Устойчивость растений и проблемы величины и качества урожая сельскохозяйственных культур

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 19.09.2024

Проанализирована роль селекции и химической защиты растений в сохранении и увеличении урожая сельскохозяйственных культур.

Приведены примеры взаимосвязи данных научных отраслей. Описана важность разработки сортовой агротехники. Изложены данные опытов об отзывчивости различных сортов растений на применение пестицидов. Сделан вывод, что для реализации генетиче-ского потенциала сельскохозяйственных культур необходимо разрабатывать комплексную систему устойчивости, основанную на использовании устойчивых сортов и химических средств защиты рас-тений.

Несмотря на достигнутые высокие уровни потенциальной урожайности новых сортов, перед селекционерами постоянно стоят две задачи: обеспечить биологическую, гене-тически обусловленную защиту сортов и гибридов от постоянно изменяющихся видов и рас патогенов и получения продукции заданного качества.

Гарантом получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур является научно обоснованная система защиты растений от комплекса неблагоприятных для роста и развития факторов окружающей среды, находящихся в первом минимуме. Наиболее экологически безопасным способом защиты культурных растений является создание устойчивых сортов.

Долгое время в мировом сельском хозяйстве основным фактором, влияющем на урожайность зерновых культур, являлось полегание растений. Потери зерна на полегших посевах колеблются от 20 до 50%, а в отдельные годы и более. Одним из способов повышения устойчивости к полеганию является уменьшение высоты растения. Кардинально решить эту проблему селекционным путем удалось после открытия японскими учеными генов карликовости у сорта пшеницы Норин 10, соче-тавших в себе устойчивость к полеганию и потенциал урожайности до 7-8 т/га. (Гужов, 1999). Соче-тание этих генов (Rht-1 b Rht-2) в новых сортах позволяло уменьшать длину стебля в 2 раза. До момента создания короткостебельных, устойчивых к полеганию сортов получение высоких гарантированных урожаев без применения ретардантов было практически невозможно.

Другим важным фактором снижения урожайности сельскохозяйственных культур была и ос-тается восприимчивость растений к болезням и вредителям. В данном направлении селекционерами также было достигнуто немало успехов. Открытие и успешное использование генов устойчивости к возбудителям корневых и прикорневых гнилей, пятнистостей листьев, мучнистой росы – гены Рm (Лебедева, 2008), ржавчине – Lr гены у зерновых культур (Горленко, Рубин, 2001), фитофтороза у картофеля, южному гельминтоспориозу кукурузы и др. позволили сохранить до 50% урожая и зна-чительно снизить пестицидную нагрузку на окружающую среду.

Селекционерам удалось создать сорта, обладающие высокой степенью устойчивости к засухе (озимая пшеница Победа 50, Подарок дону, и др.), морозам (озимая пшеница Оренбургская 105 и др.), неблагоприятным факторам перезимовки (озимая пшеница Зимородок, Московская 39, оз. ячмень Авангард и др.), прорастанию на корню (озимая рожь Фаленская 4), что немаловажно для получения высоких урожаев в регионах, где возникновение вышеперечисленных условий окружающей среды является скорее правилом, чем исключением.

Роль химических средств защиты растений. Решить проблему увеличения урожайности сельскохозяйственных культур только с помощью селекции невозможно. К тому же у многих культур не обнаружены гены устойчивости к ряду забо-леваний. В настоящее время в природе не существуют сорта пшеницы, абсолютно устойчивых к снежной плесени. Также отсутствуют сорта ячменя, устойчивые к пыльной головне. Примеры эти можно продолжать. До тех пор, пока надежных источников генетической защиты не найдено, единственным способом получения высоких урожаев является применение химических средств защиты растений.

Создание устойчивых сортов – наиболее экологичный способ защиты растений. Однако этот процесс достаточно долговременный, а порой возникают ситуации, когда для сохранения урожая необходимо немедленно защитить растения.

Одна из таких ситуаций – плохая перезимовка посевов. Влияние комплекса неблаго-приятных факторов перезимовки (выпревание, выпирание, ледяная корка, вымокание, отсутствие снежного покрова при высоких температурах) приводит к гибели одних растений, повреждению других и, как следствие, изреживанию посевов. А слабые растения не только более подвержены инфекционному поражению, но и плохие конкуренты для сорной растительности.

