Агроэкологическая роль селенсодержащих биологически активных веществ при выращивании ячменя в степной зоне Саратовской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агроэкологическая роль селенсодержащих биологически активных веществ при выращивании ячменя в степной зоне Саратовской области

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

семя ячмень селенсодержащий предпосевной

Актуальность исследования. Ячмень - основная зерновая и фуражная культура. Общая площадь возделывания ячменя во всем мире составляет 55,7 млн.га. По объему посевных площадей в мире культура занимает четвертое место, уступая лишь пшенице, рису и кукурузе. В РФ на долю ячменя приходится 10 млн. га, в структуре посевных площадей ячмень занимает 2 место после пшеницы, в Саратовской области он занимает более 20 %.

Однако нынешний уровень производства ячменя не соответствует потенциальным почвенно-климатическим возможностям региона. Среди причин отрицательно влияющих на урожайность и качество ячменя можно отметить потери от сорняков, недостаток почвенной влаги, загрязнение почвы тяжелыми металлами, например, ионами свинца.

Литературные источники свидетельствуют о том, что высокие урожаи зерновых культур могут быть достигнуты при использовании передовой техники и инновационных технологий, основанных на повышении адаптивности растений к конкретным условиям окружающей среды. К таким технологиям относится, например, использование биологически активных веществ (БАВ) для предпосевной обработки семян. Эффективность их использования при возделывании ячменя рассмотрена в единичных работах, при этом мнения авторов противоречивы и неоднозначны.

Поля сельскохозяйственных угодий часто расположены вблизи (50 - 100 м) автострад и это повышает вероятность загрязнения почвы ионами тяжелых металлов. На примере пшеницы показано, что БАВ могут существенно снижать токсическое действие ионов свинца. Для почвенно-климатических условий Саратовской области систематические исследования в этом направлении на культуре ячменя не проводились. Поэтому, изучение новых биологически активных веществ для предпосевной обработки семян ячменя, возделываемого на загрязненных территориях, для повышения качества и урожайности зерна является актуальным.

Исследования проведены в соответствии с госбюджетными планами НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» по теме: «Биомелиоративные ресурсосберегающие технологии повышения продуктивности сельскохозяйственных земель и обеспечение устойчивости агроландшафтов» по разделу: «Изучение влияния биологически активных веществ, минеральных и бактериальных удобрений на продуктивность зерновых и овощных культур», а также в рамках договора о содружестве с научно-образовательным центром «Химия природных и синтетических материалов» ГОУ ВПО «Саратовский ГУ им. Н.Г. Чернышевского» по разделу: «Перспективы применения биологически активных веществ».

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование агроэкологической роли новых Se-содержащих биологических активны веществ по отношению к ионам свинца (II) для получения экологически чистой зерновой продукции и повышения урожайности ячменя в Саратовской области.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

· оценить влияние предпосевной обработки семян ячменя растворами селенсодержащих БАВ на силу роста, морфометрические показатели и фотосинтетическую деятельность ячменя;

· исследовать протекторную роль Se-содержащих БАВ по отношению к ионам Pb⁺² на параметры прорастания семян и фотосинтетическую деятельность посевов ячменя;

· выявить влияние селенсодержащих БАВ, ионов Pb⁺² и их комплексов на элементы продуктивности, урожайность, качество зерна ячменя и его экологическую безопасность;

· провести биоэнергетическую и экономическую оценку эффективности применения предпосевной обработки Se-содержащими БАВ в технологии выращивания экологически чистой продукции ячменя.

Научная новизна. Впервые в почвенно-климатических условиях Саратовской области проведена оценка агроэкологической роли селен-содержащих БАВ по отношению к тяжелым металлам, на примере ионов свинца (П), при возделывании ячменя. Установлено стимулирующее действие предпосевной обработки ячменя Se-содержащими БАВ на посевные качества семян. Выявлена протекторная роль новых БАВ при влиянии ионов Pb⁺² на силу роста, фотосинтетическую деятельность, элементы продуктивности культуры ячменя. Показана возможность получения экологически чистой зерновой продукции и повышения урожайности ячменя на антропогенно-депрессионных территориях Саратовской области. Впервые проведена биоэнергетическая и экономическая оценка эффективности предпосевной обработки Se-содержащими БАВ при выращивании культуры ячменя.

