Оптимизация продукционного процесса сортов сои северного экотипа в условиях центрального нечерноземья (стр. 1 )

На правах рукописи

ПОПОВА Наталья Павловна

оптимизация продукционного процесса

сортов сои северного экотипа в условиях центрального нечерноземья

Специальность 06.01.09 – растениеводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Тверь 2009

Работа выполнена на кафедре

технологии производства продукции растениеводства ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени »

Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Ведущая организация – ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сои»

Защита состоится «17» декабря 2009 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.220.063.01 при ФГОУ ВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО ТГСХА) г. Тверь, пос. Сахарово., .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ТГСХА.

Автореферат разослан «17» ноября 2009 г.

помещен на сайте ТГСХА «www. *****» «17» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Острый дефицит белка, составляющий в 117 млн. т в год (в России – 600 тыс. т) обуславливает ценность сои, занимающей в мире четвертое место после кукурузы, пшеницы и риса и первое среди зерновых бобовых культур. В настоящее время мировые посевные площади под этой культурой превышают 90 млн. га, а валовый сбор зерна составляет 200 млн. т в год. Благодаря высокому уровню рентабельности возделывания, возрастающему спросу на высокобелковое и маличное сырье, расширение направлений использования (кормовое, пищевое, медицинское, техническое, агротехническое), темпы мирового производства сои неуклонно растут. В Российской Федерации разработана программа по стимулированию соеводства, предусматривающая увеличение производства зерна до 2,7 млн. т. в год за счет расширение посевных площадей до 3,0 млн. га, выведения новых перспективных сортов (в том числе северного экотипа), внедрения в производство интенсивных и высоких технологий возделывания. В основе любой технологии лежит выбор оптимальных сроков, способов и норм высева с учетом региона выращивания культуры, биологии вида и особенностей сорта. Создание в последние два десятилетия уникальных по скороспелости сортов сои северного экотипа позволило существенно расширить ареал распространения и возделывания сои в европейской части России. В этой связи изучение возможности выращивания этой высокоценной культуры, сроков посева и плотности ценоза, а так же изучение азотфиксирующей способности сои в новых районах соесеяния является важной и актуальной задачей растениеводства.

Цель и задачи исследований.

Целью исследований явилось изучение особенностей формирования урожая и качества семян у новых сортов сои северного экотипа в условиях Центрального района Нечерноземной зоны Российской Федерации в зависимости от сроков, плотности стеблестоя и способов посева при симбиотрофном и автотрофном типах питании азотом.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

-изучить влияние метеорологических условий, сроков, способов посева, плотности стеблестоя и инокуляции семян на семенную продуктивностьразных сортов сои и их скороспелость;

-исследовать биологические аспекты формирования продуктивности сои, в том числе симбиотическую и фотосинтетическую деятельность посевов разных сортов, динамику накопления зеленой массы, сухого вещества, формирования бобов и семян в зависимости от метеорологических условий и изучаемых приёмов;

-определить качество семян, белковую и масличную продуктивность сои разных сортов и форм в зависимости от условий вегетации, плотности стеблестоя и способа посева;

-выявить аминокислотный состав белка, жирнокислотный состав жира семян разных сортов сои северного экотипа в зависимости от изучаемых факторов и в сравнении с сортами южного экотипа;

-дать экономическую оценку возделывания разных сортов сои северного экотипа.

Научная новизна заключается в обосновании системы управления продуктивностью и качеством семян сои северного экотипа при интродукции культуры в новые регионы, путем оптимизации сочетания инокуляции семян, сроков, способов посева, сортовых особенностей новых, скороспелых сортов культуры с учетом почвенно-климатических и погодных условий выращивания.

Впервые проведен подробный биохимический анализ семян: определен аминокислотный состав белка, содержание жирных кислот в зависимости от сорта, метеоусловий и в сравнении с сортами южного экотипа.

Установлено, что даже небольшое (200…400 км) смещение региона возделывания сои с севера на юг существенно влияет на скороспелость, урожайность и качество урожая.

Доказана высокая эффективность инокуляции семян вирулентным активным штаммом клубеньковых бактерий для увеличения продуктивности посева и улучшения качества урожая.

Установлено преимущество сортов сои северного экотипа по биохимическому составу, в том числе по аминокислотному и жирнокислотному, по сравнению с сортами южного экотипа.

