Цель исследований - изучить особенности формирования площади листьев различных сортов нута в зависимости от минеральных удобрений, а также чистую продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал, обеспечивающие повышение продуктивности и улучшение качественных показателей получаемой продукции.
Впервые в условиях лесостепной зоны РСО-Алания изучена фотосинтетическая деятельность различных сортов нута; впервые изучены биологические особенности роста и развития культуры; проведено комплексное исследование показателей плодородия почвы и продуктивности под действием изучаемых факторов; определены количество фиксированного азота воздуха и доля участия его в урожае.
Экспериментальные исследования были проведены на опытных полях Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного сельского хозяйства в 2012-2014 гг. Закладку опытов, фенологические наблюдения, статистическую обработку полученных данных проводили общепринятыми методиками. Опыты закладывались в четырехкратной повторности. Размещение делянок - рендомизированное, с общей площадью от 15 до 24 м2, учетной - от 9 до 12 м2. Объектами исследований были сорта Приво 1, Волгоградский 10, Краснокутский 123 на 4 фонах удобренности:
1) контроль (без удобрений);
2) Р45К45;
3) Р90К45;
4) Р135К45.
Основными показателями фотосинтетической деятельности растений, определяющими урожайность, являются величина площади листьев и динамичность ее формирования. Листва - это главнейший аппарат взаимодействия растительного ценоза с внешней средой, при помощи которого происходят улавливание энергии солнечной радиации, усвоение углекислого газа, углеродное питание, а также транспирация.
Недостаточно быстрый рост площади листьев и незначительные ее размеры наиболее часто являются фактором, ограничивающим урожайность растений. Приемы агротехники, приводящие к улучшению развития площади листьев, являются фактором, способствующим получению высоких урожаев.
Наши исследования показали, что применение минеральных удобрений благоприятно сказывалось на процессе формирования листовой поверхности. Так, в среднем за 2012-2014 гг. на контроле (сорт Приво 1) площадь листьев (среднее значение за вегетацию) составила 14,1 тыс. м2/га, а по фонам Р45К45, Р90К45, Р135К45 соответственно: 17,1; 19,9 и 23,2 тыс. м2/га (табл. 1). По другим сортам наблюдалась аналогичная закономерность.
Таблица 1
Динамика формирования площади листьев в посевах различных сортов нута в зависимости от минеральных удобрений в среднем за 2013-2014 гг. (лесостепная зона РСО-Алания)
|
Вариант |
Площадь листьев, тыс. м2/га |
|||||
|
фаза бутонизации |
фаза цветения |
фаза образования бобов |
фаза налива зерна |
фаза созревания |
среднее значение за вегетацию |
|
|
Приво 1 |
||||||
|
1.Контроль (без удобрений) |
7,1 |
15,9 |
22,9 |
16,5 |
8,0 |
14,1 |
|
2. Р45К45 |
10,2 |
20,6 |
25,3 |
18,9 |
10,4 |
17,1 |
|
3. Р90К45 |
13,6 |
24,2 |
27,9 |
21,4 |
12,3 |
19,9 |
|
4. Р135К45 |
16,1 |
27,4 |
31,3 |
25,6 |
15,7 |
23,2 |
|
Краснокутский 123 |
||||||
|
1.Контроль (без удобрений) |
6,5 |
13,8 |
21,4 |
15,2 |
7,1 |
12,8 |
|
2. Р45К45 |
9,1 |
18,3 |
23,1 |
15,1 |
6,5 |
14,4 |
|
3. Р90К45 |
12,1 |
22,7 |
25,3 |
23,4 |
9,9 |
18,7 |
|
4. Р135К45 |
15,2 |
25,3 |
30,6 |
24,1 |
13,6 |
21,8 |
|
Волгоградский 10 |
||||||
|
1.Контроль (без удобрений) |
4,8 |
11,1 |
20,6 |
14,1 |
6,3 |
11,4 |
|
2. Р45К45 |
8,3 |
16,1 |
20,1 |
13,2 |
5,5 |
12,6 |
|
3. Р90К45 |
10,6 |
20,0 |
23,1 |
20,4 |
9,3 |
16,7 |
|
4. Р135К45 |
13,5 |
24,1 |
28,1 |
21,2 |
11,9 |
19,8 |
Установлено, что формирование в посевах достаточной по размерам площади листьев, от которой зависит оптическая плотность посева, весьма важно в первую очередь с точки зрения поглощения листьями световой энергии для фотосинтеза. Однако большая площадь листьев не всегда соответствует высокому урожаю, так как при чрезмерном развитии площади листьев в посевах, как отмечалось выше, возрастает взаимное затенение листьев средних и особенно нижних ярусов, вследствие чего ухудшается их освещение, снижаются усвоение углекислоты и чистая продуктивность фотосинтеза, происходит нежелательный усиленный рост вегетативных органов.
