ВВЕДЕНИЕ
# Актуальность работы. Республика Башкортостан является крупным
производителем товарного зерна яровой мягкой пшеницы в Российской Федерации. Валовое производство зерна пшеницы в республике в среднем составляет 1600 тысяч тонн.
Однако, в последнее десятилетие, качество зерна пшеницы имеет устойчивую тенденцию к снижению. Если в 1997 году, массовая доля сырой клейковины в среднем, у сортов ценных по качеству составляла от 32 до 36%, то в настоящее время, начиная с 1998 года, массовая доля сырой клейковины Ш' у пшениц этих сортов в среднем составляет от 18 до 22 %. Поэтому основная
масса заготовляемого зерна пшеницы относится к четвёртому и пятому товарным классам качества.
В этой ситуации недостаточно эффективно используются технологические приёмы повышения качества и, прежде всего, сроки посева. Проведённые ранее исследования в Республике Башкортостан сотрудниками Института биологии БФАН, БНИИСХ и БСХИ в 1960 - 1975 гг., позволили выявить для различных почвенно-климатических зон оптимальные сроки посева и внедрить их в производство. Однако критерием выбора степени
Щ оптимальности срока посева, в тот период, была урожайность - достижение
максимальной урожайности без учёта качества полученного зерна. К тому же оптимальные сроки посева, до сих пор применяемые на производстве, были установлены для сортов, семеноводство по которым было прекращено 20-30 лет назад. В настоящее время в республике из ценных по качеству сортов значительную долю в посевах занимают Жница и Воронежская 12, посевы которых в значительной степени сосредоточены в южной лесостепи Республики Башкортостан. Поэтому обоснование оптимальных сроков
щ посева, критерием которых является получение планируемой урожайности
зерна не ниже 3-го товарного класса, в сложившихся условиях производства приобрело большую актуальность.
Цель — обеспечение формирования урожайности зерна, не ниже третьего класса качества, в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на уровне 3,0 - 4,0 т/га при возделывании ценных по качеству сортов яровой мягкой пшеницы (Triticum aestium L.).
Задачи - изучение влияния сроков посева: 20.04; 25.04; 30.04; 05.05; 10.05; 15.05; 20.05 и 25.05 на удобренном и не удобренном фонах питания на:
1) формирования густоты стояния растений посева;
2) структуру стеблестоя и его разнокачественность;
3) фотосинтетический потенциал и засорённость посевов;
4) особенности прохождения растениями пшеницы IX, X, XI и XII этапов органогенеза;
5) урожайность зерна и его качество, разнокачественность зернового вороха;
6) выход зерна третьего класса качества после завершения послеуборочной обработки зернового вороха на зернотоке;
7) экономическую и энергетическую эффективность возделывания ценных по качеству сортов яровой мягкой пшеницы при разных сроках посева в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан.
Научная новизна. Впервые в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан выявлено, что срок посева яровой мягкой пшеницы при возделывании её на хлебопекарные цели, оказывает существенное влияние на разнокачественность стеблестоя посева, разнокачественность зернового вороха и зерна, что при целевой послеуборочной обработке позволяет ежегодно выделять поток зерна третьего класса качества по ГОСТ 9353-90 в количестве не менее 60 % от массы вороха при урожайности от 3,0 до 4,0 тонн зерна с гектара.
Практическая значимость работы. Применение оптимальных сроков посева ценных по качеству сортов яровой мягкой пшеницы, установленных с учётом получения оптимальной урожайности зерна не ниже 3-го класса качества с выходом его с каждого гектара в количестве 60 - 88% от массы зернового вороха. При возделывании ценных по качеству сортов в условиях
южной лесостепи Республики Башкортостан позволяет стабилизировать объём производства ценного по качеству зерна хлебопекарного назначения в республике и ежегодно полностью удовлетворять потребности мукомольной и хлебопекарной промышленности в таком зерне.
Исследования являются составной частью комплексной программы: «Экологически пластичные сорта сельскохозяйственных культур и технологии их возделывания, выполняемой по Отделению сельскохозяйственных наук Академии наук РБ».
Положения, выносимые на защиту:
1. Сорта яровой мягкой пшеницы ценные по качеству Жница и Воронежская 12 чувствительны к различным срокам посева, что проявляется в разнокачественности зерна, урожайности и технологических свойствах зерна.
2. Из изученных сроков посева наиболее оптимальными по урожайности и качеству зерна являются ранние (апрельские) сроки посева.