Практическая значимость заключается в том, что доказана высокая экономическая эффективность возделывания сортов сои северного экотипа в Центальном Нечерноземье. Использование данных рекомендаций позволяет получить при плотности стеблестоя 500 тыс. раст./га среднюю по сортам урожайность семян 2,5 т/га при сборе белка с урожаем семян до 800 кг/га, жира – до 400 кг/га и при рентабельности 240 %.

Доказано преимущества ранних (календарных) сроков посева (с 1 по 15 мая), позволяющих максимально использовать беззаморозковый период вегетации. Показано, что выбор способа посева определяется технологией выращивания.

Даны рекомендации по инокуляции и оптимизации норм посева семян в зависимости от сорта сои и расчетной плотности стеблестоя. Инокуляции семян сортов сои северного экотипа, повышала урожайность на 20…30 %, содержание белка в семенах – на 1 %, сбор белка с 1 га на 25…30 %.

Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты исследований доложены на Международных научно-практических конференциях, посвященных 75-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Актуальные проблемы агроинженерной науки», (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, январь, 2005); Международной научной сессии «Агроинновации в АПК» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2006); на Международной научной конференции «Основи формування продуктивностi сiльскогосподарських культур за iнтенсссивних технологiй вирощування» (Умань, Уманський ДАУ, 2008); .на Международной научно-практической конференции «Инновации в образовании и науке» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2009); на Международной конференции «Информационные технологии в эксплуатации МТП АПК» (Санкт-Петербург – Пушкин, ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский ГАУ», январь, 2009).

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 11 печатных работах (статьях), в том числе в учебнике «Технология производства, хранения и переработки продукции растениеводства» для вузов (с грифом МСХ РФ), двух научных изданиях перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 182 стр. машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы (270 источников, в том числе 108 зарубежных авторов), включает 40 таблиц, 15 рисунков, 30 приложений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование ранних сроков посева сои сортов северного экотипа в условиях Центрального Нечерноземья;

- приемы выращивания, повышающие скороспелость;

- эффективность инокуляции семян сои в новых районах соесеяния;

- разная реакция изучаемых сортов на инокуляцию;

- зависимость урожайности, качества урожая, белковой и масличной продуктивности от сроков, способов, плотности стеблестоя, метеоусловий и особенностей сорта;

- высокая экономическая эффективность возделывания сои сортов северного экотипа в Центральном Нечерноземье.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Кобозевой Тамаре Петровне, сотрудникам кафедры растениеводства ФГОУ ВПО «РГАУ – МСХА имени » и за методическую помощь при проведении исследований и написании диссертации, руководству ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сои» за помощь при проведении биохимических анализов семян, сотрудникам кафедры технологии производства продукции растениеводства ФГОУ ВПО МГАУ за поддержку при подготовке работы к защите.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2. Условия, объекты и методика проведения исследований

Задачи исследований решались постановкой полевых опытов в 2002…2007 годах на опытном поле лаборатории растениеводства ФГОУ ВПО «Московский государственный аграрный университет имени » (РГАУ – МСХА имени ).

Почвы опытного участка дерново-подзолистые, среднесуглинистые. Содержание гумуса в пахотном слое от 2,4 до 2,5 % (по Тюрину и Кононовой), подвижного фосфора – 163…173 мг/кг почвы (по Кирсанову), обменного калия – 81 до 130 мг/кг почвы (по Масловой и Чернышовой), легкогидролизированного азота – 66…67 мг/кг почвы (по Тюрину и Кононовой). рНKCl 6,2…6,8.

Годы эксперимента существенно различались по метеорологическим показателям как между собой, так и от значений многолетних данных.

Рассчитанный ГТК (по ) для Нечернозёмной зоны показал, что 2002 и 2007 годы характеризуются как засушливые, 2003 – год достаточного увлажнения, в 2004 – наблюдалось переувлажнение, 2005 и 2006 были близкими к среднему.

Влажность почвы в 2002 и 2007 году находилась на границе или опускалась ниже влажности разрыва капилляров на протяжении всей вегетации и составляла от 59 до 33 % ППВ. В остальные годы исследований (2003, 2004, 2005, 2006) растения находились в относительно благоприятных условиях, так как связь между температурой и количеством влаги в почве была наиболее приближена к требованиям культуры.

Объектами изучения были 3 сорта сои (Магева, Окская и Светлая) северного экотипа, селекции ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА им. и ГНУ «Рязанский НИИПТИ АПК».