Практическая значимость. Выявленные закономерности могут быть реализованы в качестве методической основы получения экологически безопасной зерновой продукции в Поволжском регионе. Результаты исследований предпосевной обработки семян ячменя Se-содержащими БАВ подтверждены производственной проверкой на базе СПК «Преображенское ? 2001» Пугачевского района и ООО «СБК» Татищевского района Саратовской области. Показана протекторная роль этих БАВ на фоне загрязнения тяжелыми металлами, например ионами свинца (II), на физиологические процессы, качество зерна и урожайность ячменя. Доказано, что использование предпосевной обработки семян Se-содержащими БАВ технологически мало затратное, приводит к повышению урожайности на 15 - 24 % и рентабельности на 26 - 35 %.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс: используются при чтении лекционного курса и проведении практикума по дисциплине «Экологическая химия» для студентов специальностей «Агроэкология» и «Защита растений» в ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им.Н.И.Вавилова»

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации доложены на Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, Южный федеральный университет, 2007), Юбилейной Всероссийской конференции - X Докучаевские молодежные чтения «Почвы и техногенез» (Санкт-Петербург, СПбГУ, 2007), 2-ой Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Астраханского государственного университета «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, АГУ, 2008), Х Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоемов внутреннего стока Евразии» (Астрахань, АГУ, 2008), II Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии» (Астрахань, АГУ, 2008), Международной научно-практической конференции «Биологические активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» (Новый Свет, Крым, Украина, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 1 статья в сборнике статей «Вопросы биологии, экологии, химии и методики обучения», выпускаемом СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 4 статьи и 1 тезисы докладов в материалах Международных и Всероссийских конференций, общим объемом 1,61 п.л., авторский вклад 1,33 п.л..

Личный вклад соискателя. Соискатель принимал личное участие в разработке плана работ, сборе и критической оценке литературных источников, проведении лабораторных и полевых исследований, апробации и внедрении полученных результатов. Анализ полученных экспериментальных данных осуществлен непосредственно автором. Материалы диссертации изложены в работах, опубликованных в соавторстве. Доля личного участия автора в подготовке и написании данных публикаций составляет 75 - 80 %.

Основные положения, выносимые на защиту:

· влияние предпосевной обработки семян ячменя растворами селен-содержащих БАВ на силу роста, морфометрические показатели и фотосинтетическую деятельность ячменя;

· оценка протекторного действия селен-содержащих БАВ по отношению к ионам свинца на рост и развитие, элементы продуктивности и урожайность, качество ячменя и его экологическую безопасность;

· биоэнергетическая и экономическая оценка агроэкологической роли предпосевной обработки семян ячменя селен-содержащими БАВ;

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, выводов и предложений производству, списка литературы из 143 источника, в том числе 20 % на иностранных языках. Работа изложена на 149 страницах компьютерного текста, содержит 30 таблиц, 38 рисунков и 10 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность данного исследования, научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи, положения, выносимые на защиту.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В работе представлен обзор зарубежных и отечественных авторов по возделыванию ячменя и применению различных стимуляторов роста для повышения урожайности (Ю. В. Ракитин, 1955, М. Х. Чайлахян, В. Н. Ложникова, 1972, Ф. Л. Калинин.,1984, В.М. Жарков, 2005).

Кроме того, выполнен обзор литературы, глубиной в 60 лет позволяющий заключить, что изучение влияния ТМ, в том числе ионов Pb в различных степенях окисления на плодоовощные и зерновые культуры, находилось в поле зрения ученых, но их мнения противоречивы и неоднозначны (Я.В. Пейве, 1963, E. Browning, 1969, U. Bergquist, 1978, В.А. Манчук и др., 1983, Б.А. Ягодин и др., 1988, Ф.Д. Самуилов , Р.А. Юнусов 1999, 2000). В работах (С.И. Калмыков, 2008 , Г.А. Дмитриева, 2007) на примере пшеницы показано, что биологически активные вещества могут нивелировать токсическое действие ионов свинца. Детальные исследования о возможной протекторной роли БАВ по отношению к ионам свинца для повышения урожайности, качества ячменя и его экологической безопасности в литературе отсутствуют, поэтому постановка такой проблемы является актуальной.

Глава 2. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРИБОРЫ И РЕАКТИВЫ

Полевые исследования проводились с 2006 по 2008 гг. на базе СПК «Преображенское - 2001», расположенного на территории Пугачевского района Саратовской области. Изучаемым объектом явился ячмень сорта Донецкий 8.

Полевые опыты закладывались в 5-ти кратной повторности на делянках с учетной площадью 50 м² в соответствии с методикой и техникой постановки полевых опытов на стационарных участках по Б.А. Доспехову (1985). Размещение вариантов рендомизированное.

