Продуктивность и адаптивная способность сельскохозяйственных культур при использовании микроэлементов и регуляторов роста

Исследование влияния микроэлементов на рост, развитие и продуктивность различных сортов яровой пшеницы и их накопление в растениях в зависимости от уровня азотного питания. Изучение действия цинка и селена на использование азота удобрений и почвы.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 26.02.2015
Размер файла 83,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Условия питания

Зерно

Солома

Растение

Уровень азота

Обработка семян

меченого азота удобрений, мг/сосуд

% от внесенного

немеченого азота почвы, мг/сосуд

меченого азота удобрений, мг/сосуд

% от внесенного

немеченого азота почвы, мг/сосуд

меченого азота удобрений, мг/сосуд

% от внесенного

немеченого азота почвы, мг/сосуд

N2

H2O

28

3,7

60

37

5,0

76

65

8,7

136

Zn

38

5,1

51

73

9,7

82

111

14,8

133

N3

H2O

25

1,7

24

97

6,4

107

122

8,1

130

Zn

52

3,5

47

118

7,8

89

170

11,3

136

Применение обработки семян цинком способствовало лучшему усвоению поглощенного растениями азота аммиачной селитры. При средней дозе азота растениями пшеницы было использовано 111 мг на сосуд, что составило 14,8 % от внесенного количества. Увеличение уровня азотного питания привело к росту потребления азота удобрений до 170 мг на сосуд. В результате также возрастал коэффициент использования азота удобрений до 11,3 %, против 8,1 % в контроле без цинка.

Предпосевная обработка семян цинком способствовала увеличению использования растениями пшеницы азота после восстановления полива (IX - этап органогенеза) и до наступления полной спелости зерна, что обусловлено улучшением физиологического состояния яровой пшеницы, сохранением более высокой жизнеспособности в условиях засухи (VI этап органогенеза), усилением защитно-приспособительных реакций, обеспечивающих ослабление повреждающего действия недостаточного водообеспечения и увеличением устойчивости пшеницы к засухе. Полученные данные свидетельствуют о том, что при применении цинка в условиях дефицита влаги в почве процессы синтеза белка в зерне сохранялись на достаточно высоком уровне, необходимом для формирования урожая хорошего качества. Наибольшая эффективность действия цинка проявлялась при высоком уровне азотного питания, на что указывает увеличение содержания общего и белкового азота в зерне пшеницы (табл. 11). Это обуславливает улучшение условий закладки и созревания зерновок при применении цинка, приводящее к возрастанию озеренности колоса и увеличению массы 1000 зерен, и в конечном итоге повлекшее увеличение продуктивности растений.

Таблица 11 - Содержание цинка и форм азота в зерне пшеницы сорта Иволга в зависимости от условий минерального питания и водообеспечения.

Уровень азота

Обработка семян

Оптимальное увлажнение

Недостаточное увлажнение

азот, %

цинк, мг/кг

азот, %

цинк, мг/кг

общий

белковый

общий

белковый

Опыт № 12 (вегетационный домик)

N1

Н2О

2,84

2,51

23

2,89

2,63

35

Zn

3,93

3,10

28

3,80

3,66

69

N3

Н2О

3,53

2,29

45

3,31

3,01

54

Zn

4,20

3,63

76

4,34

3,89

96

НСР05

0,07/0,06

0,17/0,10

4/3

0,09/0,07

0,14/0,11

5/4

Опыт № 14 (фитотронная установка)

N2

Н2О

3,18

2,72

28

3,12

2,45

43

Zn

3,76

3,51

33

3,36

3,03

52

N3

Н2О

3,61

2,96

51

3,45

2,49

50

Zn

4,12

3,74

114

3,52

3,17

140

НСР05

0,15/0,12

0,17/0,15

6/4

0,07/0,06

0,04/0,04

5/4

Выявлено, что содержание цинка в зерне пшеницы зависело от уровня азотного питания и условий водообеспечения. В оптимальных условиях водообеспечения использование обработки семян цинком при низкой и средней дозах азота привело к достоверному возрастанию концентрации микроэлемента в зерне пшеницы в 1,2 раза, в условиях водного дефицита - в 1,2-2,0 раза. Сходные данные ранее наблюдались в опытах с зерновыми [Brennan, 1986; Дианова, 1999; Верниченко, 2002] и зернобобовыми культурами [Azad et al., 1993].