Это высокотехнологичные сорта сои северного экотипа зернового направления с потенциальной урожайностью 2,5…3,5 т/га, содержанием белка в семенах до 42 %, жира – до 21 %, обладающие повышенной симбиотичностью, адаптированные к длинному дню, созревающие за 90…120 дней на широте Москвы при сумме активных температур не более 1700…2200 оС.

Для решения поставленных задач были применены следующие схемы опытов.

Опыт 1: «Сравнительная продуктивность сортов сои северного экотипа при симбиотрофном и автотрофном типах питания в зависимости от сроков посева» (2002…2003 гг.).

Фактор А – сорта: Магева, Светля, Окская. Фактор В – сроки посева: I, II и III декады мая. Фактор С – без инокуляции семян и с инокуляцией семян активным штаммом ризобий 634 б.

Опыт 2: «Особенности продукционного процесса у сои северного экотипа в зависимости от плотности ценоза» (2004…2007 гг.).

Фактор А – сорта: Светлая, Магева. Фактор В – способы посева: рядовой (с междурядьем 15 см) и широкорядный (с междурядьем 45 см). Фактор С – плотность стеблестоя: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 тыс. раст. на 1 га.

Опыты закладывались в 4-х кратной повторности, размещение вариантов рендомизированное, учётная площадь делянки 25 м2.

Опытные участки размещали в девятипольном севообороте, предшествующей культурой являлась кормовая свекла.

Агротехника в опыте общепринятая для Нечернозёмной зоны: зяблевая вспашка с оборотом пласта на глубину 20…22 см (ДТ-75, ПЛН-4-35), весеннее боронование (МТЗ-83+СП-11+БЗСС-1,0). Предпосевную культивацию проводили на глубину 8 см (МТЗ-83+КПС-4А). Поскольку кормовая свекла выращивалась на высоком агрофоне, а почвы характеризовались высокой и средней обеспеченностью элементами питания, удобрения в опыте не применялись. Инокуляция проводилась в день посева, активным штаммом ризобий 634 б, в качестве прилипателя использовалась молочная сыворотка. Посев, прополка, уборка и обмолот проводились вручную. Стимуляторы роста, гербициды и десиканты не применялись. После всходов производилось искусственное формирование заданной плотности стеблестоя путём прореживания.

Полевые опыты и анализ результатов исследований проведён по методикам кафедры земледелия и растениеводства ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА имени (Посыпанов, 1983 Доспехов, 1985).

Фенологические наблюдения проводили по методике (1991).

Подсчет густоты стояния растений проводили в фазу полных всходов и перед уборкой на фиксированных площадках. Для биометрического анализа посевов по фазам развития отбирали пробы по 10 растений с каждой повторности – по 40 растений с варианта.

При изучении симбиотической деятельности посевов отмечали дату появления клубеньков, динамику количества и массы клубеньков в онтогенезе, в том числе активных, продолжительность общего и активного симбиоза.

Активный симбиотический потенциал и удельную активность симбиоза рассчитывали по формуле (1991).

Количество фиксированного азота воздуха за вегетацию определяли по методу и (1991). Площадь листьев определяли по фазам развития методом высечек. Фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза посевов за вегетацию рассчитывали по формуле Кидда, Веста и Бригса ( и др. 1961). Отмечали накопление абсолютно сухого вещества каждым органом и посевом в целом по фазам развития. Учет урожая проводили методом поделяночной уборки с приведением к стандартной влажности.

Химический анализ семян проведён на ИК-анализаторе Nir-42.

Посевные качества семян определяли по методике Государственной семенной инспекции (1983).

Оценку экономической эффективности отдельных агротехнических приёмов возделывания сои проводили по типовым нормам.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. Биологические особенности роста и развития сортов сои северного экотипа в условиях Центрального Нечерноземья

В главе 3 диссертации приведены результаты изучения прорастания семян и формирования всходов, данные по динамике роста и накопления зелёной массы, прохождения фенологических фаз, изменчивости архитектоники растений и изреживаемости посевов в зависимости от метеорологических условий и агротехнических приёмов возделывания.

Наиболее оптимальные сроки посева в Нечерноземной зоне определяются температурой почвы на глубине посева и её влажностью. Влажность почвы более 80 % ППВ способствует нормальной всхожести даже при температуре почвы 7…8 °С. В то же время посев в тёплую (10…12 °С) почву при влажности 60 % ППВ почти удваивает период прорастания семян, ухудшает синхронизацию развития растений в посеве.