Для исследования были выбраны селен-содержащие БАВ (табл.1), в виде водных растворов с массовой долей растворенного вещества 10^-4 %, впервые синтезируемые на кафедре органической и биоорганической химии Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Контролем служила вода, стандартом являлся, используемый в практике сельского хозяйства, стимулятор роста и развития растений иммуноцитофит (ИМ). В качестве тяжелых металлов были взяты нитраты свинца (II) в виде водных растворов ионов Pb⁺² в интервале концентраций 10^-3 - 10^-6 %. Семена обрабатывали водной суспензией БАВ, растворами ионов свинца и их комплексами, закрывали брезентом и оставляли в таком состоянии на 24 часа. Схема опытов предпосевной обработки представлены в таблице 2.

Почвенные образцы для анализа отбирали вращательным почвенным буром в период вегетации 2006 - 2008 гг. в соответствии с ГОСТ 28168-89. С площадки размером 5 га брали 10 - 15 индивидуальных проб, глубина составляла 10 см. Пробоотбор и анализ почвы проводились по ГОСТ 26483-85. В почвенных образцах определено содержание гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-84. Подвижный фосфор - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84.

Таблица 1 - Характеристика исследуемых биологически активных веществ

Таблица 2 - Схема опытов предпосевной обработки семян ячменя

Активность фермента пероксидазы определяли с помощью с орто-фенилендиамина фотоколориметрическим методом на приборе КФК-2-УХЛ-4.2 по методу А.И. Ермакова - Т.А. Сусловой. В ходе исследования также определяли содержание общего белка по методу Кьельдаля. Валовые и подвижные формы тяжелых металлов (свинец) определяли атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Квант - 2А».

В процессе эксперимента определяли энергию прорастания и лабораторную всхожесть согласно действующей методике (ГОСТ - 10968-88 и 12038-84, ГОСТ - 12041-82,). Определение силы роста методом морфофизиологической оценки проростков по М.И. Калинкевичу, Е.Е. Кристиной (1990) - ГОСТ - 20290-74. Фенологические наблюдения проводили согласно методике государственного сортоиспытания в соответствии с ГОСТ 10842-64; густоту стояния растений определяли по 2 рядка на метровых площадках в 3-х местах делянки с длиной рядка 111 см во всех повторениях опыта. Ассимиляционную поверхность листьев определяли путем промера пятидесяти закрепленных растений на каждом варианте по фазам развития растений. Фотосинтетический потенциал рассчитывали по фазам развития. Структуру урожая определяли путем отбора с каждой делянки снопов из 50 растений, учет урожая проводился поделяночно с последующим взвешиванием и пересчетом на стандартную влажность 14%, масса 1000 зерен (ГОСТ - 12042-80).Энергетическая оценка рассчитывалась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной и побочной продукции (В.М. Володин и др., 1999). Экономическая эффективность проводилась по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий СПК «Преображенское - 2001» (2003). Статистическую обработку данных исследуемых показателей проводили методом дисперсионного анализа по методике Б.А. Доспехова с использованием программы «AGROS 2.09».

Глава 3. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Климат на территории района и соответственно хозяйства резко-континетальный, отличается жарким летом, значительное количество дней с температурой выше 30⁰С и холодной снежной зимой. Зима морозная, среднее количество дней с осадками 12-15 в месяц, метелями в среднем 4-10 дней в месяц, которые сдувают снег с полей в балки и овраги. Продолжительность безморозного периода 130 - 135 дней. В год выпадает в среднем 360-380 мм осадков. Главная особенность климата - частая повторяемость засух и суховеев.

Сумма осадков за вегетационный период в целом составила в 2006 году 219,2 мм, в 2007 г. - 247,9 мм и в 2008 г. - 174, 1 мм, но они были неравномерные. В целом условия для произрастания ярового ячменя были наиболее благоприятные в 2007 - 2008 г, хотя в 2008 году осадков выпало меньше, чем в 2006 году, но они были в основные фазы развития ячменя.

Рис. 1. Карта поля

Почвы опытных участков представлена южным черноземом с тяжелосуглинистым механическим составом. Реакция среды кислая (pH=4,5-5,0). Нами установлено, что содержание гумуса в почвах пашни соответствует средней обеспеченности - 3,8 %. Обеспеченность подвижным фосфором, в основном средняя (16-30 мг/кг почвы). Содержание валовых форм свинца - 9,1 мг/кг (ПДК 30 мг/кг), содержание подвижных форм - 3,2 мг/кг (ПДК 6 мг/кг).