Поэтому для избежания больших потерь сельскохозяйственной продукции в таких ситуациях необходимо использовать полный спектр защитных мероприятий на базе химических средств защиты растений.

Наиболее высокие потери сельскохозяйственной продукции в АПК от болезней происходят в годы развития эпифитотии. В такие годы особенно важно использовать пестициды потому, что недобор урожая от массового распространения болезней даже у генетически устойчивых сортов может принять катастрофический характер. Так, потери урожая зерна от бурой ржавчины в годы эпифитотии в Поволжье могут достигать 30% (Крупнов, 1997), а у восприимчивых сортов 40-62% (Крупнов, Васильчук, 2000). Одна из основных причин эпифитотийного развития болезней на сельскохозяйственных культурах – появление новых физиологических рас паразита. К примеру, в Белоруссии к 90-м годам прошлого столетия в популяции патогена Cladospo-rium fulvum Cke., вызывающего бурую пятнистость листьев томата, появились патотипы, способные преодолевать почти весь известный на тот момент спектр разнообразия генов устойчивости (Поликсенова, 2000). Ситуация усугубляется еще и тем, что в настоящее время во многих странах мира активно используются системы выращивания сельскохозяйственных культур (монокультура, минимальная обработка почвы и NO TILL), способствующие массовому размножению болезней, появлению новых авирулентных рас патогенов (Сафин, Таланов, Садриев, 2008). Несомненно, следует иметь в виду и значительно более быстрый процесс расообразования большинства патогенов сельскохозяйственных растений по сравнению с темпами селекционной работы на устойчивость к этим патогенам. Для поиска новых генов устойчивости и создания на их основе новых сортов селек-ционным путем потребуется не один десяток лет. А с помощью химических средств защиты растений есть возможность среагировать немедленно и дать необходимый запас вре-мени селекционерам для решения данной проблемы.

Кроме того, долговременная селекционная работа на улучшение одних хозяйствен-но-ценных признаков привела к ухудшению других. Так, создание карликовых сортов пшени-цы привело к снижению роста растений, повышению устойчивости к полеганию, улучшению технологичности. В тоже время короткостебельные сорта в силу своих морфологических осо-бенностей менее конкурентоспособные, чем длинностебельные, по отношению к сорнякам (Шпаар, 2008). Исследования, проведенные в Германии, показали что масса побегов незабудки полевой в посевах короткостебельного сорта Слейпнер в 2 раза больше, чем в длинностебельных сортах Адулар и Хай (Zwerger, Ammon, 2002). В производственных условиях невозможно возделывание практически всех сельскохозяйственных культур без использования гербицидов. Но особенно они актуальны при выращивании полукарликовых и низкостебельных сортов, использование которых в производстве без гербицидов бесперспективно.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства к современным сортам стали предъявляться новые требования, в частности, отзывчивость на применение высоких доз минеральных удобрений. Итогом селекционной работы в данном направлении стали сорта озимой пшеницы, которые имеют достаточно высокие прибавки урожайности при выращивании в условиях высокого агрофона. Но, к сожалению, такие сорта более восприимчивы к стрессовым условиям и при их воз-никновении сельхозпроизводитель может не только не получить запланированные прибыли, но и понести значительные убытки. К тому же отмечается, что с увеличением уровня азотного пи-тания увеличивается поражаемость растений болезнями (Гореленко, 1973; Гешеле, 1978; Сандухадзе, Егорова 2003). Интенсификация производства зерна, загущение посевов в результате создания более кустящихся форм пшеницы, более длительного сохранения фотосинтетической поверхности листьев, в том числе и их нижних ярусов привело к изменению степени вредоносности ряда заболеваний. По степени вредоносности на первый план вышли ложная и настоящая мучнистая роса, фузариозы, септориозы, различные виды ржавчины. В связи с этим изменился и спектр применяемых препаратов защиты растений. Преимущественную роль приобрели фунгициды.