Опасность повреждения ранних посевов весенними заморозками не существенна: в отличие от других теплолюбивых зернобобовых культур (фасоль, чечевица, нут) всходы сои изучаемых сортов выдерживают кратковременные заморозки до -6 °С. За годы исследований гибели посевов от заморозков не наблюдалось, растения с повреждённой верхушечной почкой формируют продуктивные боковые побеги.

Важным аргументом в пользу ранних сроков посева можно считать, как правило, лучшую обеспеченность влагой таких посевов в период от всходов до цветения.

Влияние сроков посева на полевую всхожесть определяется погодными условиями весны. Полевая всхожесть ранних сроков посева в среднем по опыту составляла 72…85 %, лимитирующим факторов в данном случае является температура почвы. Всхожесть посевов второй и третьей декады мая целиком зависела от содержания доступной почвенной влаги и находилась в пределах от 60 до 95 %. При механизированном посеве следует ожидать более низких результатов всхожести.

Необходимость ранних посевов сои подтверждается фотопериодической реакцией растений. Ранние посевы способствуют развитию растений в условиях несколько укороченного светового дня и удлинённой ночи по сравнению с поздними сроками посева. Это обстоятельство существенно меняет скорость прохождения этапов органогенеза, в частности дифференциация и развитие генеративных органов происходит быстрее. В результате растения имеют меньшую высоту (на 20…35 % ниже растений поздних сроков посева), продолжительность периода их вегетации значительно короче, что в условиях Московской области исключает риск удлинения вегетации растений (табл. 2).

2. Продолжительность вегетации сои и сумма активных температур в зависимости от сроков посева (в среднем за 2002…2003 гг.)

Показатель	Сорт
Магева	Светлая	Окская
срок посева
I	II	III	I	II	III	I	II	III
Посев - всходы	12	16	14	11	15	14	12	15	14
Вегетативный период (всходы-начало цветения), дни	43	34	34	47	39	35	48	40	43
Генеративный период (начало цветения – полная спелость), дни	65	69	77	61	64	75	70	78	76
Посев-полная спелость	120	119	125	119	118	124	130	133	133
Сумма активных температур за вегетацию °С	1905	2105	2215	1890	1985	2205	2142	2289	2300

Однако слишком ранние посевы (третья декада апреля, при ранней весне) формируют низкорослые растения (высота Светлой − 30±3 см, Окской − 39±2 см, Магевы − 36±4 см), с меньшим числом продуктивных узлов (на 15…25 %) и низким креплением нижнего боба (высота крепления у Светлой − 7±3 см, Окская − 10±2 см, Магева − 8±3 см), что не позволяет эффективно проводить механизированную уборку.

Сокращение периода «начало цветения – полная спелость» определяется сортовыми различиями и плотностью ценоза. С увеличением плотности стеблестоя удлиняется вегетационный период, в результате сумма активных температур так же возрастает (табл. 3).

3. Продолжительность вегетации разных сортов сои и сумма активных

температур в зависимости от плотности ценоза (в среднем за 2004…2007 гг.)

(в числителе – широкорядный, в знаменателе – рядовой способ посева)

Плотность стеблестоя, тыс. раст./га	Сорт
Светлая	Магева
∑taкт °С	всходы-полная спелость, дни	∑taкт °С	всходы-полная спелость, дни
200	1900/1900	106/107	1950/1980	110/110
300	1900/1900	106/107	1950/1980	110/111
400	1977/1990	109/110	2056/2103	114/117
500	2000/2100	118/123	2077/2193	120/123
600	2113/2191	119/123	2143/2175	122/127
700	2135/2191	123/133	2169/2229	125/131
800	2165/2256	126/133	2178/2270	129/132

Плотность агроценоза, определяемая шириной междурядий, нормой высева и полевой всхожестью, оказывает глубокое физиологическое влияние. До начала цветения рост растений в высоту происходит медленно, что делает разреженные и широкорядные посевы весьма уязвимыми для сорняков. Этот период длиться примерно 30…35 дней, после чего скорость роста значительно возрастает и к началу налива семян детерминантные сорта имеют максимальную высоту стеблей. С повышением плотности стеблестоя высота растений увеличивается, при этом в ценозе с плотностью с 600…700 тыс. раст./га диаметр стебля утончается, что при неблагоприятных погодных условиях может привести к полеганию.