Из литературы известно, что своеобразные аномалии свинца образуются вдоль автомагистралей. Автотранспортные биогеохимические аномалии имеют эллипсоидную поверхность шириной 100-200 м и высотой 5-8 м с этим связано нарастание концентрации металла в почве. В связи со сказанным, нами определено, содержание подвижных форм свинца вдоль федеральной автомагистрали «Самара-Волгоград», которая пересекает поля сельхозугодий. Показано, что на расстоянии 50 м от автострады в почве содержание подвижных форм свинца 12,6 мг/кг (2 ПДК), на расстоянии 100 м - 4,8 - 6,2 мг/кг (ПДК), только при удалении от магистрали на 125 м содержание подвижной формы свинца уменьшается до 2,6 - 3,1 мг/кг. В дальнейшим зону 125 м от автомагистрали мы считали антропогенно-депрессионной.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ, ИОНАМИ Pb (П) И ИХ КОМПЛЕКСАМИ НА СИЛУ РОСТА И НА РАЗВИТИЕ ЯЧМЕНЯ

В настоящей главе приведены результаты полевых исследований за период 2006 - 2008 гг., исследуемыми показателями являлись: сила роста, полевая всхожесть, период вегетации, площадь листовой поверхности и фотосинтетический потенциал.

Сила роста - комплекс свойств семян, определяющих потенциальный уровень их активности при прорастании в полевых условиях и характеризующий их способность преодолевать сопротивление почвы. Нами изучены следующие характеристики силы роста семян:

Энергия прорастания и лабораторная всхожесть (рис. 2) в контрольном варианте составили 93,0 % и 94,0 % соответственно. Использование «чистых» БАВ привело к повышению показателей до 5,1 %. Обработка семян ячменя «чистыми» растворами ионов Pb²⁺ в высоких концентрациях (10^-3 - 10^-4 %) понизила энергию прорастания на 5,7% и 4,3 %, лабораторную всхожесть - на 4,6 - 3,7 %. Концентрация 10^-6 % ионов Pb²⁺ показала небольшое стимулирующее действие, и показатели увеличились до 2,0 % относительно контроля.

Рис. 2. Влияние БАВ (вариант 2 - 4), ионов Pb⁺² (вариант 5 - 8) и их комплексов (вариант 9 - 20) на лабораторную всхожесть ячменя (среднее за три года).

Концентрация ионов свинца 10^-5 % показала уровень контрольного варианта ? 93,0 % и 94,1 %. Комплекс ИМ + Pb²⁺ практически не убирает негативное влияние токсиканта. Комплекс СХ + Pb²⁺ нивелировал отрицательное действие ионов свинца и превысил контроль до 3,1 % и до 5,4 %. Комплекс ПСХП + Pb²⁺ нивелировал токсическое действие свинца по всем диапазоне концентраций и превышение показателей относительно контроля составили до 2,7 % и до 3,4 %.

Длина и масса проростков - при обработке «чистыми» растворами БАВ произошло увеличение длины и массы проростков относительно контроля до 9,8 % (4,5 см) и 23,7 % (4,7 г). Лучшее стимулирующее действие показал препарат СХ (рис. 3).

Рис. 3. Влияние БАВ (вариант 2 - 4), ионов Pb⁺² (вариант 5 - 8) и их комплексов (вариант 9 - 20) на массу проростков семян ячменя (среднее за три года)

Обработка семян ячменя растворами ионов свинца понизила данные показатели при концентрации 10^-3 - 10^-4 % относительно контроля на 7,3 - 4, 9 % (3,8 -3,9 см) и на 10,5 - 5,3 % (3,4 - 3,6 г). Концентрация 10^-5 % явилась пограничной и ее значения показали уровень контрольного варианта 4,10 см и 3,8 г. Тогда как 10^-6 % оказала стимулирующее действие и данные показатели превысили контроль до 7,3 % (4,4 см) и до 10,5 % (4,2 г). Использование комплексов БАВ + Pb⁺² во всех вариантах нивелировали действие ионов свинца (П) и превышение составило до 7,3 % и до 13,2 % (ИМ), до 12,2 % и до 21,1 % (ПСХП). Лучшим оказался комплекс СХ+ Pb⁺² который превысил контроль на 17,1 % (длина проростков) и на 21,1 % (масса).

В литературе показано, что наиболее вероятную схему поступления ионов свинца в растения можно выразить следующим образом (схема 1):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема 1.

Таким образом, в растение из почвенного раствора поступают ионы свинца (+2). В литературе токсическое действие этих ионов объясняют их взаимодействием с функциональными группами ферментных и мембранных белков, прежде всего с сульфгидрильными, амминными, карбоксильными по схеме:

Me²⁺ + HS - R > 2MeS - R + 2H²⁺.