Таким образом, селекционная работа часто приводит к появлению новых сортотипов растений, существенно отличающихся от предыдущих. Изменение характеристик посева, архитектоники растений, морфофизиологических особенностей растений новых сортов часто приводит к изменению спектра необходимых для успешного их выращивания средств защиты растений.

Поэтому, при выборе сорта для выращивания необходимо учитывать весь спектр его характеристик, и понимать, в каких условиях генетика сорта способна обеспечить его надежную защиту, а в каких необходимо прибегнуть к использованию средств защиты растений.

Если коснуться экономической стороны вопроса, то цена генетической устойчивости сорта для производителя обуславливается лишь стоимостью семенного и посадочного материала. А для защиты культуры с помощью химического метода необходимо понести дополнительные затраты. Стоимость комплекса мероприятий по защите растений от болезней, вредителей и сорняков может колебаться от 300 до 10000 руб./га и более. Данная цифра может изменяться под влиянием многих факторов, таких, как финансовая политика с.-х. производителя, выбор фирм-производителей пестицидов, выбор самих препаратов, спектр целевых объектов и др. Необходимо всецело понимать, что необдуманное применение химических средств защиты растений может привести не только к снижению урожайности и качества продукции, но и нанести ощутимый вред окружающей среде. От того, насколько обоснованно и своевременно применены химические средства, зависит их техническая и экономическая эффективность. Оптимальным является использование пестицидов с учетом экономических затрат на средства защиты растений, степень развития и вредоносности вредителей, болезней и сорняков. Для оценки последнего необходим постоянный мониторинг посевов.

Селекционеры Европейских компаний при создании современных сортов и гибридов дают полную агротехническую рекомендацию их выращивания. Так, сотрудниками компании "Нунемс Заден" при создании гибрида белокочанной капусты Коронет F1 был дан весь спектр агротехнических мероприятий. В их состав входят лучшие почвы, предшественники, пере-чень и дозировки необходимых удобрений, подготовка почвы, условия выращивания и высадки рассады, уход за растениями и т.д.

Одним из предлагающихся вариантов сортовой агротехники в России является разработанная сотрудником Ульяновского научно исследовательском института сельского хозяйства Власовым В.Г. агротехника яровой пшеницы сортов Экада 6, Симбирцит, Маргарита, которая позволила оптимизировать затраты на их выращивание и значительно повысить урожайность.

Учеными Краснодарского края было установлено, что различные сорта озимой пшеницы по-разному реагируют не только на агротехнические приемы, но и на применение химических средств защиты растений. В итоге проведенных ими опытов было выявлено, что при одинаково высокой эффективности фунгицидов против листовых болезней величина сохраненного урожая (прибавки) по сортам существенно различалась. Например, обработка посевов сорта озимой пшеницы Победа 50 фунгицидом Альто Супер обеспечила прибавку урожая 3,5 ц/га. В то же время на другом сорте (Горлица) от применения Альто Супер получено дополнительно 7,5 ц/га (Зазимко, Фетисов, Егоров, Малыхина, 2008).

Такая схема защиты колосовых культур от болезней наиболее распространена в современном сельском хозяйстве, поскольку первая обработка позволяет защитить растение от листовых заболеваний и продлить фотосинтетическую активность листового аппарата, а вторая защищает колос и положительно влияет на качество зерна. При проведении опытов наименьшую прибавку урожайности (8,0 ц/га) показал сорт Краснадарская 99, а максимальную прибавку в 16,7 ц/га продемонстрировал сорт Зерноградка 10. Сорт Таня так же показал достаточно высокий прирост урожайности – 15 ц/га. Из чего можно сделать вывод, что сорта озимой пшеницы Зерноградка 10 и Таня являются наиболее отзывчивы к двукратному применению фунгицидов Альто Супер, 0,5 л/га и Амистар Экстра 1,0 л/га.