Таким образом, в результате наших исследований выявлено, что основной причиной более высокого совместного действия азотных удобрений и обработки семян цинком на урожайность пшеницы при оптимальном водообеспечении является повышение эффективности азота, вследствие усиления его поступления в растения и увеличения выноса с урожаем. Необходимо отметить, что эффективность действия цинка проявилась в улучшении фотосинтетической деятельности ассимиляционного аппарата пшеницы, за счет увеличения площади листьев, продолжительности ее функционирования, а так же снижения удельной поверхностной плотности листьев. При этом снижалась напряженность донорно-акцепторных отношений, что отразилось в улучшении структуры посева, создавались оптимально возможные условия формирования зерновок, что приводило к уменьшению негативного действия дефицита влаги в почве. При действии краткосрочной засухи положительное влияние цинка на адаптационные способности пшеницы проявлялось вследствие увеличения поглощения азота после восстановления полива, стимулирования синтеза хлорофилла и белкового азота.

Глава 4. Влияние регуляторов роста на продуктивность сельскохозяйственных растений

4.1 Действие регуляторов роста и уровня азотного питания на устойчивость пшеницы к засухе

В настоящее время существенную роль в формировании продуктивности растений играют регуляторы роста, которые стали важным элементом современных технологий производства сельскохозяйственной продукции. Среди известных регуляторов роста особое внимание уделяется эпину и циркону, ростостимулирующее действие которых привлекло внимание исследователей многих стран [Sakurai еt al., 1993; Khripach еt al., 2000; Вакуленко с соавт., 1999 а; Прусакова, 1999; Мовсумзаде с соавт., 2000; Ларионов с соавт., 2001; Малеванная, 2001, 2004; Власенко с соавт., 2004, Прусакова с соавт., 2005]. Однако, несмотря на большое количество исследований по изучению влияния регуляторов роста на продуктивность растений, механизмы их действия изучены не достаточно.

В серии опытов с сортами пшеницы изучена сравнительная эффективность эпина и циркона в зависимости от условий водообеспечения. Результаты лабораторных и вегетационных экспериментов позволили установить, что изучаемые регуляторы роста существенно влияют на интенсивность ростовых процессов, стимулируя накопление надземной биомассы и массы корней на ранних этапах развития растений. Установлено, что обработка семян растворами препаратов способствовала росту продуктивности растений пшеницы как при оптимальном водообеспечении, так и в условиях возрастающей почвенной засухи. Выявлено, что при применении циркона, по сравнению с эпином, растения характеризовались большей активизацией фотосинтетической деятельности и формирования продуктивности. В дальнейшем наши исследования в большей степени были сосредоточены на изучении циркона.

Установлено положительное действие обработки семян цирконом в оптимальных условиях культивирования пшеницы на продуктивность изучаемых сортов, повышая ее в среднем в 1,2-1,5 раза, за счет увеличения массы 1000 зерен при низком уровне азота, числа зерен и массы 1000 зерен - при высокой дозе азотного питания. В условиях краткосрочной почвенной засухи выявлено существенное стабилизирующее влияние этого препарата на продуктивность растений пшеницы (табл. 12). Следует отметить, что у сорта Лада устойчивость к засухе не зависела от применения циркона. В то время как растения сорта Приокская проявляли наибольшую устойчивость к засухе при среднем уровне азота.

Таблица 12 - Влияние циркона на продуктивность различных сортов пшеницы в зависимости от уровня азотного питания и водообеспечения (2003 г., опыт № 20).

Сорт

Уровень азота

Обработка семян

Число, шт.

Масса

К хоз., %

колосков

зерен

1000 зерен, г

зерна,

г/ раст.

Оптимальное водообеспечение

Лада

N1

Н2О

17,5

16,3

23,4

0,33

27

циркон

17,3

19,0

25,1

0,45

31

N2

Н2О

18,0

18,0

27,9

0,49

30

циркон

18,0

25,2

30,3

0,68

35

НСР05А/В, АВ

0,1/0,1

4,6/4,0

1,7/2,2

0,10/0,08

Приокская

N1

Н2О

17,2

21,3

23,6

0,49

35

циркон

18,3

22,0

26,6

0,61

39

N2

Н2О

18,3

24,5

22,7

0,57

32

циркон

18,3

35,3

26,1

0,90

41

НСР05

0,1/0,1

4,6/3,8

2,2/2,3

0,10/0,09

Недостаточное водообеспечение

Лада

N1

Н2О

16,6

14,0

26,9

0,25

21

циркон

16,3

14,7

32,8

0,34

23

N2

Н2О

13,5

12,8

16,3

0,18

13

циркон

13,3

13,0

35,6

0,23

14

НСР05

0,2/0,1

0,7/0,4

2,5/2,2

0,04/0,04

Приокская

N1

Н2О

15,0

14,7

28,7

0,29

24

циркон

17,0

19,0

29,4

0,36

25

N2

Н2О

14,0

13,7

20,8

0,21

15

циркон

15,3

18,7

39,3

0,49

23

НСР05

0,2/0,1

1,9/1,0

2,5/1,8

0,04/0,03

Примечание: фактор А - для азота, фактор В - для циркона, АВ - взаимодействие факторов. То же в табл. №№ 14-15.

