Научное обоснование ресурсо-энергосберегающих технологий выращивания кукурузы (Zea mays L.) в условиях степной зоны Центрального Предкавказья (стр. 1 )

На правах рукописи

Кравченко роман Викторович

УДК 633.15:631.17:

Научное обоснование ресурсо-энергосберегающих технологий выращивания кукурузы (Zea mays L.) в условиях степной зоны Центрального Предкавказья

Специальности: 06.01.05 – селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

06.01.01 – общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Москва – 2010

Диссертационная работа выполнена в ГНУ «Всероссийский НИИ кукурузы Россельхозакадемии» и в ГНУ «Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур Россельхозакадемии» в 1999 – 2009 годы

Научный консультант:	доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, профессор доктор сельскохозяйственных наук, профессор доктор сельскохозяйственных наук, ст. н.с.
Ведущая организация:	ФГОУ ВПО Краснодарский государственный аграрный университет

Защита состоится «______» ____________ 2010 года в 1000 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.019.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства овощных культур Московская область, Одинцовский район, п/о Лесной городок, п. ВНИИССОК

Тел./факс (4, (495) E-mail: *****@***ru,

[e-mail]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИССОК

Автореферат разослан «___»___________ 2010 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь

совета по защите докторских и

кандидатских диссертаций Д 220.019.01

доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из ведущих и универсальных зерновых культур в мире является кукуруза, которая при высоком продуктивном и адаптивном потенциале способна эффективно использовать почвенно-климатические факторы, хорошо отзываться прибавкой урожая на улучшение водного и пищевого режимов почвы, общего агротехнического состояния посевов. Перевод растениеводческой отрасли на оптимальный уровень продуктивности и качества предполагает решение комплекса взаимообусловленных задач, направленных на эффективную реализацию генетического потенциала культуры в условиях Центрального Предкавказья. Узловое место в этом комплексе принадлежит реализации сформулированного ещё в 1934 году (1934) экологического (адаптивного) принципа: «Зависимость сорта от среды… заставляет исследовать его в условиях определённой среды». Понимание его приводит к необходимости оптимизации элементов сортовой агротехники, обусловленных нормой реакции генотипов (сроки посева, стимуляция ростовых процессов на начальных этапах развития растений, средства химизации технологического процесса, обработка почвы и т. д.) и предполагающих обоснование допустимого уровня экстенсификации технологии, дифференциацию её в виде разнозатратных вариантов, обусловленную экономическим расслоением сельскохозяйственных товаропроизводителей. Для этого необходимо проводить подбор адаптированных сортов и гибридов, отвечающих определенным технологическим требованиям, достаточно полно использующих агроклиматические ресурсы региона посредством наличия определённой изменчивости и способности приспосабливаться к изменяющимся условиям произрастания, но, в то же время, обладающих необходимой степенью устойчивости к совокупности неблагоприятных факторов среды обитания. Только оптимальное соотноше­ние сортов и гибридов позволит в максимальной степени использовать имеющийся почвенно-климатический потенциал региона и будет способствовать дальнейшему росту продуктивности и ее стабильности.

Решению этих проблем посвящена представленная диссертационная работа, которая является обобщением многолетних исследований, выполненных автором, а также аспирантами и соискателями под его руководством.

Соответствие темы диссертации требованиям Паспорта специальностей ВАК. Работа выполнена в рамках Паспорта специальностей ВАК Министерства образования и науки РФ 06.01.05 – селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений и 06.01.01 – общее земледелие.

Цель исследований – разработать научное обоснование адаптивных ресурсо-энергосберегающих технологий возделывания кукурузы, обеспечивающих эффективную и стабильную реализацию продуктивного потенциала её гибридов с учетом материально-технических возможностей сельскохозяйственного производства и высокой окупаемости затрат в условиях степной зоны Центрального Предкавказья.

Задачи исследований:

● изучить влияние минимизации основной обработки почвы на условия роста и развития растений кукурузы (запасы продуктивной влаги, засорённость посевов и т. д.), а также на урожайность зерна;

● выявить биологические особенности роста и развития растений кукурузы, а также формирования урожая её гибридов различных групп спелости на фоне нерегулируемых (экологических) и регулируемых (антропогенных) факторов в условиях степной зоны Центрального Предкавказья;

● определить взаимосвязь условий агроклиматической зоны, сроков посева, стимуляторов роста и минеральных удобрений с продуктивностью растений гибридов кукурузы;

● определить оптимальный уровень интенсивности технологии возделывания кукурузы для разных экономических условий хозяйствования;

● дать оценку адаптивного потенциала различных по скороспелости гибридов кукурузы, изучить показатели их экологической пластичности и стабильности;

● охарактеризовать дифференцирующую способность среды нерегулируемых (экологических) и регулируемых (антропогенных) условий для целей селекции, семеноводства и товарного производства кукурузы (изыскательного и прикладного характера);

● выявить наиболее стабильные и продуктивные гибриды кукурузы для изучаемых условий;

● дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности приёмов возделывания кукурузы.