Таким образом, селекция обеспечивает генетически обусловленную биологическую защиту растений. В то же время современное производство высокоурожайных сортов, реализация их потенциальной продуктивности невозможно без сопровождения средствами защиты растений, как широкого общего, так и узко специфичного действия. Развитие биологической защиты растений селекционным путем сопровождалось изменением сортотипов растений, что, в свою очередь, часто приводит к изменению спектра используемых препаратов. Для дальнейшего повышения урожайности сельскохозяйственных культур, увеличения процента реализации генетического потенциала культурных растений, снижения пестицидной нагрузки на окружающую среду, оптимизации затрат на покупку пестицидов и организацию труда, обеспечения продовольственной безопасности населения необходимо разрабатывать комплексную систему устойчивости сельскохозяйственных культур, основанную на взаимосвязи устойчивых сортов и химических средств защиты растений. А при разработке агротехнологического паспорта сорта включать туда оптимальные пестициды и нормы их применения, дающие максимальные прибавки урожайности в определенных условиях выращивания.

Качеством продукции называют совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Так, лен-долгунец оценивают по выходу длинного волокна, сахарную свеклу – по содержанию сахара, картофель – крахмала, рапс – масла и т. д.

В настоящее время качество должно включать также анализ на безопасность продукции растениеводства, так как кроме основных органических соединений, представляющих огромную питательную ценность (белков, жиров, углеводов, витаминов и др.), растение может содержать нежелательные соединения и включения (нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды и т. д.).

Под биологическим качеством растений подразумевается сумма показателей их химического и биохимического состава, обусловливающих нормальный обмен веществ у животных и человека, поедающих растительную пищу. Правильное применение удобрений должно улучшать или, по крайней мере, не ухудшать биологическое качество растениеводческой продукции при увеличении урожайности до возможных пределов.

Так как сельское хозяйство производит в основном продукты питания для человека, высокое качество его продукции – важнейшая задача агрохимии. В зависимости от условий выращивания содержание белка в пшенице может колебаться от 9 до 25 %, крахмала в картофеле – от 10 до 24, сахара в сахарной свекле – от 12 до 22 %, количество жира в семенах масличных культур, сахаров и витаминов в плодах и овощах может изменяться в 1,5–2 раза. Условия внешней среды (температура, влажность почвы и воздуха, свет, почвенные условия и др.) влияют на интенсивность протекающих в растениях процессов.

Наиболее сильное влияние на качество растениеводческой продукции оказывают разнонаправленные процессы – биосинтез белков и других азотистых соединений и биосинтез углеводов или жиров. При усилении биосинтеза белков уменьшается синтез углеводов или жиров, и наоборот.

С помощью удобрений можно изменять направленность процессов обмена веществ и регулировать накопление в растениях полезных для человека веществ – белков, крахмала, сахаров, жиров, витаминов и др. О влиянии основных элементов питания на биохимические процессы,

протекающие в растениях, уже рассказывалось раннее. Остановимся на роли основных видов удобрений в регулировании качества растениеводческой продукции.

Азот входит в состав всех простых и сложных белков, нуклеиновых кислот, играющих исключительно важную роль в обмене веществ в организме. Он содержится также в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, ферментах и во многих других органических веществах растительных клеток. В начальный период роста растения потребляют сравнительно небольшое количество азота, однако недостаток его в этот период отрицательно сказывается на дальнейшем росте растений. Наиболее интенсивно растения поглощают азот из почвы для синтеза аминокислот и белков в период максимального роста и образования вегетативных органов. На качество растениеводческой продукции влияют формы азота, используемые растениями. При аммиачном питании обмен веществ смещается в сторону накопления большего количества восстановленных соединений (эфирных масел, алкалоидов), а при нитратном источнике азота усиливается образование окисленных соединений, главным образом органических кислот.

Фосфор участвует в синтезе и распаде сахарозы, крахмала, белков, жиров и многих других соединений, он входит в состав органических веществ растений, таких, как фитин, лецитин, сахарофосфаты. Под влиянием фосфорных удобрений возрастает интенсивность синтеза сахарозы, крахмала, жиров, несколько меньше – белков. Для качества продукции важно не только абсолютное количество фосфора, но и его соотношение с другими элементами питания, в первую очередь с азотом. Изменяя соотношение N:P, можно регулировать интенсивность, а также направленность процессов обмена, способствуя накоплению в растениях белков или углеводов.

Под влиянием калия усиливается накопление крахмала, сахарозы и жиров. Калий усиливает синтез высокомолекулярных углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), в результате чего утолщаются клеточные стенки стебля злаковых культур и повышается устойчивость их к полеганию, у льна улучшается качество волокна. У некоторых растений калий усиливает синтез таких витаминов, как тиамин и рибофлавин. При аммиачном питании растений калий может способствовать синтезу белков.