Обработка семян сорта Лада цирконом в условиях дефицита влаги в почве на обоих уровнях азотного питания увеличивала массу 1000 зерен, но не привела к значительному росту числа зерен, а у пшеницы сорта Приокская - способствовала сохранению жизнеспособности закладывающихся цветков на конусе нарастания и возрастанию доли их реализации в зерна (с 25,8-28,8 до 37,4-38,0 %), что определило рост озерненности колоса и устойчивости растений к засухе. Установлено, что эффективность применения циркона зависела не только от сортовых особенностей растений пшеницы, но и от обеспеченности азотным питанием, уровень которого обуславливал способность растений сохранять продуктивность и жизнедеятельность в экстремальных условиях выращивания.

В проведенных экспериментах циркон активизировал процессы закладки репродуктивных органов, что и способствовало повышению продуктивности пшеницы. Это, вероятно, определялось возможностью циркона участвовать в регулировании гормонального обмена растений, поскольку известно, что амиды оксикоричных кислот участвуют в процессах формирования цветков, дифференциации, а также в делении клеток и цитоморфогенезе [Facchii et al., 2002].

Для определения возможности воздействия циркона на гормональный баланс проростков яровой пшеницы сорта Иволга был проведен эксперимент, продолжительностью 21 сут., в котором варьировались условия водообеспечения (табл.13). Установлено, что в оптимальных условиях водообеспечения обработка семян цирконом влияла на гормональный баланс проростков пшеницы, увеличивая содержание стимулирующих гормонов: цитокининов, индолилуксусной и гибберелиновой кислот, при одновременным снижении концентрации абсцизовой кислоты. Это свидетельствует о высоком уровне активирования процессов роста растений, а также возможности влияния на формирование и функционирование генеративных органов пшеницы. В условиях засухи наблюдалось снижение суммарного количества стимулирующих фитогормонов при значительном увеличении содержания АБК, что способствовало сохранению водного статуса листьев, а также активизации процессов восстановления темпов роста растений после возобновления полива, повышающей устойчивость растений к засухе.

Таблица 13 - Содержание фитогормонов в проростках пшеницы в зависимости от условий водообеспечения при применении циркона (мг/г сух. вещ.) опыт № 18.

Вариант

ИУК

ЦК

ГК

АБК

Отношение стимулир./торможен.

Н2О

полив

9,74

208,69

10,09

209,86

1,10

засуха

8,68

734,00

16,35

426,46

1,78

циркон

полив

10,37

306,23

38,38

106,43

3,33

засуха

9,07

498,64

23,00

318,74

1,67

В вегетационных опытах под действием циркона при оптимальном водообеспечении растений наблюдалось увеличение их биомассы в течение вегетационного периода. Эффективность действия циркона в значительной степени зависела от уровня азотного питания. При низком уровне азота достоверное повышение биомассы под влиянием циркона отмечалось после достижения растениями фазы цветения, в период появления у растений главного аттрагирующего центра - формирующегося зерна. В этих условиях применение циркона приводило к достоверному росту содержания в зерне общего и белкового азота, а также доли белкового азота от общего у сорта Лада с 85 до 94 % (табл. 14).

При дальнейшем росте уровня обеспеченности растений азотом под влиянием циркона увеличивалось накопление биомассы в течение всего вегетационного периода, а так же возрастало содержание общего и белкового азота в зерне пшеницы. Однако большая часть азота затрачивалась на формирование урожая, вследствие чего доля белкового азота по отношению к общему изменялись незначительно.

Таблица 14 - Действие циркона на содержание различных форм азота в зерне пшеницы при разных условиях водообеспечения (2003 г., опыт № 20).

Варианты опыта

Условия водообеспечения

Уровень

азота

Обработка семян

оптимальное

недостаточное

азот, %

доля белкового азота, % от общего

азот, %

доля белка, % от сырого протеина

общий

белковый

общий

белковый

Сорт Лада

N1

Н2О

2,42

2,06

85

2,24

1,93

86

циркон

2,50

2,34

94

2,18

2,03

93

N2

Н2О

2,49

2,30

92

2,32

2,07

89

циркон

2,66

2,42

90

2,46

2,11

86

НСР05

0,07/0,10

0,08/0,06

0,08/0,07

0,08/0,06

Сорт Приокская

N1

Н2О

2,33

1,98

85

2,22

2,05

92

циркон

2,62

2,32

86

2,34

2,14

91

N2

Н2О

2,47

2,02

81

2,11

1,77

84

циркон

2,78

2,35

84

2,52

2,25

89

НСР05

0,10/0,08

0,04/0,04

0,10/0,08

0,08/0,07

В период воздействия засухи в вариантах с применением циркона наблюдалось торможение у пшеницы процессов накопления биомассы, что является проявлением защитно-приспособительных реакций растения. После возобновления полива наблюдалась активизация восстановительных процессов и увеличение продолжительности работы листьев у изучаемых сортов пшеницы (табл. 15).