3. При целевой послеуборочной обработке зернового вороха, полученного при посеве не позже 5-7 дней после физической спелости почвы, можно выделять не менее 60 % зерна пшеницы хлебопекарного назначения 3-го класса качества от массы обрабатываемого вороха при урожайности зерна 3,0 - 4,0 тонны с 1 гектара.
4. В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан наиболее оптимальными с экологической и энергетической точек зрения являются сроки посева яровой мягкой пшеницы ценных по качеству сортов приходящиеся на период не позже 5-7 дней после наступления физической спелости почвы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: научно-практической конференции (в рамках VIII Международной специализированной выставки «ПродУрал-2002»); научно-практической конференции (к XIII международной специализированной выставке «АГРО-2003»); республиканской научно-практической
конференции молодых ученых и аспирантов (Уфа, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (к IX международной специализированной выставке «ПродУрал- 2003»)
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 114 страницах текста компьютерной верстки, иллюстрирована 4 рисунками и 27 таблицами, состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, приложений. Библиографический список включает 195 наименований, в том числе 15" на иностранном языке.
9
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ СРОКА ПОСЕВА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ
ПШЕНИЦЫ.
Урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы, это интегральные показатели предшествующих условий вегетации и особенностей роста и развития растений. При разных сроках сева растения яровой пшеницы попадают в различный гидротермический режим, что отражается на росте и развитии растений, урожайности посева и качестве зерна. Рассмотрим результаты основных исследований влияния срока посева на продуктивность растений яровой мягкой пшеницы и качество его зерна.
1.1 Основные закономерности роста и развития растений яровой мягкой пшеницы.
Основные закономерности роста и развития растений яровой и озимой пшеницы изучены А.А. Сапегиным (1940), В.Г. Заблуда (1948), Ф.М. Куперман (1972, 1974, 1980, 1982), З.П. Ростовцевой (1948), З.А. Морозовой (1963) и другими.
Наибольшее признание и практическое применение нашли работы лаборатории роста и развития растений МГУ, возглавляемой Ф.М. Куперман. В соответствии с работами сотрудников этой лаборатории, онтогенез высших растений, в том числе и яровой пшеницы, был подразделён на 12 этапов органогенеза.
Согласно Ф.М. Куперман (1974), первый этап органогенеза у пшеницы и других цветковых растений начинается с момента прорастания отделившегося от материнского организма семени. Этот этап совпадает с фазой "всходы". Характер его прохождения определяет полевую всхожесть семян и густоту стояния растений.
10
Задержка завершения первого этапа органогенеза обычно бывает обусловлена недостатком влаги и тепла, плохой аэрацией, а также воздействием на семена сильнодействующих протравливателей, высоких доз радиации и других химических и физических факторов. (Куперман Ф.М., 1967, 1982).
Средняя продолжительность периода "посев - всходы" у сорта Лютенценс 62 в разрезе природных районов составляет 10 - 15 дней с колебаниями от 6 дней до 31 дня (Гирфанов В.К., 1965).
Более устойчив этот показатель в районах Южной лесостепи и Предуральской степи, более изменчив в районах Северной, Северовосточной лесостепи, а также в районах Зауральской степи и горно-лесной зоне республики Башкортостан (Гирфанов В.К., 1965, 1970).
Второй этап органогенеза характеризуется дифференциацией основания конуса нарастания на зачаточные узлы, междоузлия стебля и зачаточные листья. Число стеблей и междоузлий побега определяется как видовыми, так и сортовыми особенностями пшеницы и почти не изменяется на последующих этапах развития при самых оптимальных условиях роста (Куперман Ф.М., 1972, 1984).
Если условия недостаточны для перехода к третьему этапу органогенеза и, в то же время, благоприятны для ростовых процессов, что обычно отмечается при недостатке тепла и обилии влаги, то идёт усиление метамерного роста: образуются дополнительные узлы зачаточного стебля, увеличивается число листьев и пазушных почек. И наоборот, при повышенной температуре и недостатке влагообеспеченности прохождение второго этапа органогенеза ускоряется. Число узлов междоузлий побега, листьев и пазушных почек резко уменьшается (Сенчак Л.К. и др., 1981).