Одна из важнейших качественных характеристик сельскохозяйственной продукции – содержание белка. Недостаток белка (суточная потребность человека 70–100 г) приводит к нарушению обмена веществ, расстройству нервной системы, снижается резистентность организма. При кормлении скота по рационам, не сбалансированным по белку, понижается продуктивность животных, перерасходуются корма.

Основным источником растительного белка в наших климатических условиях являются зерновые колосовые и зернобобовые культуры.

При внесении азотных удобрений содержание белка в зерне озимой пшеницы в исследованиях Института почвоведения и агрохимии возрастало на 4,3 %, в ячмене – на 2,3 %, в опытах БелНИИЗК в зерне озимой ржи оно увеличивалось на 1,4–2,5 %.

Имеются данные, что на содержание белка в зерне озимых и яровых зерновых культур существенное влияние оказывают подкормки растений азотом в период начала колошения растений. Азот, поступающий в растения в эту фазу, используется в основном для образования семян, в результате чего содержание азота в них повышается и синтез белков происходит более интенсивно. При оптимальных условиях минерального питания среднее содержание белка в почвенно-климатических условиях республики составляет в зерне озимой пшеницы 12,5–13 %, озимой ржи – 9–10, ячменя – 10–13, овса – 10–11,5 %.

Важное значение для характеристики качества зерна имеет аминокислотный состав белка. Многие аминокислоты синтезируются в организме человека и животных, но восемь из 20 известных аминокислот являются для человека незаменимыми (не могут синтезироваться в его организме) и должны поступать с пищей. Это триптофан (суточная потребность человека 1,1 г), фенилаланин (4,4 г), метионин (3,8 г), лизин (5,2 г), валин (3,8 г), треонин (3,5 г), изолейцин (3,3 г), лейцин (9,1 г). Недостаток в пище такой аминокислоты, как лизин, вызывает тошноту, головную боль, головокружение, повышает чувствительность к шуму. Отсутствие или недостаток метионина нарушает нормальную деятельность печени, некоторых желез внутренней секреции. Метионин препятствует развитию атеросклероза. При недостатке триптофана ухудшается аппетит.

Белки различных культур существенно различаются по аминокислотному составу. Например, в белке зерновых злаков меньше содержится лизина и триптофана, в белке семян бобовых культур недостаточно метионина, картофеля – валина.

Таблица 1. Влияние азотных удобрений и микроэлементов на качество белка ячменя

В исследованиях Института почвоведения и агрохимии под влиянием азотных удобрений (60–120 кг/га) количество незаменимых аминокислот в зерне озимой пшеницы возрастало на 3,3–8,9 мг/кг, или на 13–36 %, ячменя (N_60–150) – на 2,6–6,4 мг/кг, или на 9–22 %.

Ценным источником растительного белка являются зернобобовые культуры, которые содержат азотистых веществ больше и лучшего качества, чем злаковые. Так как бобовые культуры фиксируют атмосферный азот, качество их продукции можно регулировать, варьируя дозы фосфорных и калийных удобрений (азот можно вносить в небольших дозах – 15–30 кг/га – для ускорения образования клубеньков в начале роста растений), а также внесением микроэлементов, в первую очередь молибдена. Молибден улучшает азотное питание растений, увеличивает потребление фосфора, калия и кальция из удобрений и почвы.

Результаты исследований по влиянию калия на содержание белка в зерне довольно противоречивы. Обобщение данных полевых опытов позволяет сделать вывод, что на характер воздействия калийных удобрений на содержание белка в зерне оказывают влияние гранулометрический состав почвы, степень кислотности, запас подвижных форм калия, фосфора и азота. Положительное влияние калийных удобрений на содержание белка чаще проявляется на почвах с низким содержанием калия, а также при благоприятном соотношении с азотными удобрениями.

В большинстве исследований, проведенных в различных почвенноклиматических условиях, применение азотных удобрений снижало содержание крахмала. По мнению одних авторов, это связано с неполной физиологической зрелостью клубней (В. А. Сухоиванов), другие (А. С. Вечер, М. Н. Гончарик) называют в качестве причины увеличение крупных клубней в урожае, которые содержат меньше крахмала, чем клубни средней величины.