Максимальное проявление положительного действия циркона на накопление биомассы растений и эффективность работы листового аппарата отмечено у сорта Приокская при средней дозе азота в результате лучшего прохождения репарационных процессов. Установлено увеличение фотопотенциала растений и продуктивной работы листьев, что способствовало интенсификации процессов накопления общего и белкового азота (табл. 16), и определило возрастание продуктивности растений.

У сорта Лада, в отличие от сорта Приокская, влияние циркона на фотосинтетическую деятельность растений, проявлялось при низком уровне азота. С увеличением дозы азота результативность действия циркона уменьшалась. Продуктивная работа листьев возросла соответственно в 1,3 и в 1,2 раза.

Таблица 15 - Фотосинтетическая деятельность пшеницы в зависимости от уровня азотного питания, условий водообеспечения и применения циркона (опыт № 20).

Сорт

Уровень азота

Обработка семян

Условия водообеспечения

оптимальные

недостаточные

ФП м2/ сут.

ПРЛ г/м2сут.

ФП м2/ сут.

ПРЛ г/м2 сут.

Приокская

N1

Н2О

0,25

1,32

0,21

1,40

циркон

0,26

1,73

0,20

1,80

N2

Н2О

0,33

1,48

0,24

0,89

циркон

0,35

2,00

0,26

1,89

НСР05

0,02/0,02

0,10/0,08

0,02/0,02

0,10/0,08

Лада

N1

Н2О

0,25

1,96

0,19

1,34

циркон

0,26

2,34

0,20

1,79

N2

Н2О

0,29

1,97

0,21

0,87

циркон

0,30

3,00

0,22

1,06

НСР05

0,02/0,02

0,10/0,09

0,02/0,02

0,10/0,08

Необходимо подчеркнуть существенную зависимость эффективности действия циркона на фотосинтетическую деятельность растений и продуктивность сортов пшеницы от уровня азотного питания. Установлено, что наиболее высокая эффективность влияния циркона у сорта Лада проявлялась на самой низкой из изучавшихся дозах азота, а у сорта Приокская - на средней дозе азота (150 мг/кг почвы), как в условиях оптимального водообеспечения растений, так и при недостатке влаги в почве.

Изучение роли циркона в формировании урожайности и физиолого-биохимических процессах растений яровой пшеницы включало исследование интенсивности фотосинтеза и дыхания.

Определено, что эффективность воздействия циркона на интенсивность газообмена зависела от сортовых характеристик растений пшеницы (табл. 16). В условиях оптимального водообеспечения при обработке семян цирконом увеличивалась интенсивность фотосинтеза и дыхания растений изученных сортов пшеницы, что привело к росту нетто-ассимиляции СО2 растениями за сутки. Наибольшее повышение нетто-ассимиляции СО2 под действием циркона на 14-17 % наблюдалось при низкой дозе азота.

При применении циркона в условиях водного дефицита у сорта Приокская, в отличие от сорта Лада, было отмечено значительное понижение интенсивности дыхания и в меньшей степени - интенсивности фотосинтеза, что определило увеличение нетто-ассимиляции СО2, особенно при улучшении обеспеченности растений азотом. После возобновления полива (VII этап) циркон активизировал интенсивность фотосинтетических и дыхательных процессов при обоих уровнях азотного питания, что позволило растениям аккумулировать значительное количество СО2. Рост величины нетто-ассимиляции СО2 при обработке семян препаратом создавало благоприятные условия для формирования ассимиляционной поверхности и биомассы растений, что обусловило увеличение продуктивности пшеницы.

Таблица 16 - Влияние циркона на интенсивность фотосинтеза и дыхания растений пшеницы в зависимости от уровня азотного питания и условий водообеспечения, на 1 растение (2003 г., опыт № 20).