На втором этапе органогенеза формируется габитус растения (высота, число листьев, его кустистость). В зависимости от условий прохождения этого этапа органогенеза и сортовых особенностей пшениц кустистость может сильно варьировать - от одностебельных до многостебельных
11
растений. Дж. Ацци, (1932) обратил внимание на экземпляр озимого пшеничного растения с 342 стеблями, полученными профессором А. Вивенца. При благоприятном сочетании факторов окружающей среды он не исключает возможность получения "ещё больших гигантов". У растений яровой пшеницы, при благоприятных условиях формируются, как правило, 2-3 продуктивных стебля, их число может быть и выше (Кумаков В.А., 1980).
Кущение пшеницы может протекать при температуре 2 - 4°С, но наиболее энергично при 13 - 18°С. С дальнейшим повышением температуры оно ослабевает. Яровая пшеница при температуре выше нормы кустится слабо, ввиду быстрого перехода растений из фазы кущения в фазу выхода в трубку. В естественных условиях при ранневесеннем посеве, она сильно кустится и может развивать до 5 - 7 колосоносных стеблей. (Кумаков В.А., 1980).
На энергию кущения оказывает влияние свет и продолжительность фотопериода. Некоторые авторы склонны считать свет главным условием этого процесса развития растений. При его недостатке наступает углеводное голодание, построение новых органов задерживается, подавляется регенерация узловых корней, от степени развития которых зависит интенсивность кущения. Вместе с тем с увеличением фотопериода энергия кущения падает (Сенчак Л.К. и др., 1981; Кулешов Н.Н., 1936).
Другим фактором, оказывающим большое влияние на энергию кущения являются запасы влаги в почве, особенно в том слое, где залегает, узел кущения. Засуха, иссушающая верхнюю часть пахотного горизонта, ослабляет кущение пшеницы, а затем при влажности, близкой к коэффициенту увядания, кущение прекращается (Гирфанов В.К., 1976).
На третьем этапе органогенеза происходит дифференциация главной оси зачаточного колоса и зачаточных кроющих листьев (брактей). На этом этапе образуются сегменты или зачаточные членики колоса. С задержкой развития растений на третьем этапе органогенеза и интенсификацией процессов дифференциации конуса нарастания заметно возрастает число
12
члеников зачаточного колоса, а в последствии число колосков в колосе. Часто это наблюдается у яровой пшеницы при посеве рано весной в условиях короткого дня и при температурах не выше 18 С. Ускорение развития растений на этом этапе, происходящее при высоких температурах, длинном дне, недостатке влаги и питательных веществ в почве, ведёт к уменьшению числа сегментов в конусе нарастания, а следовательно, и числа члеников в колосовом стержне и колосков в колосе (Куперман Ф.М., 1974, 1984).
Четвёртый этап органогенеза у пшеницы начинается с формирования колосковых бугорков (зачаточных колосков) и совпадает с началом выхода растений в трубку (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
Если этот этап ускоряется или проходит в неблагоприятных для роста пшеницы условиях (высокая температура, пониженная влажность почвы и воздуха, недостаток элементов питания), то число зачаточных колосков в колосе резко сокращается, часть их отмирает (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
Для четвёртого этапа органогенеза лучшие условия создаются при длинном дне с преобладанием красно-оранжевых лучей спектра и умеренной температуре (17-20°С). При определённых условиях среды на этом этапе возможно формирование ветвистого колоса пшеницы (Гирфанов В.К., 1976).
На пятом этапе органогенеза формируются цветочные бугорки, и происходит их дифференциация. Завершается этап возникновением спорогенной ткани - археспориальных клеток. Этот этап совпадает с выходом растений в трубку и началом стеблевания. Лучшие условия для развития растений на пятом этапе органогенеза складываются при температуре более высокой, чем на предшествующих этапах. Для формирования пестиков и тычинок необходима температура выше 18 - 20 °С (Куперман Ф.М., 1974).
Шестой этап органогенеза характеризуется процессами микро и макро спорогенеза. При его прохождении у пшеницы отмечается усиленный рост колосовых и цветочных чешуи, завязи (Куперман Ф.М., 1974, 1984).
13
Согласно данным многих исследователей, пятый и шестой этапы являются критическими по отношению к основным экологическим факторам: увлажнению, температуре, спектральному составу и интенсивности света и некоторым другим (Сенчак Л.К. и др. 1981).