Фосфорные удобрения чаще положительно влияют на накопление крахмала в картофеле. В опытах Ю. И. Касицкого и Л. П. Детковской при внесении 60–90 кг/га фосфорных удобрений на азотно-калийном фоне содержание крахмала повышалось на 0,2–0,8 %. Сильнее на крахмалистость клубней влияют калийные удобрения, так как при недостатке калия замедляется превращение углеводов в крахмал. Однако многое зависит от формы калийных удобрений. Хлорсодержащие их формы снижают содержание крахмала, поэтому под картофель лучше использовать бесхлорные формы калийных удобрений, а содержащие хлор следует вносить осенью. В исследованиях Института почвоведения и агрохимии замена хлористого калия сернокислым при прочих равных условиях увеличивала содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Орбита на 0,6 % при одинаковом влиянии на урожайность.

Важной качественной характеристикой картофеля, овощных и кормовых культур является содержание нитратов. Азот, поступающий в растения в нитратной форме, восстанавливается до аммиака и при достаточном количестве углеводов участвует в образовании первичных аминокислот – аспарагиновой и глутаминовой. Невосстановленная часть нитратного азота может откладываться в клубнях, корнеплодах, листовых черешках и т. д. Накоплению нитратов способствуют избыточные дозы азотных удобрений, поздние сроки их применения, несбалансированное минеральное питание, а также метеорологические условия – недостаточная освещенность и низкая влажность почвы. Следовательно, накоплению нитратов препятствуют: оптимизация азотного питания растений, сбалансированное соотношение между азотом, фосфором и калием и достаточная обеспеченность растений микроэлементами, в первую очередь бором и молибденом, которые улучшают углеводный и белковый обмен.

Технологические свойства пшеницы зависят от содержания белка и еще в большей мере от физико-химических свойств клейковины белков. Способность белков пшеницы образовывать клейковину явилось причиной того, что пшеница заняла главное место среди злаков в питании человека. В исследованиях кафедры агрохимии максимальное накопление клейковины в зерне озимой пшеницы (31,9 %) отмечено при комплексном применении дробного внесения азотных удобрений с медью и фунгицидом на фоне фосфорных и калийных удобрений. Достаточно высокое содержание клейковины (31,1 %) отмечено в варианте с применением N₁₉P₇₀K₁₀₀ + N₅₀ + N₃₀ КАС с Витамаром З + Рекс Т (табл. 2).

Таблица 2. Влияние раздельного и совместного применения средств химизации на качество зерна озимой пшеницы (среднее за 3 года)

В опытах кафедры агрохимии УО БГСХА на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с озимой пшеницей установлено, что максимальное содержание сырого белка в зерне (13,3–13,5 %) и сырой клейковины (30,6–31,1) отмечено при применении медных удобрений с регуляторами роста МикроСил Медь и МикроСтим Медь на фоне N₂₀P₆₄K₁₄₀ + N₇₀ + N₄₀+ N₄₀ (табл. 3).

Таблица 3. Влияние макро- и микроудобрений на качество озимой пшеницы сорта Богатко в среднем за 2012–2014 гг.

Содержанием сахаров определяется техническая ценность сахарной свеклы и питательная многих овощных культур. На содержание сахаров и другие показатели качества этих культур влияют виды, дозы, сроки и способы внесения удобрений. В опытах Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси установлено негативное влияние высоких доз азотных удобрений на сахаристость и технологические качества сахарной свеклы. Максимальные дозы азотных удобрений не должны превышать 130–150 кг/га. Избыточное азотное питание приводит к накоплению альфа-аминного азота в корнеплодах и снижению чистоты клеточного сока, что в результате уменьшает выход сахара.

Влияние фосфорных удобрений на урожайность и сахаристость в значительной степени зависит от содержания в почве подвижных форм фосфора: если оно невысоко, фосфорные удобрения оказывают положительное действие. По обобщенным данным, при оптимальных дозах фосфорные удобрения повышают сахаристость корнеплодов сахарной свеклы на 0,6–1,3 %, калийные – на 0,3–1,4 и борные – 0,3 %.