Такие реакции изменяют геометрию белковых молекул, что приводит к нарушению активности антиоксидантных ферментов: супероксидисмутаз, каталаз и пероксидаз. Это отрицательно сказывается на росте и развитии растений. Вместе с тем на культуре ячменя определение антиоксидантных ферментов ранее не проводили.

Нами было изучено влияние биологически активных веществ, ионов свинца различных концентраций (10^-3 - 10^-6 %) и их комплексов на изменение активности фермента пероксидазы в проростках ячменя. Из литературы известно, что пероксидаза включает механизм наиболее ранних ответных реакций растений на стрессы. Анализ результатов показал, что предпосевная обработка семян ячменя «чистыми» селен-содержащими БАВ увеличила активность фермента пероксидазы в сравнении с контролем на 70 - 110 %, ИМ - на 10 %. Обработка семян растворами нитрата свинца только концентрацией 10^-3 % показала снижение содержания фермента пероксидазы в проростках на 25 % (2138 уд. ед. на 100 г сырого вещества), а концентрация 10^-4 % показала значение на уровне контроля. Обработка семян растворами с низкими концентрациями ионов свинца (10^-5 - 10^-6 %) повысила содержание фермента пероксидазы до 4275 - 5415 уд. ед. на 100 г сырого вещества, рост составил 50 - 90 %. Обработка семян комплексами БАВ + Pb⁺² снизила действие токсиканта во всем диапазоне концентраций и повысила содержание фермента пероксидазы до 42,0 % (ИМ), до 104 % (СХ) и до 85 % (ПСХП).

Нами показано, что исследуемые селен-содержащие БАВ нивелируют отрицательное действие ионов свинца и увеличивают устойчивость растений к неблагоприятным условиям. Следовательно, целесообразно проводить предпосевную обработку семян ячменя селен-содержащими БАВ для возделывания на загрязненных территориях.

Полевая всхожесть - в контроле полевая всхожесть составила в среднем 83 % за три года исследования. Использование БАВ «в чистом» виде способствовало повышению всхожести ячменя в период 2006 - 2008 гг. на 3 - 8 % по сравнению с контролем (ИМ - 2,8 %, ПСХП - 5,7 %, СХ - 7,8 %). Обработка семян «чистыми» растворами нитрата свинца с высокими концентрациями (10^-3 - 10^-4 %) снизила полевую всхожесть на 14,5 %, низкие концентрации раствора нитрата свинца 10^-5 % и 10^-6 % показали полевую всхожесть на уровне контроля (83,0 %) и стандарта (85,3 %). Пограничная концентрация для нитрата свинца 10^-5 %. Следовательно, в изучаемом интервале концентраций ионов свинца, чем выше концентрация ионов свинца, тем сильнее проявляется отрицательное воздействие на полевую всхожесть ячменя. При применении комплексов БАВ+Pb⁺² в исследуемом диапазоне концентраций изучаемые препараты устраняли негативное действие свинца и способствовали повышению всхожести ячменя на 2 - 7 %, по сравнению с контролем. Использование комплекса ИМ + Pb⁺² практически оказалось на уровне контроля, полевая всхожесть составила 83 - 85 %. Обработка семян комплексами ПСХП + Pb⁺² привела к повышению полевой всхожести ячменя на 3 - 6 %. Наибольшая всхожесть получена при применении комплексов СХ и ионов свинца (II) и составила 89-92 % .

Период вегетации - использование растворов БАВ в «чистом» виде для предпосевной обработки семян сократило период вегетации ячменя в среднем за три года на 5 дней. Обработка семян «чистыми» растворами ионов Pb⁺² высокой концентрации (10^-3 и 10 ^-4 %) задержали все этапы на 2 - 6 дня. При концентрации ионов свинца 10^-5 % все показатели практически не отличались от контроля, а при концентрации ионов свинца 10^-6 % уменьшилось прохождение всех этапов на 2 дня. Вегетационный период при использовании для предпосевной обработки семян комплексов БАВ + Pb²⁺ сократился на 3 - 6 дней.

Площадь листовой поверхности (ПЛ) (рис. 4.) - применение растворов БАВ для обработки семян привело к увеличению ПЛ на всех стадиях развития ячменя. Так в среднем за три года в процентном соотношении ПЛ составила: в контроле (37,5 тыс. м²/га), БАВ увеличили показатель: ИМ на 4,4 % (41,95 тыс. м²/га), ПСХП на 17,3 % (47,12 тыс. м²/га) и СХ на 25 % (50,24 тыс. м²/га) по отношению к контролю.

Рис. 4. Влияние БАВ (вариант 2 - 4), ионов свинца (вариант 5-8) и БАВ+Pb⁺² (вариант 9 - 20) на площадь листовой поверхности за период 2006 - 2008 гг.