Мнения авторов: А.И. Носатовский, В.П. Максимов, Г.В. Заблуда и другие, сходятся на том, что пшеница и другие колосовые культуры наиболее уязвимы при дефиците влаги в период между началом стеблевания и цветения, В это время, отмечает Дж. Ацци (1932), «...растения напрягает свои усилия, чтобы выработать огромное количество пластических веществ, необходимых для зарождения и развития зерновок, потребляя для этого весьма значительное количество воды». По мнению Максимова (1961), недостаток воды в этот период приводит к резкому уменьшению размеров клеток и к оттягиванию сильно испаряющими листьями питательных веществ от формирующихся органов плодоношения. К аналогичным выводам в своих экспериментальных исследованиях пришёл и профессор Г.В. Заблуда (1948), он показал, что воздействие засухи в этот период приводит к наибольшему снижению урожая. Этот вывод подтверждён и другими исследователями (Сенчак Л.К. и др. 1981).
Наиболее подробный анализ отношения пшеницы к водному режиму и другим экологическим условиям даёт А.И. Носатовский, он пришёл к заключению о наиболее неблагоприятном действии почвенной засухи в фазе выхода растений в трубку. При этом урожайность яровых пшениц может снижаться на 45 - 50 и более процентов. Недостаток влаги в почве во время роста колоса и дифференциации элементов цветка (пятый-шестой этапы органогенеза) сказывается на увеличении количества бесплодных цветков. И хотя развивающиеся колосья сохраняют обычную длину и число колосков, их урожайность снижается вследствие меньшей озернённости, в результате ухудшения фертильности пыльцы (Носатовский А.И., 1923, 1940, 1965).
На шестом этапе органогенеза, в отличие от пятого, растения нуждаются в невысокой температуре (15-16 °С). Однако при низкой
14
температуре (6°С и ниже) уменьшается фертильность пыльцы, что приводит к появлению пустоколосицы и череззёрницы (Куперман Ф.М., 1972, 1974, • 1980, 1984).
Такая температура не только обусловливает высокий процент стерильности цветков, но и задерживает выколашивание пшеницы. По данным Л.Р. Петровой, у яровой пшеницы, корневая система которой находилась при температуре 8 - 10 °С, дифференциация зачаточного колоса началась на 12 дней позже, чем у растений, корни которых развивались при температуре 15-20 ° С (Петрова Л.Р., 1978).
Исследователи отмечают, что в период дифференциации генеративных • органов велика роль не только в продолжительности и интенсивности
освещения, но и спектрального состава света. Сорта пшеницы, относящиеся к разным морфофизиологическим типам, реагируют на это специфично. Как свидетельствуют данные И. А. Шульгина, скороспелый сорт северной селекции Гарнет с увеличением длины дня ускорял своё развитие, причём на красном свете (дополнительном к естественному освещению) больше, чем на синем. Южный сорт Пуза (из Индии) с удлинением фотопериода тоже развивался быстрее, но его развитие мало зависело от спектрального состава света (Шульгин И.А., 1973).
# В опытах Ф.М. Куперман (1982), М.Г. Мординовой (1978), Т.Б.
Батыгиной (1976) эффект действия спектрального состава света в наибольшей степени проявлялся на пятом - шестом этапах органогенеза.
С переходом к седьмому этапу органогенеза развиваются мужской и женский гаметофиты. С окончанием этого этапа завершается формирование органов плодоношения (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
На седьмом этапе органогенеза, при облачной погоде и высокой влажности воздуха формируется длинный и рыхлый колос (Куперман Ф.М., ш 1972, 1974, 1980, 1984).
На восьмом этапе органогенеза завершается процесс гаметогенеза и формирования всех органов колоса и цветков в колосках. Этот этап
15
совпадает с фазой колошения пшеницы (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
Вслед за колошением, а иногда и в ходе его, наступает процесс цветения - девятый этап органогенеза, в течение которого происходит оплодотворение и образование зиготы (Носатовский А.И., 1923, 1940, 1965).
Продолжительность девятого этапа органогенеза в значительной степени определяется скоростью оплодотворения, зависит от условий внешней среды. Обычно температура 20 - 25 °С и относительная влажность воздуха 40 - 50 % ускоряет процессы оплодотворения и прохождения этого этапа, а слишком высокая (30 - 40 С) и слишком низкая (5-10 °С) температура, так же, как и крайние значения относительной влажности воздуха, замедляют эти процессы (Куперман Ф.М., 1984).
Наблюдения А.И. Носатовского (1923) показали, что процесс цветения пшеницы протекает нормально и тогда, когда температура в ночные часы падает до 11°С, а в дневные - повышается до 25 - 31°С (Носатовский А.И., 1923, 1940, 1965).