Основной источник растительных жиров – масличные культуры (рапс, горчица, подсолнечник). На повышение масличности семян существенное влияние оказывают фосфорные и калийные удобрения. Внесение этих удобрений может повысить содержание жира в семенах на 2–4 %. Качество масла тем выше, чем больше оно содержит ненасыщенных жирных кислот. Под действием азотных удобрений количество ненасыщенных жирных кислот уменьшается, а фосфорных и калийных увеличивается.

Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов: почвенно-климатических условий, сорта, состава и объёмов удобрений, средств защиты растений, распространённости вредителей и болезней, соблюдения технологии возделывания, а также от качества обработки почвы и посева. Причин разницы в урожайности несколько, и одна из них — большие потери урожая в ряде хозяйств из-за несоблюдения главных требований к качеству обработки почвы и посева. На практике чаще всего наблюдается:

нарушение структуры почвы;
неоптимальное распределение семян по глубине и площади поля;
некачественное формирование семенное ложе;
неправильный весенний уход за озимыми.

Боронование и подкормка азотом посевов озимых зерновых

Основные мероприятия по ранневесеннему уходу за посевами озимых должны быть направлены на сохранение накопленной влаги, очищение посевов от сорных растений, плесени, на повышение микробиологической активности почвы. При необходимости посевы уплотняют или пересевают (при их полной гибели).

Мероприятия по сохранению влаги являются одними из важнейших, особенно на легких почвах. Песчаные почвы имеют постоянный дефицит влаги (600-700 м 3 /га), что и ведет к недобору 7-8 ц/га зерна или 50-60 ц/га картофеля.

Весной, особенно в солнечные и ветреные дни, за сутки может теряться до 3-5 мм почвенной влаги. Поэтому для большинства районов республики прием закрытия влаги чрезвычайно важен, а в системе ухода за озимыми — просто необходим. В солнечные дни посевы быстро теряют влагу, почва растрескивается, повреждается корневая система, что неизбежно ведет к снижению урожая. Чтобы избежать этого, необходимо проводить ранневесеннее боронование посевов озимых зерновых. В результате разрыхления верхнего слоя уменьшаются потери влаги, уничтожаются розетки перезимовавших сорняков, очищаются растения от плесени, усиливается микробиологический процесс в почве. По многолетним данным исследований аграрных институтов стран СНГ, весеннее боронование посевов озимых зерновых способствовало повышению урожая на 1,9-3,0 ц/га, при этом засоренность посевов снижалась на 20-44%.

Особенно эффективно боронование посевов озимых зерновых с подкормкой азотными удобрениями. Ранневесенняя подкормка растений азотом по таломерзлой почве при наличии максимального количества влаги в почве играет огромную роль в питании растений. Удобрения растворяются и усваиваются растениями с первых же дней весеннего развития и роста. Подкормленные посевы быстро оправляются, начинают куститься, увеличивают число продуктивных стеблей, что в дальнейшем отражается на размере колоса, числе колосков и крупности зерна. Прибавка урожая озимой ржи при весенней подкормке посевов азотом, по сравнению с предпосевной или осенней подкормками, в опытах БелНИИЗ составляла 4,7-6,8 ц/га.

Для качественного и высокоэффективного выполнения боронования посевов озимых зерновых разработаны специальные бороновально-прополочные агрегаты.

Нарушение оптимального состояния почвы при ее обработке

Способ обработки почвы — один из важнейших факторов, влияющих на рост, развитие и формирование урожая сельскохозяйственных культур, а также на степень деградации почв. От него зависят агрофизические характеристики почвы, создающие определенные водно-воздушные и термические условия, которые во многом определяют судьбу произрастающих растений. Агрономической наукой установлено, что в идеале для роста растений почва обрабатываемого слоя должна содержать примерно 45% минеральных веществ, 5% органических веществ и 50% пористого пространства, заполненного равным количеством (по 25%) воды и воздуха. Нарушение этого состояния ведет к недобору урожая. Поэтому основная задача при обработке почвы — сформировать посевной слой в соответствии с агрономическими требованиями культуры. В рамках этой задачи самым актуальным для Беларуси является вопрос формирования в обрабатываемом слое требуемой воздушной составляющей.