Этап органно-генеза

Доза азота

Обработка семян

Фотосинтез

Дыхание

Нетто-ассимиляция

мг СО2/час

мг СО2/сутки

полив

засуха

полив

засуха

полив

засуха

Сорт Приокская

VI

N1

Н2О

4,4

3,4

3,9

2,4

41,6

35,2

циркон

5,0

3,0

3,9

1,0

48,8

40,0

N2

Н2О

5,8

2,0

4,2

2,3

59,2

13,3

циркон

5,9

2,3

4,3

1,4

60,0

25,6

VII

N1

Н2О

4,8

3,1

4,1

1,8

44,0

34,9

циркон

5,3

5,9

4,3

3,5

50,4

66,6

N2

Н2О

6,0

4,6

4,9

1,2

56,8

64,2

циркон

6,4

6,5

5,2

4,6

60,8

67,6

Сорт Лада

VI

N1

Н2О

7,1

3,5

3,0

2,0

89,6

39,2

циркон

7,8

2,2

2,5

1,2

104,8

25,1

N2

Н2О

7,6

3,5

3,7

3,1

92,0

31,0

циркон

8,5

3,2

4,2

2,8

102,4

29,4

VII

N1

Н2О

7,3

4,3

3,3

2,4

90,4

49,1

циркон

8,1

5,5

3,0

3,0

105,6

64,0

N2

Н2О

8,0

6,4

4,8

4,7

89,6

64,8

циркон

8,7

8,8

5,8

6,9

92,8

91,2

Установлено, что при действии кратковременной почвенной засухи эффективность циркона зависела от обеспеченности растений азотным питанием. Резкий рост ассимиляционной поверхности пшеницы и существенное ухудшение световых условий в микроценозе пшеницы сорта Приокская при увеличении уровня азота обусловили повышение интенсивности дыхания, в результате чего величина нетто-ассимиляции СО2 была меньше, чем при низкой дозе азота. Однако стимулирующее действие циркона на активизацию процессов накопления биомассы и величину ассимиляционной поверхности после возобновления полива позволило растениям более эффективно использовать ассимиляты для формирования генеративных органов пшеницы и ее зерновой продуктивности. При применении обработки семян сорта Лада цирконом в условиях усиления азотного питания отмечено увеличение как интенсивности фотосинтетических, так и дыхательных процессов. При этом растения аккумулировали значительное количество СО2, обусловившее более высокую зерновую продуктивность сорта, за счет активизации ростовых процессов после возобновления полива пшеницы.

Таким образом, обработка семян цирконом обеспечивала рост зерновой продуктивности пшеницы при оптимальном водообеспечении за счет повышения исходной ростовой активности, интенсивности фотосинтетических процессов. В условиях дефицита влаги в почве циркон обеспечивал реализацию адаптивных способностей растений за счет резкого снижения физиологических процессов в период воздействия засухи и стимулирования интенсивного роста и газообмена после возобновления полива. Установлено, что максимальная эффективность циркона у сорта Лада проявляется на самой низкой из изучавшихся доза азота, а у сорта Приокская - на средней дозе азота (150 мг/кг почвы), что определяется сортовой спецификой культур.

При разработке технологий выращивания растениеводческой продукции представляет интерес изучение действия регуляторов роста на различные овощные культуры, отличающиеся по морфофизиологическим характеристикам и агротехникой выращивания.

Полученные в наших экспериментах результаты свидетельствуют о широком спектре биологической активности регуляторов роста, которые активизировали ростовые процессы, стимулировали развитие растений, улучшая условия формирования цветков и увеличивая продуктивность растений огурца. В проведенных исследованиях показано влияние циркона на продуктивность, содержание фотосинтетических пигментов, гормонов, некоторых показателей качества зерна пшеницы и сортов редьки. Таким образом, доказанная в наших экспериментах роль циркона в активизации процессов жизнедеятельности и формировании продуктивности сельскохозяйственных растений приобретает теоретическую и практическую значимость при разработке технологий возделывания изучавшихся культур.

4.2 Влияние регуляторов роста на устойчивость пшеницы в зависимости от уровня содержания тяжелых металлов в почве

В настоящее время неотъемлемой проблемой охраны окружающей среды, является изучение и оценка загрязняющих компонентов биосферы тяжелыми металлами и другими химическими элементами, которые наносят вред состоянию экосистем, а так же разработка стратегии управления потоками веществ и энергии. Возникает необходимость поиска приемов снижения токсического действия тяжелых металлов, и изучения закономерностей их поступления и накопления в растениях [Минеев, 1990; Ильин, 1991; Гуральчук, 1994; Евдокимова, Минеев, 2001; Титов с соавт., 2002; Черных с соавт., 2002; Челтыгмашева, Черных, 2004].

По отношению к растению один и тот же элемент может находиться в дефиците, его концентрация может быть благоприятной, а также избыточной и токсичной для него. При определенных концентрациях элемента в окружающей среде он может играть роль микроэлемента и выполнять в растительном организме физиологические функции. Избыток того же элемента может наносить прямое и косвенное негативное влияние на растения и почву. Биологически значимые элементы, к которым относятся цинк и селен, в окружающей среде в зависимости от концентрации, рассматриваются как элементы, оказывающие благоприятное или негативное, или даже токсическое воздействие на жизнедеятельность растений. Диапазон между минимальным количеством цинка и селена необходимым для жизнедеятельности и максимальным, не вызывающим негативных последствий характеризует толерантность организмов к накоплению данного элемента [Ohhi, 1987; Панин, 1999; Челтыгмашева с соавт., 2004; Лукин с соавт., 2005].