Научная новизна работы. Впервые изучены уровни отзывчивости гибридов кукурузы на регулируемые факторы среды и устойчивости к колебаниям нерегулируемых факторов, определяющих параметры энергетически эффективных гибридов, имеющих оптимальные комбинации продуктивности и стабильности в конкретных экологических и агротехнических условиях, позволяющие стабилизировать уровень урожайности зерна кукурузы по годам и оптимизировать экономические показатели в условиях степной зоны Центрального Предкавказья.

В результате оптимизации элементов сортовой агротехники определены уровни допустимой экстенсификации производства зерна кукурузы, направленной на энерго-ресурсосбережение и охрану окружающей среды.

Показана необходимость оценки параметров экологической среды (как регулируемых, так и нерегулируемых условий) и подбора фона для отбора при проведении научно-исследовательских и селекционно-семеноводческих работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

-  минимизация агротехнических приёмов при сохранении продуктивного потенциала кукурузы;

-  особенности реакции кукурузы на изменение интенсивности технологии возделывания в условиях степной зоны Центрального Предкавказья;

-  экологическая пластичность и стабильность проявления хозяйственно ценных признаков гибридов кукурузы на фоне сред, формируемых нерегулируемыми (экологическими) и регулируемыми (антропогенными) факторами в условиях степной зоны Центрального Предкавказья;

-  среда (опытов) как фон для отбора и оценки генотипов;

-  экономическая и биоэнергетическая оценка степени эффективности технологий возделывания кукурузы в условиях степной зоны Центрального Предкавказья;

Практическая значимость работы. Достоинствами предложенного подхода к агротехнологиям гибридов кукурузы явилось его гибкость, приспособленность к изменению погодных и других условий производства, дифференцированность в соответствии с целью сельскохозяйственного производства (максимальные урожай, прибыль или отдача от вложенных средств), уровнем экологической пластичности, почвенно-климатическими и другими особенностями, а также реальными экономическими и материально-техническими возможностями сельскохозяйственных производителей.

Выявлены возможность и целесообразность самых ранних сроков посева кукурузы семенами, обработанными протравителями, содержащими в своём составе регулятор роста Крезацин.

Результаты исследований внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Ставропольского края на площади более 1000 га в 2годах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены на международных, всероссийских, региональных и краевых научно-практических конференциях по технологии возделывания, селекции и семеноводству кукурузы (Москва, Краснодар, Ставрополь, Ростов-на-Дону, Пятигорск, Сочи и Улан-Удэ), на заседаниях Учёного совета Всероссийского научно-исследовательского института кукурузы, на преподавательских и студенческих научных конференциях Ставропольского государственного аграрного университета.

Основные положения диссертации опубликованы в 2 монографиях, 29 сборниках научных трудов, 7 научных и научно-производственных журналах, в том числе «Сельскохозяйственная биология» и «Аграрная наука» (по 4 статьи), «Плодородие», «Агрохимия», «Земледелие», «Защита и карантин растений», «Вестник Бурятской ГСХА» (по одной статье).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 74 работы, общим объемом 54,1 печатных листа, в том числе – 15 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура работы. Диссертационная работа изложена на 438 страницах машинописного текста, включающая, 313 страниц основного текста, и состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, библиографического списка из 469 наименований, в том числе 66 иностранных авторов. Работа содержит 20 рисунков, 187 таблиц, в том числе 99 – в приложении. Доля личного участия автора в выборе направления, постановки и проведения опытов, обработке полученных результатов и оформлении их в виде научно-квалификационной работы составляет 90 %.

В выполнении исследований принимали участие аспиранты автора и . Большое спасибо сотрудникам ВНИИ кукурузы, Ставропольского ГАУ и ВНИИССОК, содействовавшим или принимавшим участие в получении результатов исследований, изложенных в диссертации. За помощь, оказанную при подготовке и оформлении диссертации, автор выражает благодарность докторам с.-х. наук , , а также зав. аспирантурой и докторантурой . Особая глубокая признательность научному консультанту доктору с.- х. наук, академику РАСХН, профессору , моему первому учителю и наставнику доценту и доктору с.- х. наук, академику РАСХН .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, сформулированы её актуальность, цель и задачи, условия и методика проведения исследований, новизна полученных результатов, выносимые на защиту положения.

