пределах 147.527 ц/га.

2. Сорта люпина узколистного кормового использования Белозерный 110, Кристалл, сидеральный сорт Сидерат 38 и сорт белого люпина Гамма проявили наиболее высокую и стабильную урожайность семян, которая за 3 года у сортов узколистного люпина составила 26,6.32,3 ц/га, у сорта Гамма -31,2 ц/га.

3. Изучена азотфиксирующая способность сортов узколистного и белого люпина в различных метеорологических условиях (колебание температурных режимов, избыточное и недостаточное увлажнение, пониженная возду-хообеспеченность почвы). Самый высокий уровень симбиотической азотфиксации установлен в 2004 г. при среднесуточной температуре воздуха в период интенсивного клубенькообразования 15,0-18,0°С и при достаточном увлажнении почвы. Низкие температуры, избыточное увлажнение 2003 г. и засушливые условия 2002 г. негативно отразились на симбиотической эффективности сортов однолетних видов люпина.

4. Реализация продуктивного потенциала новых сортов однолетних видов люпина в стрессовых метеорологических условиях осуществляется в результате интенсификации адаптивных реакций на энергетическом уровне. Наиболее высокая продуктивность семян выявлена при сочетании максимальной азотфиксирующей и фотосинтетической деятельности.

5. При сидеральном использовании люпина в формируемой биомассе у сортов узколистного люпина уровень азота достигал в среднем 130,3--.219,7 кг/га, с амплитудой колебания 93,9.278,0 кг/га, у белого люпина от 120,0.300,3 кг/га с амплитудой 104,0.340,2 кг/га. Накопление азота в семенах у сортов узколистного люпина составило по годам 74,2.232,9 кг/га, у сортов белого люпина 66,9.294,1 кг/га. Сорта узколистного люпина в пожнивных остатках накапливали 30,2. 136,3 кг/га, сорта белого - 28,0.245,7 кг/га азота.

6. Возделывание перспективных сортов люпина узколистного с ограниченным типом ветвления стебля на семенные цели экономически эффективно. Установлено, что энергетический коэффициент этих сортов увеличился на 0,97. 1,38, рентабельность на 8,8% по сравнению с сортом Брянский 123 с обычным типом ветвления.

7. Изучена и использована методика сравнительной экономической оценки люпина и зерновых культур на основе комплексного использования количественной, качественной и стоимостной оценки по каждой культуре путем их совокупно-индексного сравнения в виде единых интегрированных показателей.

8. В результате исследований определена конкретная совокупная экономическая позиция зерновых культур и однолетних видов люпина в экономическом ряду по соответствующей комплексной оценке. Показано, что по Центральному району по многолетним данным в ведущую группу входят: на кормовые цели - озимая пшеница (4,653), ячмень (1,738), яровая пшеница (1,543), люпин желтый (1,132), люпин узколистный (1,082), овес (1,000), люпин белый (0,885); на товарные цели - озимая пшеница (4,496), люпин узколистный (3,225), люпин желтый (2,942), люпин белый (2,625), яровая пшеница (1,387), ячмень (1,244), овес (1,000); на кормо-товарно-семенные цели -озимая пшеница (4,082), люпин желтый (2,193), люпин белый (2,073), люпин узколистный (1,869), ячмень (1,456), яровая пшеница (1,365), овес (1,000).

9. В последние годы (2002.2004 гг.) в связи с увеличением урожайности семян однолетних видов люпина итоговое распределение культур составило: на кормовые цели - озимая пшеница (3,778), яровая пшеница (2,361), люпин узколистный (2,034), люпин белый (1,954), ячмень (1,494), люпин желтый (1,208), овес (1,000); на товарные цели - люпин белый (5,309), люпин узколистный (5,277), люпин желтый (2,726), озимая пшеница (2,360), яровая пшеница (1,574), ячмень (1,409), овес (1,000); на кормо-товарно-семенные цели - люпин узколистный (3,506), люпин белый (3,426), озимая пшеница (2,839), люпин желтый (2,073) яровая пшеница (1,737), ячмень (1,392), овес (1,000).