Из результатов краткосрочных экспериментов следует, что высокие концентрации цинка и селена в почве оказывали токсическое действие на рост проростков пшеницы сорта Лада, снижая массу проростков, а так же изменяя качественный состав хлорофиллового комплекса пшеницы сорта Лада.

Таблица 17 - Действие регуляторов роста на накопление биомассы и развитие хлорофилльного аппарата в зависимости от концентрации цинка в почве (опыт № 27).

Вариант опыта

Масса 1 растения, мг

Содержание хлорофиллов

Хл а

Хл б

ХИ, мг/раст.

Доза цинка мг/кг

Обработка семян

а

б

Сумма

а и б

0

Н2О

30,56

0,90

0,39

1,21

2,31

36,98

эпин

40,00

1,03

0,43

1,46

2,39

58,40

циркон

60,39

1,09

0,45

1,54

2,42

93,00

100

Н2О

25,00

0,91

0,41

1,32

2,21

33,00

эпин

30,00

0,92

0,41

1,33

2,24

39,90

циркон

35,00

0,91

0,41

1,32

2,21

36,32

250

Н2О

22,17

0,76

0,35

1,11

2,17

24,61

эпин

26,13

0,95

0,36

1,31

2,64

34,23

циркон

25,14

0,89

0,38

1,27

2,34

31,93

500

Н2О

18,58

0,61

0,29

0,84

2,10

15,61

эпин

23,50

0,78

0,31

1,09

2,52

25,62

циркон

22,00

0,65

0,29

0,94

2,24

20,68

НСР05

1,18

0,11

0,02

0,12

1,22

Наблюдалось уменьшение соотношения хлорофилла а к хлорофиллу б (хл а/хл б), в основном за счет увеличения хлорофилла б. Кроме того, снижался хлорофилловый индекс, что свидетельствует о негативном влиянии высоких концентраций цинка и селена на физиолого-биохимические показатели проростков яровой пшеницы. Следует отметить, что при высоких концентрациях селена (более 10 мг/кг почвы) в почве отмечено снижение суммы пигментов (а+б) в основном за счет хлорофилла а, а при высоких дозах цинка (более 100 мг/кг почвы) - хлорофилла а и б. Данную закономерность можно объяснить тем, что содержание хлорофилла а изменяется сильнее, чем хлорофилла б [Витковская, 1959], так как последний образуется избирательно из первого [Шлык, 1965].

Обработка семян эпином и цирконом тормозила снижение накопления биомассы в условиях высоких концентраций селена и цинка в почве, а также понижала токсическое действие высоких концентраций элементов на качественные и количественные характеристики пигментного аппарата. В вариантах с применением регуляторов роста наблюдалась стабилизация образования хлорофилла а и б, что привело к увеличению содержания суммы хлорофилла и улучшению структуры хлорофилльного комплекса. Отмечено возрастание отношения хл а/хл б, а также хлорофилльного индекса. Полученные в вегетационном опыте № 25 данные однозначно свидетельствуют о токсическом воздействии высокой концентрации цинка в почве (500 мг/кг) на продуктивность растений, обусловленном резким снижением числа зерен на 27 %, уменьшением общего числа колосков на 10 %, а также массы 1000 зерен на 25 %. Возможность снижения негативного действия высокого содержания в почве цинка на формирование зерновой продуктивности пшеницы установлена при применении опрыскивания вегетирующих растений цирконом. Отмечено достоверное увеличение озерненности колоса (табл. 18).

Таблица 18 - Влияние циркона на продуктивность пшеницы сорта Лада в зависимости от уровня содержания цинка в почве (2004 г., опыт № 29).

Доза цинка,

мг/кг почвы

Применение циркона

Масса, г/раст.

Число в колосе, шт./раст.

Масса 1000 зерен, г

зерно

солома

зерен

колосков

0

контроль

0,40

1,00

20,3

18,3

21,9

100

0,36

0,94

17,4

16,9

21,0

500

0,26

0,84

14,8

16,4

16,4

0

ПОС

0,49

0,77

25,2

18,3

25,8

100

0,33

0,77

16,9

16,6

19,2

500

0,26

0,84

16,5

16,7

17,9

0

ОВР

0,50

0,84

27,7

18,3

24,4

100

0,46

0,94

21,9

18,2

21,3

500

0,33

1,07

22,2

18,6

19,0

НСР 05А/В, АВ

0,08/0,06

0,07/0,06

2,4/1,9

1,2/1,0

2,0/1,2

Примечание: фактор А - для цинка, фактор В - для циркона, АВ - взаимодействие факторов.