В первой главе на основании обзора литературных источников по изучаемой проблеме установлены основные приоритеты рационального решения данного вопроса, на основе которых возможна разработка современной сортовой агротехники с допустимым уровнем экстенсификации технологии, адаптированной к материально-техническим возможностям сельскохозяйственных предприятий, агроклиматическим ресурсам региона и целям товарного производства.

Развитию данного направления посвящены исследования таких ученых, как Дж. Ацци, , , , , ёва, , S. A. Eberhart, K. W. Finley, W. *****ssel, Q. C.C. Tai, Q. N. Wilkinson. Анализ результатов их работы позволил обозначить круг проблем в этом направлении и сформировать концепцию научных исследований.

Во второй главе приведены агроклиматические характеристики пунктов исследований и методика проведения опытов.

Почвенно-климатические условия Центрального Предкавказья благодаря значительному перепаду высот (от северного склона Большого Кавказа до устья реки Дон) и особому географическому положе­нию обладают значительным разнообразием. Для большей части территории характерен умеренно-континентальный климат с ярко выраженной "розой ветров" восточно-западного направления и увеличивающейся с юго-запада на северо-восток за­сушливостью. Полевые опыты проведены в трёх географических пунктах двух агроклиматических зон: ГНУ «Всероссийский НИИ кукурузы Россельхозакадемии» и ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», расположенных в зоне достаточного увлажнения (ГТК 1,1–1,3), - в засушливой зоне (ГТК 0,7-0,9). Почвенный покров опытных участков является типичным для региона и представлен обыкновенным, выщелоченным и южным чернозёмами.

Схема опытов и методика исследований. Программой исследований предусматривалось изучение засорённости посевов, запасов продуктивной влаги в почве, биометрических показателей, урожайности зерна кукурузы и элементов её структуры в трёх вариантах основной обработки почвы и на гербицидных фонах. В схеме опытов по изучению основных элементов технологии возделывания кукурузу высевали в ранние, рекомендуемые и поздние сроки посева в двух агроклиматических зонах при различных вариантах предпосевной обработки семян с использованием регулятора роста. Были изучены гуматизированные формы удобрений и варианты технологий возделывания различной интенсивности на гибридах и популяции кукурузы различных групп спелости.

Полевые опыты закладывали в трёх-четырёх-кратной повторностях в соответствии с методикой полевого опыта по (1985). Учетная площадь делянок 14; 20; 21 м2.

Фенологические наблюдения, определение полевой всхожести и учёт урожая проводили согласно «Методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур» (1985) и «Методическим рекомендациям по проведению полевых опытов с кукурузой» (1980).

Лабораторную всхожесть семян определяли согласно ГОСТ (Семена сельскохозяйственных культур: методы анализа, 2004), а силу роста ­ ­­- согласно ГОСТ 12Семена и посадочный материал сельскохозяйственных культур, 1973).

Биометрические показатели измеряли по методикам ВНИИ кукурузы (1980) и McKee (1971).

При осуществлении контроля влажности почвы руководствовались «Методикой определения влажности почвы» (1973). При расчётах запасов продуктивной влаги в почве использовали методику ВНИИ кукурузы (1980), а также специальные таблицы (1958).

Засорённость определяли количественно-весовым методом в соответствии с методикой ВНИИ кукурузы (1980), видовой состав сорняков – по методикам , и (1987), а также (1969).

Для анализа продуктивности растений использовали «Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой» (1980), процент выхода зерна из початков (%) определяли согласно ГОСТ (ГОСТ СССР. Зерновые, зернобобовые и масличные культуры. Ч.2, 1990), массу 1000 зерен при 14 % влажности - согласно ГОСТ (Зерно: методы анализа, 2004). Густоту стояния растений определяли во время полных всходов и перед уборкой (Новосёлов и др., 1983). Влажность зерна по повторностям определяли согласно ГОСТ 13586.5-93 (Зерно: методы анализа, 2004).

Статистическую обработку результатов исследований проводили методами дисперсионного и корреляционного анализов (Доспехов, 1985; Методические рекомендации …, 1980). Оценку адаптивности гибридов и популяции кукурузы по параметрам экологической пластичности и стабильности проводили по методикам регрессионного анализа K. W. Finley, Q. N. Wilkinson (1963), S. A. Eberhart, W. *****ssel (1966) и Q. C.C. Tai (1971) в интерпретации и (1984) и обработке (1989), S. P. Martynov (1990) с использованием пакета программ статистического и биометрико-генетического анализа в растениеводстве и селекции AGROS, версия 2, а также (1986), и ёвой (1997) с использованием компьютерной программы SONA.