Результаты проведенных исследований показали, что в динамике развития площади листа каждого яруса есть различия в зависимости от условий минерального питания. На каждом этапе развития можно выделить ярусы листьев, которым принадлежит доминирующая роль в фотосинтезе целого растения. У всех исследованных сортов нута до 50-дневного возраста основной вклад в фотосинтез обеспечивали листья нижних ярусов.
В дальнейшем в онтогенезе растений формируются активные листья верхних ярусов, характеризующиеся сильным ростом и максимальной поверхностью. Их площадь составляет основную долю общей площади листьев целого растения. Листья этих ярусов, затеняя нижележащие, уменьшают их фотосинтетическую деятельность.
Доказано, что у низкорослых сортов, выращенных на обычном фоне, в фазе цветения более 50 % площади листьев расположено в нижнем слое - 10-20 см. Незначительная часть площади листьев этих растений находится в слое 20-30 см. У высокорослых сортов, отличающихся худшей структурой, основная часть площади листьев расположена в вышележащем (20-40 см от поверхности почвы) слое почвы [2].
Для оценки продуктивности и урожайности посевов необходимо иметь сведения, характеризующие возможную суммарную работу площади листьев растений в течение всего вегетационного периода. Поскольку единицей меры фотосинтетической работы в посевах считается 1 м2 листьев в сутки, этот показатель выражается в 1 м2×дней на 1 га и называется фотосинтетическим потенциалом (ФП). ФП представляет собой сумму ежедневных показателей площади листьев на гектар посева и характеризует фотосинтетическую мощность посевов за весь вегетационный период или за отдельный промежуток времени.
При внесении удобрений ФП посевов увеличивался. По неудобренному фону его суммарные значения за вегетационный период составили в среднем за 2 года (Приво 1) 1163,5 тыс. м2×дней/га. Аналогичные показатели при внесении Р45К45, Р90К45, Р135К45 составили соответственно: 1399,9; 1497,3 и 1570,4 тыс. м2×дней/га. Примерно такая же динамика наблюдалась также по другим сортам (табл. 2).
Таблица 2
Формирование фотосинтетического потенциала посевами нута по периодам роста и развития (тыс. м2×дней/га) в зависимости
от минеральных удобрений в среднем за 2012-2014 гг. (лесостепная зона РСО-Алания)
|
Вариант |
ФП1-2 |
ФП2-3 |
ФП3-4 |
ФП4-5 |
Сумма за вегетацию |
|
Приво 1 |
|||||
|
204,3 |
301,8 |
496,1 |
161,3 |
1163,5 |
|
2. Р45К45 |
240,2 |
356,2 |
599,4 |
204,1 |
1399,9 |
|
3. Р90К45 |
271,2 |
396,4 |
622,4 |
207,3 |
1497,3 |
|
4. Р135К45 |
304,1 |
342,1 |
636,4 |
291,4 |
1570,4 |
|
Краснокутский 123 |
|||||
|
192,1 |
293,1 |
484,2 |
156,1 |
1125,5 |
|
2. Р45К45 |
226,3 |
340,3 |
548,6 |
193,2 |
1308,4 |
|
3. Р90К45 |
254,1 |
383,2 |
601,1 |
203,2 |
1441,6 |
|
4. Р135К45 |
274,8 |
400,3 |
622,1 |
256,2 |
1553,4 |
|
Волгоградский 10 |
|||||
|
183,6 |
286,1 |
474,1 |
150,9 |
1094,7 |
|
2. Р45К45 |
211,7 |
322,3 |
511,1 |
186,4 |
1231,5 |
|
3. Р90К45 |
241,2 |
359,8 |
546,3 |
194,2 |
1341,5 |
|
4. Р135К45 |
259,2 |
398,3 |
604,4 |
242,3 |
1504,2 |
Для характеристики продуктивности работы листьев в посеве применяется такой показатель, как чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), которая выражает число граммов сухой биомассы растения, созданных единицей листовой поверхности за единицу времени в течение вегетации [3, 4].