При выращивании пшеницы в условиях избыточного содержания цинка в почве существует опасность накопления в растениях количеств, токсичных для организмов человека и животных.

В наших опытах выявлено существенное увеличение содержания цинка в зерне (в 2 раза против контроля) и в соломе (в 1,75 раз против контроля), которое определялось безбарьерным его передвижением из почвы в корневую систему и далее в надземные органы, что согласуется с результатами других исследователей в опытах с различными культурами [Лукин с соавт., 1999; Зубкова, 2003]. Следствием токсического действия цинка является изменение темпов поглощения азота и фосфора. Скорее всего, дефицит фосфора проявляется в корнях где, вероятно, происходит образование трудно растворимых фосфатов цинка, результатом чего оказалось нарушение процессов поступления элементов питания. Следовательно, причиной угнетения роста и развития, снижения зерновой продуктивности и общей биомассы растений в условиях высоких концентраций цинка в почве, может быть не только токсическое действие избыточных количеств ионов цинка, но и резкий дефицит фосфора, уменьшающий потребление пшеницей и азота.

Положительное действие циркона на зерновую продуктивность наряду со снижением поступления цинка в растения проявлялось в возрастании размеров потребления пшеницей и макроэлементов. Однако применение изучаемых способов использования циркона с целью уменьшения накопления цинка в растениях пшеницы, особенно в зерне, представляется не вполне безопасным и требует дальнейшего изучения этого вопроса.

В данном аспекте интересно было проследить и действие циркона в условиях высоких концентраций такого элемента как кадмий, загрязнение почв которым является одним из опасных экологических стрессов [Минеев, 1990; 2001; Ильина, 1991; Гуральчук, 1994; Евдокимова, Титова с соавт., 2002; Черных с соавт., 2002; 2004; Челтыгмашева, Черных, 2004].

Теоретической гипотезой применения регуляторов роста в условиях высоких концентраций тяжелых металлов является их возможность оказать ростстимулирующее действие на клетки растений на генетическом и метаболическом уровнях. Предполагается, что в растениях могут происходить изменения в скорости прохождения и направленности физиолого-биохимических процессов, что, вероятно, может оказать влияние на поглощение и распределение металлов в растениях [Ульяненко с соавт., 2004].

В вегетационных опытах с пшеницей сорта Лада при увеличении содержания кадмия в почве от 0 до 50 мг/кг установлено снижение продуктивности растений в результате нарушения процессов закладки цветков и уменьшении почти в 1,4 раза их числа на конусе нарастания (табл. 19).

Таблица 19 - Влияние циркона на продуктивность пшеницы сорта Лада в зависимости от содержания кадмия в почве (2004 г., опыт № 31).

Варианты опыта

Число цветков

(VI этап), шт.

Масса, г/раст.

Масса 1000 зерен, г

доза кадмия,

мг/кг почвы

применение циркона

зерно

солома

0

контроль

100

0,41

0,88

26,0

5

90

0,39

1,02

23,2

50

72

0,31

0,70

19,4

0

ОВР

105

0,52

0,84

29,4

5

94

0,74

1,17

49,1

50

80

0,64

1,14

36,9

0

ПОС

110

0,50

0,77

28,8

5

94

0,52

0,99

33,1

50

78

0,43

1,04

33,1

НСР05А/В, АВ

4/3

0,10/0,08

0,07/0,05

6,2/4,3

Примечание: фактор А - для кадмия, фактор В - для циркона, АВ - взаимодействие факторов. То же в табл. 20, 21.

При этом снизилась доля реализации цветков в зерна (на 10%) и число колосков в колосе (на 15%), определив снижение числа зерен в колосе более чем в 2 раза, массы 1000 зерен - в 1,4 раза, что возможно связано с нарушением гормонального баланса в растениях.

Отмечалось резкое замедление роста главного побега и снижение ассимиляционной поверхности растений при высокой концентрации кадмия в почве (табл. 20), сопровождающееся ингибированием процессов фотосинтеза.

Таблица 20 - Масса растений и площадь ассимиляционной поверхности пшеницы сорта Лада (2004 г., опыт № 31).

Доза кадмия, мг/кг почвы

Применение циркона

Фаза развития растений

начало выхода в трубку

фаза молочной спелости

масса, г/раст.

площадь, см2/раст.

масса, г/раст.

площадь, см2/раст.