Обработка семян растворами ионов свинца в высоких концентрациях (10^-3 % и 10^-4 %) способствовала снижению ПЛ до 9,76 - 32,55 тыс. м²/га (ПЛ уменьшилась на 26 - 19 %), концентрация ионов свинца 10^-5 % является «пограничной», ПЛ равна значению в «контрольном варианте», при концентрации 10^-6 % наблюдается повышение ПЛ до 44,2 тыс. м²/га, ПЛ возрастает на 9,9 %. Комплексам ИМ+Pb⁺² в высоких концентрациях (10^-3 и 10^-4 %) практически не удалось снять токсическое действие ионов свинца, в низких концентрациях 10^-5 % и 10^-6 % ионов свинца увеличилась ПЛ на 10,3 - 14,8 % (44,30 - 46,14 тыс. м²/га). Лучшее протекторное действие по отношению к ионам свинца показал препарат СХ, который повысил ПЛ во всем диапазоне концентраций ТМ на 7,3 - 27,1 % по отношению к контролю, ПСХП повысил ПЛ только на 4,4 - 21,7 %. Быстрое нарастание листовой поверхности у ячменя наблюдается с фазы выхода в трубку (9,75 -12,39 тыс. м²/га) и достигает максимума в фазу колошения (19,36 - 24,57), а в фазу молочно-восковой спелости (3,75 - 4,76 тыс. м²/га) она уменьшается за счет отмирания листьев нижнего яруса.

Фотосинтетический потенциал (ФП) - изученные селен-содержащие БАВ способствовали повышению ФП по сравнению с контрольным вариантом на 6 - 25 %, ФП в контроле - 523,25 - 677,51тыс•м²•дней/га. Интересно отметить, что при использовании ионов Pb⁺² в концентрации 10^-6 % наблюдалось действие ионов свинца как микроэлемента и значение ФП превышало контрольный показатель ? 15 %, а 10^-5 % концентрация являлась пограничной. Обработка семян растворами ионов свинца (II) в высоких концентрациях (10^-3 и 10^-4 %) понизила ФП за вегетацию на 10 - 34 % (347,06 - 606,72 тыс•м²•дней/га). Протекторная роль БАВ выражена в комплексах СХ+Pb⁺² (при всех концентрациях Pb⁺²) и повышение ФП составило в сравнении с контролем 7 - 22 %, у комплекса ПСХП+Pb⁺² повышение ФП на 6 - 15 %.

Глава 5. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА - СТИМУЛЯТОРЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗЕРНА И УРОЖАЙНОСТИ ЯЧМЕНЯ

Важнейшими критериями структуры урожайности является количество продуктивных стеблей, длина колоса, число зерен в колосе, масса 1000 семян и как итог урожайность и качество зерна ячменя.

Количество продуктивных стеблей (ПС) - в контроле составило 292,6 шт/м² (табл.3). Использование «чистых» растворов БАВ способствовало увеличению количества ПС до 327,6 шт/м², рост относительно контроля составил 12% (ИМ), до 354,0 шт/м² (на 20%, ПСХП) и до 366,5 шт/м² (на 25%, СХ). Обработка семян ячменя растворами нитрата свинца (П) высоких концентраций (10^-3 - 10^-4 %) отрицательно повлияла на образование ПС и их количество снизилось до 227,0 - 249,6 шт/м² (снижение составило 22,4 - 14,7 %), низкие концентрации (10^-6 % ) оказали небольшое стимулирующее действие и количество ПС составило 336,0 шт/м² , что превысило контроль на 14,8 %, концентрация 10^-5 % практически никакого влияния не оказала и количество ПС оказалось чуть выше контроля - 292,7 шт/м². Применение комплексов БАВ + Pb⁺² для обработки семян устранило негативное влияние токсиканта и способствовало увеличению количества ПС до 340,0 шт/м², рост до 16,0 % (ИМ), до 369,6 шт/м², рост до 26,0 % (СХ), 358,3 шт/м², рост до 23,0% (ПСХП).

Длина колоса (ДК) - в контрольном варианте ДК составила 6,5 см, а при использовании БАВ этот показатель увеличился и составил: ИМ - 6,7 см, ПСХП - 6,8 см, СХ - 7,1 см (табл. 3). Использование растворов ионов Pb⁺² для обработки семян в высоких концентрациях (10^-3 - 10^-4 %) снизило показатель на 10,0 - 7,6 %, ДК составила 5,85 - 6,0 см, в низких концентрациях (10^-6 %) произошло повышение ДК до 6,92 см (на 6,4 %).