Многочисленными исследованиями было установлено, что урожай в посевах нута зависит от величины листовой поверхности, которая освещается прямыми лучами солнца. В этом случае даже при сравнительно небольшой площади листьев урожайность посевов может быть достаточно высокой.
В наших исследованиях минеральные удобрения способствовали повышению ЧПФ. Среднее значение за вегетацию на контрольном варианте (без удобрений) по сорту Приво 1 составило 3,87 г/м2×сутки, а по удобренным фонам было выше на 20-33,6 % (табл. 3).
Таблица 3
Чистая продуктивность фотосинтеза в посевах нута по периодам роста и развития (г/м2×сутки) в зависимости от минеральных удобрений в среднем за 2012-2014 гг. (лесостепная зона РСО-Алания)
|
Вариант |
ЧПФ1-2 |
ЧПФ2-3 |
ЧПФ3-4 |
ЧПФ4-5 |
Среднее за вегетацию |
|
Приво 1 |
|||||
|
3,84 |
4,80 |
4,86 |
1,96 |
3,87 |
|
2. Р45К45 |
4,22 |
5,96 |
6,22 |
2,21 |
4,66 |
|
3. Р90К45 |
4,74 |
6,13 |
6,49 |
2,38 |
4,94 |
|
4. Р135К45 |
4,96 |
6,43 |
6,72 |
2,56 |
5,17 |
|
Краснокутский 123 |
|||||
|
3,76 |
4,71 |
4,72 |
1,86 |
3,77 |
|
2. Р45К45 |
4,18 |
5,79 |
6,18 |
2,18 |
4,59 |
|
3. Р90К45 |
4,59 |
5,70 |
6,41 |
2,04 |
4,69 |
|
4. Р135К45 |
4,80 |
6,22 |
6,49 |
2,38 |
4,98 |
|
Волгоградский 10 |
|||||
|
3,71 |
4,59 |
4,63 |
1,81 |
3,69 |
|
2. Р45К45 |
3,99 |
5,70 |
6,01 |
2,09 |
4,45 |
|
3. Р90К45 |
4,09 |
5,99 |
6,39 |
2,19 |
4,67 |
|
4. Р135К45 |
4,51 |
6,04 |
6,40 |
2,19 |
4,79 |
Установлено, что наиболее высокие значения ЧПФ наблюдались в начале вегетации, а максимум приходился на конец фазы бутонизации - начало цветения. В конце фазы цветения - начала образования бобов, когда интенсивно формировался ассимиляционный аппарат, значения ЧПФ снижались. К концу периода налив семян - начало созревания фотосинтетическая деятельность резко падала, и, если листовая поверхность была еще сохранена, этот факт удавалось проследить, но чаще всего листья быстро опадали и фотосинтетическую деятельность не удавалось наблюдать.
При внесении минеральных удобрений продуктивность нута повышалась на 14,9-42,7 %.
Применение минеральных удобрений благоприятно сказывалось на процессе формирования листовой поверхности. Она по удобренным фонам увеличивалась на 3,0-9,1 тыс. м2/га. Площадь листьев и минеральное питание являются тесно связанными и взаимообусловленными процессами. Если удобрения стимулируют образование фотосинтетического аппарата и интенсификацию его работы, то оптимальная площадь листьев в свою очередь является условием, способствующим эффективному использованию элементов минерального питания. При внесении минеральных удобрений фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза увеличивались на 18,4-38,4 %.
Рецензенты:
Оказова З.П., д.с.-х.н., доцент, Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, г. Владикавказ;
Бекузарова С.А., д.с.-х.н., профессор, Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, Владикавказ.