10. Результаты исследований по разработанной методике позволили одновременно с проведением объективной комплексной сравнительной экономической оценки люпина и зерновых культур проанализировать и выявить главные причины возможного отставания той или иной культуры по единому совокупно-индексному показателю и определить необходимые производственно-экономические пределы для эффективного производства культур.

Рекомендации производству

1. Расширить производство сортов люпина узколистного на кормовые (сорт Кристалл, Белозерный 110) и сидеральные цели (Сидерат 38), которые отличаются высокой рентабельностью и энергоемкостью.

2. В ближайшей перспективе следует стремиться к тому, чтобы под зернобобовые культуры в Центральном районе отводить не менее 2114 тыс.га, или в среднем 10. 15% пашни, из которых непосредственно под узколистный люпин - 262 тыс.га и под белый — 5 тыс.га.

ключение:

- реализация продуктивного потенциала новых сортов однолетних видов люпина в стрессовых метеорологических условиях осуществляется в результате интенсификации адаптивных реакций на энергетическом уровне.

- наиболее высокая продуктивность семян выявлена при сочетании максимальной азотфиксирующей и фотосинтетической деятельности соответственно в генеративные и вегетативные фазы развития.

4.4. Урожай семян, зеленой и сухой массы однолетних видов люпина

В конце XX столетия селекция однолетних видов люпина базировалась на преобладании в новых сортах рецессивных генов короткостебельности, детерминации стебля, структуры листа, нерастрескиваемости бобов, малоал-калоидности, что ускоряло процесс морфо-физиологической дифференциации, специализации сортов и их адаптации к условиям выращивания. Бесспорно, заслуги селекции велики. Однако, нельзя не признать, что остаются недостаточно изученными механизмы поддержания высокой продуктивности у создаваемых сортов, их ресурсоэнергоэкономичность, экологическая устойчивость, рентабельность, что нашло отражение при изучении 9 сортов двух видов люпина в условиях Орловской области.

В 1996. 1998 гг. испытывались 3 сорта желтого люпина, с 1998 г. - 16 сортов узколистного люпина и с 2000 г. - 3 сорта белого люпина. Сорта созданы в МСХА, ВНИИ люпина, ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, БелНИИЗ и НИИСХЦРНЗ (Агаркова С.Н., Веденникова Г.А, Васильчиков А.Г., Беляева Ж.А., Коломейченко В.В., 2002).

В 1996. 1998 гг. С.Н. Агаркова испытывала сорта желтого люпина Ка-стрычник, Дружный 165 и Ипутьский. В 1996 и 1997 гг. средняя температура воздуха была близка к среднемноголетней, осадки за июнь-июль превышали в 2.3 раза среднемноголетние показатели. Осадки в 1997 году носили ливневый характер и сопровождались шквальным ветром и градом, что привело к сильному полеганию посевов. Метеорологические условия 1998 г. характеризовались в период вегетации повышенной температурой и распределением осадков крайне неравномерным особенно большое количество осадков выпало в августе, что отрицательно отразилось на вызревании семян. Сумма эффективных температур за вегетацию к периоду созревания семян составила 1900.2250°. Уборка проводилась в конце сентября. Продолжительность вегетационного периода колебалась от 115 до 120 суток.

Средняя урожайность семян за годы исследования составляла 13,4.17,0 ц/га. В условиях Орловской области лучшие результаты отмечены у сорта Ипутьский 16,0 ц/га (табл. 15). Все сорта показали высокую урожайность по зеленой массе и сухому веществу. В отдельные годы зеленая масса превышала 500 ц/га, а наибольшее содержание сухого вещества составляло 81,7 ц/га. Общий сбор переваримого протеина у изученных сортов колебался в пределах 13,9. 16,7 ц/га (табл. 16).

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Беляева, Жанна Александровна, 2005 год

1. Авров О.Е. Влияние внесения соломы на фиксацию атмосферного азота бобовыми растениями // Агрохимия, 1977, № 6. С. 11.