Таблица 3 -Влияние БАВ, ионов свинца (П) и их комплексов на элементы продуктивности ячменя (среднее за три года)

Все изучаемые комплексы БАВ +Pb⁺² в разной степени повлияли на ДК, она составила 6,68 - 7,34см. Наилучший эффект достигнут при использовании препарата СХ. В данном сочетании наблюдается наибольшее снижение негативного действия всех изучаемых концентраций свинца (П), и ДК превысила контроль на 5 - 12,5 % (6,80 - 7,34 см).

Проанализировав данные по массе и числу зерен с колоса, мы пришли к выводу, что «чистые» растворы БАВ, используемые для предпосевной обработки семян ярового ячменя увеличили данные показатели относительно контроля на 4,9 - 10,3 % и 2,4 - 5,8 % соответственно (табл. 3). В контроле масса и число зерен с колоса составили 0,523 г и 12,1 см. Обработка семян «чистыми» растворами ТМ в высоких концентрациях (10^-3 и 10^-4 %) снизила показатели на 16,4 - 7,2 % и 18,7 - 5,2 % . Низкие концентрации растворов ТМ привели к тому, что масса и число зерен в колосе остались на уровне контроля (10^-5 %) или увеличились до 5,7 % и 5,2 % (10^-6 %). Следовательно, можно предположить, что пограничной концентрацией для свинца является концентрация раствора 10^-5 %. ИМ токсическое действие свинца нивелирует незначительно, и это приводит к тому, что масса и число зерен в колосе увеличились относительно контрольного варианта до 7,1 % и до 11,6 %. Селен-содержащие БАВ снимают токсическое действие ТМ одинаково хорошо. Данные показатели увеличились относительно контроля до 15,6 % и до 16,7 %.

Сравнивая полученные результаты за три года (2006 - 2008 гг.) исследования, можно сделать следующие выводы об изменении массы 1000 зерен. В контроле она составила 41,83 г (табл. 3). При использовании для предпосевной обработки «чистых» растворов БАВ данный показатель составил 43,92 г (ИМ), 46,35 г (ПСХП), 47,14 г (СХ), рост относительно контроля составил 5,0 - 13,0 %. Снижение данного показателя при использовании растворов ионов Pb⁺² концентраций (10^-3 - 10^-4 %) составило 15,7 - 7,7 % (35,26 - 38,62 г). При использовании ионов Pb⁺² только в концентрации 10^-6 % рост составил 8,4 %, и данный показатель равен 45,30 г. ИМ во всем диапазоне концентраций снял негативное действие ионов свинца и способствовал повышению массы 1000 зерен до 43,80 - 46,22 г (на 4,7 - 10,5 %). СХ убрал негативное действие токсиканта и повысил во всем диапазоне данный показатель до 45,89 - 48,65 г (на 9,7 - 16,3 %). ПСХП также способствовал увеличению массы 1000 зерен во всем диапазоне концентраций до значений 44,42 - 47,43 г (на 6,2 - 13,4 %). Полученные результаты свидетельствуют о том, что при предпосевной обработке семян ячменя растворами селен-содержащих БАВ возможно увеличение одного из важнейших показателей продуктивности, а именно массы 1000 зерен на загрязненных территориях в среднем до 15,0 %.

Урожайность ячменя в контроле в среднем за три года составила 1,17 т/га (табл. 4). При использовании «чистых» растворов БАВ для предпосевной обработки урожайность ячменя увеличилась с 1,28 т/га (ИМ), до 1,35 т/га (ПСХП) и до 1,41 т/га (СХ), рост относительно контроля составил 9,4 % (прибавка 0,11 т/га), 15,4 % (прибавка 0,18 т/га), 20,5 % рост на 0,24 т/га) соответственно.

Таблица 4 - Влияние БАВ, ионов свинца (П) и их комплексов на урожайность ячменя

Применение «чистых» растворов ионов свинца неоднозначно повлияло на урожайность ячменя, снижение данного показателя при использовании растворов ионов Pb⁺² концентраций (10^-3 - 10^-4 %) составило 24,8 - 11,5 % (0,88 - 1,04 т/га). На уровне «контроля» урожайность ячменя составила (1,18 т/га) при использовании растворов ионов Pb⁺² концентрацией 10^-5 %. При использовании комплексов БАВ + Pb⁺² наблюдается протекторная роль БАВ практически во всем диапазоне концентраций ионов свинца: ИМ + Pb⁺² - прибавка урожая составила 0,09 - 0,16 т/га (рост на 7,7 - 13,7 %), ПСХП+ Pb⁺² - прибавка урожая составила 0,12 - 0,22 т/га (рост на 10,3 - 18,8 %). Комплекс СХ+Pb⁺²показывает наивысший результат, приводящий к прибавке урожайности ячменя до 0,14 - 0,28 т/га, что в процентном соотношении к контрольному варианту составляет 12,0 - 24,0 %.