0

контроль

0,79

128,1

1,72

111,0

5

0,69

107,9

1,37

86,5

50

0,56

96,6

1,04

75,5

0

ОВР

0,91

133,9

1,99

130,7

5

0,82

126,2

2,02

120,0

50

0,72

111,4

1,87

123,7

0

ПОС

1,00

151,3

1,90

124,5

5

0,68

112,5

1,88

121,6

50

0,56

93,6

1,75

123,3

НСР05

0,10/0,09

5,6/5,0

0,20/0,15

13,0/10,0

Следовательно, можно сделать заключение, что лишь высокие концентрации кадмия оказывают отрицательное влияние на рост и развитие растений. Аналогичные закономерности получены рядом авторов в опытах с различными культурами [Атабаева с соавт., 1999; Kevresan at al., 2001; Титов с соавт., 2002; Лайдинен с соавт. 2003].

Применение регуляторов роста (эпина и циркона) способствовало улучшению условий формирования и реализации элементов продуктивности, что определило сохранение жизнеспособности цветков главного побега, а также озерненности колоса, снижая при этом токсическое действие кадмия на продуктивность пшеницы. Сравнительная оценка эффективности воздействия регуляторов роста показала большее стимулирование зерновой продуктивности при использовании циркона, чем эпина.

Наиболее заметные изменения продуктивности и характера формирования конуса нарастания в условиях высокого содержания кадмия в почве были установлены при опрыскивании вегетирующих растений (табл. 19). Растения, обработанные цирконом, опережали контрольные варианты по темпам роста и накоплению биомассы, а также величине ассимиляционной поверхности главных и боковых побегов (табл. 20). При использовании циркона, снижение содержания хлорофилла от токсического воздействия кадмия было менее значительным. Возможно, это связано с защитными свойствами действующего вещества препарата - оксикоричных кислот, проявляющих антиоксидантные функции, а также активирующих ряд ферментов [Mandava, 1988; Sakurai еt al., 1993; Khripach еt al., 2000; Мовсумзаде с соавт., 2000; Ларионов с соавт., 2001; Малеванная, 2001, 2004; Власенко с соавт., 2004, Прусакова с соавт., 2005].

На основании результатов наших исследований выявлено избыточное накопление кадмия в растениях, существенно превышающее ПДК при высоком содержании этого элемента в почве (табл. 21).

Таблица 21 - Влияние различных способов применения циркона на содержание азота и кадмия в зерне пшеницы сорта Лада (2004 г., опыт № 31)

Варианты опыта

Содержание азота в зерне, %

Содержание кадмия в зерне, мг/кг

доза кадмия,

мг/кг почвы

применение циркона

общего

белкового

0

контроль

2,23

1,97

0,05

5

2,15

1,94

0,18

50

1,98

1,80

0,84

0

ОВР

2,58

2,17

0,05

5

2,54

2,30

0,16

50

2,48

2,21

0,53

0

ПОС

2,54

2,30

0,05

5

2,48

2,25

0,16

50

2,49

2,29

0,74

НСР05*/**

0,45/0,31

0,20/0,15

0,40/0,29

Установлено отрицательное действие кадмия на поступление азота в растения пшеницы, а также ограничение его включения в состав белковых соединений, очевидно обусловленное дезорганизацией процессов поглощения и транспорта элементов минерального питания [Черных, 1991; Черных с соавт., 1995; Jiang Xiangyu et al., 2001; Волошин, 2003; Челтыгмашева с соавт., 2004; Гармаш, 2006].

При применении циркона выявлена возможность снижения накопления кадмия при поступлении его в растения пшеницы и усиление процессов поглощения основных элементов питания. Циркон оказывал положительное влияние на синтез общего и белкового азота, что может быть связано с протекторным действием его действующего вещества на процессы поступления кадмия в растение. Вероятно, циркон проявлял положительное воздействие на растения в условиях высокого содержания кадмия в результате снижения свободно-радикальных процессов, с образованием устойчивых комплексов с кадмием [Heaab еt al., 2002]. Все это способствовало увеличению продуктивности пшеницы сорта Лада при применении циркона.

Таким образом, в результате наших экспериментов установлено отрицательное действие высоких концентраций цинка и кадмия в почве на формирование продуктивности и накопление основных элементов питания в растениях пшеницы, что можно использовать при разработке санитарно-гигиенических нормативов контроля качества при производстве сельскохозяйственной продукций в условиях возрастающей техногенной нагрузки на почву.

На загрязненных этим элементом почвах, определены оптимальные способы применения циркона, которые следует рекомендовать при разработке технологий выращивания сельскохозяйственной продукции в условиях возрастающей техногенной нагрузки на почву.

ВЫВОДЫ

На основании вегетационных, фитотронных и лабораторных экспериментов по изучению закономерностей действия различных агрохимических средств (обеспеченности азотом, предпосевной обработки микроэлементами,...


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.