Экономическую эффективность возделывания гибридов и популяции кукурузы на зерно и изучаемых агротехнических приёмов осуществляли согласно методическим указаниям по расчетам рентабельности производства продукции растениеводства (Кравченко, Андреев, 2006) с использованием результатов разработки типовых технологических карт в среде MS Excel 2003. Биоэнергетическую эффективность возделывания кукурузы проводили согласно методическим указаниям (1994), а также и ёвкиной (Биоэнергетическая оценка…, 2004).

3. Результаты исследований

3.1. Совершенствование технологических приёмов возделывания гибридов кукурузы

3.1.1. Энергосберегающие способы основной обработки почвы в технологии возделывания кукурузы. В условиях зоны достаточного увлажнения Северного Кавказа безотвальная обработка почвы на момент посева не обеспечивает преимущества по сравнению со вспашкой с осени (табл. 1). К фазе цветения кукурузы (середина июля) в варианте без применения гербицидов сохранению большего количества влаги (на 6 мм) способствовала минимальная обработка почвы осенью. Минимальная обработка почвы весной приводила к снижению запасов продуктивной влаги на 11 мм. Связано это с возросшей засорённостью полей, негативным образом сказавшееся на данном показателе. В то же время, на фоне применения гербицидов отмечено превосходство изучаемых способов обработки почвы над вспашкой с осени.

Таблица 1 - Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в зависимости от основной обработки почвы и применения гербицидов в посевах кукурузы гибрида Валентин, мм (ВНИИК, 2000 – 2002 годы)

Основная обработка почвы	Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм
во время посева	в фазу цветения
контроль (без гербицидов)	Харнес, Луварам	Титус+ Хармони
Отвальная вспашка осенью	218	137	130	134
Минимальная осенью	217	143	140	142
Минимальная весной	220	126	144	143

Однократное внесение баковой смеси страховых гербицидов Титуса и Хармони в фазу 4-х листьев позволило в варианте с минимальной обработкой почвы накопить на 8 мм влаги больше по сравнению с контролем, а в варианте с весенней глубокой культивацией – на 9 мм. Использование в качестве защиты от сорняков гербицидов Харнеса (до всходов) и Луварама (в фазе 4-х листьев) по минимальной обработке почвы дало возможность сохранить на 10 мм (7,2 %) больше продуктивной влаги, чем в контроле. Основная обработка почвы весной (глубокая культивация) дала еще лучшие результаты – на 14 мм (9,7 %). Таким образом, замена вспашки минимальными основными обработками почвы в зоне достаточного увлажнения в критический период развития растений кукурузы (фаза цветения) обеспечивает лучшие условия влагообеспеченности.

Минимизация обработки почвы приводит к увеличению засоренности в полтора раза за счет однодольных сорняков (табл. 2), при этом в три раза увеличивалось количество многолетних сорняков. Проведение основной обработки почвы весной приводит к резкому увеличению двудольных, в основном, многолетних сорняков (в шесть раз). Общее количество сорной растительности при этом возрастает в 1,8 раза.

Таблица 2 – Влияние основной обработки почвы и применения гербицидов на засорённость посевов кукурузы (ВНИИК, 2000 – 2002 годы)

Фак-тор	Приём технологии	Сорняки
через 3 недели после применения гербицидов	перед уборкой
однодоль-ные, %	двудоль-ные, %	много-летние, %	всего, шт./м2	масса, г/м2	однодоль-ные, %	двудоль-ные, %	многолет-ние, %	всего, шт./м2
А	Вспашка осенью	41,1	58,9	7,0	18,7	96	32,3	67,7	46,2	20,0
Минимальная осенью	50,3	49,7	21,0	30,7	141	26,0	74,0	34,4	24,0
Минимальная весной	33,5	66,5	42,2	27,2	171	27,9	72,1	40,2	22,7
В	Без гербицидов	44,6	55,4	25,8	33,6	281	36,7	63,3	28,8	32,7
Харнес, Луварам	42,1	57,9	41,4	13,7	46	24,2	75,8	53,6	12,0
Титус +Хармони	39,1	60,9	25,8	29,3	81	29,2	70,8	49,1	22,0

Использование Харнеса с Луварамом приводило к гибели 83,7 % сорняков, а Титуса с Хармони - 31,4 % от их общего количества. При этом соответственно в 6,1 и 3,5 раза отмечено снижение массы сорняков. Титус с Хармони одинаково уничтожали как однодольные, так и двудольные сорняки, а Харнес с Луварамом более эффективны против однодольных сорных растений.