При высокой температуре, низкой относительной влажности воздуха и недостатке влаги в почве может прекратиться развитие андроцея или гинецея, что ведёт к частичной череззёрнице (Носатовский А.И., 1923, 1940, 1965).
С десятого этапа органогенеза начинается рост и формирование зерновки, на одиннадцатом - происходит накопление питательных веществ, а на заключительном - двенадцатом этапе - превращение питательных веществ в запасные. Если на десятом этапе органогенеза формируются размеры зерновки, то на одиннадцатом и двенадцатом - её масса (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
В соответствии с классификацией онтогенеза растений по Ф.М. Куперман (1982), образование зиготы у пшеницы происходит на девятом этапе органогенеза, рост и развитие зерновки - на десятом, накопление и превращение питательных веществ - на одиннадцатом и двенадцатом этапах.
16
Таким образом, на указанных X, XI, XII этапах органогенеза формируется качественно новый организм, требующий специфических условий, и в зависимости от того, насколько конкретно сложившиеся условия внешней среды отвечают биологическим особенностям развивающегося семени, определяются его количественные и качественные параметры (Куперман Ф.М., 1972, 1974, 1980, 1984).
Рассмотрим несколько подробнее закономерности
органообразовательных процессов на завершающих этапах органогенеза.
Девятый этап органогенеза является исходным для образования нового дочернего организма на материнском растении. В результате двойного оплодотворения, на этом этапе возникают зародыш и эндосперм, различимые между собой не только морфологически, но и функционально (Куперман Ф.М., 1982).
В зародыше аккумулируются все признаки будущего растения. Весь период формирования зародыша Ф.Л. Калинин (1967) делит на три фазы. Первая из них - фаза количественного накопления — продолжается примерно до пятого дня жизни зародыша и характеризуется интенсивным клеточным делением, без какой либо дифференциации его органов. Вторая фаза (большого роста и формообразования) продолжается до 15 - 17-го дня формирования зародыша, который приобретает сложное строение: появляется точка роста, формируются щиток, колеоптиле, первая пара листочков и корешок. На третьей фазе (вторичных морфологических изменений) происходит дальнейшая дифференциация органов зародыша и заканчивается его формирование (Куперман Ф.М., 1982).
На скорость развития зародыша влияют экологические факторы. По наблюдениям З.В. Абрамовой, (1987) начало дифференциации зародыша у сорта Одесская 3 в условиях Одессы было отмечено на пятый день после опыления, а в условиях Ленинграда - на двенадцатый. Среднесуточная температура в указанных пунктах в это время составило соответственно 19,5 и 14,7 °С (Куперман Ф.М., 1984).
17
Эндосперм семени очень чувствителен к экологическим воздействиям, особенно на первых фазах формирования. Как правило, высокая температура ускоряет, а пониженная — замедляет его развитие. На севере и в увлажнённые годы процесс формирования эндосперма растянут, а в сухие и жаркие годы, наоборот, очень сжат. Однако количественные и качественные характеристики этого процесса в литературе не приводятся. Это, не позволяет сделать какие либо выводы о том, как продолжительность формирования эндосперма отражается на качестве зерна (Воронцова В.П., 1987).
Качество семян в некоторой степени зависит от характера метаболической активности, протекающей в них во время формирования. Наибольшей активностью обладают растущие завязи пшеницы, находящиеся на одиннадцатом этапе органогенеза материнского растения. В этот период, совпадающий с фазой молочной спелости, в зерновку усиленно поступают минеральные и органические вещества. Растворимые углеводы и азотистые вещества из листьев и стеблей передвигаются в зерно. Нерастворимые углеводы и белки под влиянием ферментов переходят в растворимые и так же передвигаются в зерно, где под действием ферментов снова переводятся в нерастворимые соединения (Модилевский Я.С., 1958; Морозова З.А., 1964).
В результате поступления минеральных и органических веществ и химических превращений одних соединений в другие в зерне пшеницы накапливаются главным образом углеводы и белковые вещества. Однако соотношение белков и углеводов в значительной мере зависит от условий формирования и созревания зерна: температуры, влажности почвы и воздуха, элементов минерального питания, продолжительности и интенсивности освещения и др. На соотношение белков и углеводов в зерне оказывают существенное влияние так же приёмы агротехники и, прежде всего дозы, соотношения и сроки внесения удобрений (Козьмина Н.П., 1959).
От экологических факторов зависит и накопление зольных элементов в семенах пшеницы. Как отмечает А.И. Носатовский, во влажные годы |