2. Агеева П.А. Люпин узколистный Брянский 123 // Брянск, ЦНТИ, 1993. № 54. 4 с.

3. Алексеев Е.К. Однолетние кормовые люпины. М.: Колос, 1968. - 255 с.

4. Амелин А.В., Лаханов А.П., Зеленов А.Н. Листовая поверхность растений и ее значение в селекции высокоурожайных сортов гороха // Сельскохозяйственная биология. 1994. - №1. - С. 57 - 61.

5. Андреева Н.М. Азот и развитие люпина // Пути повышения урож. полев. культур. 1971.№2.-С.30.

6. Арора С.К. Углеводы бобовых // Химия и биохимия бобовых растений (пер. с англ.). М.: Агропромиздат, 1986. - С. 7.

7. Артюхов А.И. Зернобобовые культуры в биологизации земледелия // Аграрная наука. 1999 -№ 10. - С.8-10.

8. Артюхов А.И., Кашеваров М.А. Зернобобовые культуры в условиях биологизации земледелия. — Брянск: Изд. Брянской ГСХА , 2001. 94 с.

9. Асаров Х.К. О доступности фосфора труднорастворимых фосфатов некоторым бобовым растениям // Изв. ТСХА, 1981. Вып. 1 .-С. 47.

10. Атлас Орловской области. // Федеральная служба геодезии и картографии России. М., 2000. С.50. (ОГУ).

11. Бабенко В.И., Махновская М.Л., Пушкаренко А.Я. Особенности взаимосвязи вегетативных и генеративных органов озимой пшеницы // вестник с.-х. науки. 1985. - № 4. - С. 10 - 12.

12. Бабич Н.Н. Решение проблемы белка на полях Тамбовской области // Зерновые культуры. 1996. - №4. - С. 10 - 12.

13. Бадина Г.В. Возделывание бобовых культур и погода. JL: Гидрометеоиз-дат, 1974.- 128 с.

14. Бакаева Е. Минеральные удобрения и урожай сои при орошении //Зернобобовые культуры. -1964 № 9.- С. 12-13.

15. Барбацкий И.Л. Люпин. М.: Колос, 1959. - 260 с.

16. Бейдеман И.Н. Методика изучения физиологии растений и растительных сообществ. Новосибирск: Наука, Сиб. отд. - 1974. - 154с.

17. Белбухов В.А. Влияние сорта, способа посева и азотных удобрений на урожай зеленой массы и зерна кормового люпина // Актуальные вопросы кормопроизводства в Белоруссии: Науч. тр. БелСХА. Горки, 1986. - С. 18.

18. Берестецкий О.А. и др. Эффективность препаратов клубеньковых бактерий в Географической сети опытов. // Изв. АН СССР. Сер. биология, 1987.№5. -С.670.

19. Берестецкий О.А., Тихонович И.А. Повышение эффективности биологической фиксации азота за счет селекции бобовых по признакам симбиоза // Докл. ВАСХНИЛ, 1985. № 6. С. 9.

20. Боднар Г.В. Развитие и размещение производства зерновых бобовых культур //Научные труды.Т.З./ВНИИ ЗБК. Орел. -1971. - С. 3-14.

21. Боднар Г.В., Дунаевский Д.Б., Одолеев B.C. Состояние и перспективы механизации и уборки зернобобовых культур. Орел, 1971. - С. 30-41.

22. Борисова У.Ф. О взаимодействии роста и развития надземной части и корневой системы люпина // Науч. тр. БелСХА. Горки. 1977. Вы. 29. С. 43.

23. Борисова У.Ф. Формирование, рост вегетативных органов и урожайность зеленой массы люпина // Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. Горки. 1990. 24с.

24. Бутлин Т.Г. Изучение приемов возделывания сои в США и Австралии. //Сельское хозяйство за рубежом. 1972.- № 7. - 132с.

25. Бышевский И., Блацык Д. Повышение продуктивности и устойчивости урожаев желтого люпина // Межд. с.-х. журнал. 1965. № 4. С. 16.27.