В своем исследовании мы проследили влияния предпосевной обработки семян ячменя растворами БАВ, ионов свинца и их комплексов на основной показатель качества - содержание белка в зерне (рис.5). Анализ полученных результатов показал, что в контроле содержание общего белка находилось на уровне 10,7 %. Использование ИМ привело к увеличению содержания общего белка относительно контроля на 4,7 % (11,2 %).

Рис. 5. Влияние БАВ на содержание белка в зерне ячменя

Применение растворов Se-содержащих БАВ в «чистом» виде еще более повысило содержание белка до 12,2 - 13,1 %, рост относительно контроля на 14,0 - 22,4 %. Лучший результат показывает препарат СХ (рис. 5). Применение «чистых» растворов ионов свинца (II) в (10^-3 - 10^-4 %) концентрациях привело к снижению содержания белка до 7,6 - 8,8 % (снижение на 28,9 - 17,8 % относительно контроля), низкие концентрации (10^-5 %) показали значение контроля - 10,8 %, концентрация свинца 10^-6 % показала стимулирующее действие на 6,6 % (11,4 %). ИМ + Pb⁺² практически не снимает токсическое действие высокой концентрации ионов свинца. В диапазоне концентраций ионов свинца 10^-4 ? 10^-6 % данный показатель составил 11,5 - 11,9 % (превысил контроль на 3,7-8,8 %). Обработка семян комплексами СХ + Pb⁺² во всем диапазоне концентраций токсиканта способствует увеличению содержания общего белка до 11,8 - 13,2 % (превышение относительно контроля на 10,3 - 23,4 %) (рис.6).

Рис. 6. Влияние комплекса СХ+Pb⁺² на содержание белка в зерне ячменя относительно контроля.

Обработка комплексами ПСХП + Pb⁺² в варьируемом интервале концентраций ионов свинца убирает его негативное влияние и увеличивает содержание белка до 11,4 - 12,8 % (превышение на 6,6 - 19,6 % относительно контроля).

Выше показано (глава 3), что на удалении до 100 м от автомагистрали в почве содержатся ионы свинца в интервале 2 - 1 ПДК. Только на расстоянии 125 м содержание свинца в почве выходит на уровень долей ПДК. Поэтому для доказательства экологической безопасности возделывания ячменя с использованием предпосевной обработки селен-содержащими БАВ, нами определено содержание подвижных форм свинца в почве, зерне ячменя и побочной продукции в виде соломы на разном удалении от автомагистрали (табл. 5).

Таблица 5 - Влияние предпосевной обработки ячменя на уровень загрязнения пахотного слоя почвы ионами свинца (II) и его накопление в культуре, мг/кг (среднее за три года)

Как следует из таблицы, при обработке семян ячменя водой (контроль) содержание свинца в зерне и соломе на расстоянии 50 и 100 м превышает значение ПДК. Предпосевная обработка селен-содержащими БАВ существенно снижает негативное действие ионов свинца (II) и приводит к получению экологически чистой продукции - содержание свинца в зерне и соломе составляет только доли ПДК.

Следовательно, зерно ячменя можно использовать как продовольственное сырье, солому - для кормления сельскохозяйственных животных.

Таким образом, селен-содержащие БАВ в результате предпосевной обработки оказывают протекторную роль по отношению к ионам свинца и способствуют повышению урожайности и улучшению качества зерна ячменя, получению экологически чистой зерновой продукции.

Глава 6. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ БАВ, ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЯЧМЕНЯ

Расчет биоэнергетической и экономической эффективности применения предпосевной обработки ячменя растворами БАВ, ионами свинца и их комплексами приведен в таблицах 6 и 7 соответственно.

Таблица 6 - Биоэнергетическая эффективность предпосевной обработки семян ярового ячменя растворами БАВ, ионами свинца (II) и их комплексами (среднее за 3 года)

Анализ полученных данных (табл. 6) показал, что применение селен-содержащих БАВ для предпосевной обработки способствует повышению энергии накопленной с урожаем до 28,565 ГДж/га, коэффициента энергетической эффективности до 2,01 и снижению энергетической себестоимости до 9,82 ГДж/т зерна при одинаковых энергетических затратах.

Таблица 7 - Экономическая эффективность предпосевной обработки семян ячменя растворами БАВ, нитрата свинца и их комплексами (среднее за 3 года)

Анализ результатов (табл. 7) по...