Как показывают исследования, применяемые в настоящее время способы и техника для обработки почвы не в полной мере способствуют получению в обработанном слое почвы требуемого количества воздуха и в большинстве случаев ведут к его снижению, что в свою очередь чревато недобором урожая до 10-20%. Это происходит в основном из-за переуплотнения почвы колесами тракторов, наличия плужной подошвы и уплотнения слоев почвы после прохода культиваторных, плоскорезных и других лап. Особенно переуплотняется почва весной под действием ходовых систем техники.

Первые полевые работы проводятся при повышенной влажности почвы, когда она сильно подвержена уплотнению. В результате при движении ходовых колес почва под ними уплотняется на глубину 50-60 см и более (рис. 2). При этом на глубине 20-30 см она может иметь плотность 1,4-1,5 г/см 3 , то есть близкую к критической (1,6-1,7 г/см 3 ), при которой корневые волоски растений уже не распространяются.

Если опоздали с поднятием зяби

Таким образом, при обработке почвы весной следует соблюдать ряд важнейших условий:

Не начинать работы слишком рано, когда еще избыточно влажная почва и могут образовываться глыбы и глубокая колея от прохода машин.
Не вносить фосфорно-калийные удобрения тяжелыми агрегатами в весенний период. Более эффективно это можно сделать осенью на зябь.
Для увеличения опорной поверхности снижать давление в колесах трактора до значений 1,0-1,1 г/см 3 .
Использовать тяжелые трактора мощностью 200-350 л.с. и более, только со сдвоенными колесами. По данным полевых опытов А.И. Пупонина, использование на севе трактора К-700 со сдвоенными колесами приводило к повышению урожая ячменя на 12,9% по сравнению с тем же трактором, но без сдвоенных колёс.

Не меньший ущерб урожаю, особенно пропашных культур, наносит плужная подошва (рис. 3). Многолетние исследования БЕЛНИИПА (1981-1985 гг.) и БелНИИМиЛ (2001 г.) показали, что глубокое (до 40 см) рыхление плужной подошвы на старопахотных почвах повышает урожайность культур, особенно пропашных (свеклы, картофеля), на 6-26,3% (табл. 1). На мелиорированных почвах при рыхлении на глубину до 65 см прирост урожая еще больший — 10,0-68,9%.

* Данные БелНИИПЛ 1981-1985 гг.

** БелНИИМиЛ, 2001 г., рыхление приспособлением РПП-20 одновременно со вспашкой

Нарушения распределения семян по глубине заделки и площади поля

Немаловажную, а иногда и решающую роль в судьбе урожая играют качество подготовки семенного ложа и равномерность распределения семян по глубине заделки и площади поля. От этих факторов зависит полевая всхожесть, равномерность и дружность всходов, выживаемость и эффективность дальнейшего развития растений.

Таким образом, соблюдение оптимальной глубины заделки семян является одним из важнейших агротехнических требований к посеву. Посев с отклонением от заданной глубины ведет к резкому снижению продуктивности растений (рис. 4).

Согласно исследованиям, отклонение от оптимальной глубины сева на 10 мм снижает полевую всхожесть семян на 5-10%, а в дальнейшем урожайность –— на 10-30% в зависимости от культуры.

Вторым требованием качественного сева является равномерное распределение семян по площади

Теоретически оптимальной с точки зрения использования влаги, солнечного света, углекислоты воздуха и питательных веществ, а также ослабления отрицательного взаимодействия растений является площадь питания каждого растения, приближенная к кругу. На практике достичь этого требования при посеве зерновых культур невозможно. Наиболее приемлемым для практики, как доказано многими исследованиями, является вариант, при котором площадь питания приближается к квадрату.

Агротехнически обоснованные оптимальные площади питания в зависимости от норм высева представлены в таблице 2. Для сравнения здесь же представлена картина фактического распределения семян и площади их питания при использовании сеялок с междурядьем 125 мм. Как видно, даже в идеальном случае семена располагаются в рядке на расстоянии 16-23 мм друг от друга, а форма площади питания имеет ярко выраженную форму вытянутого прямоугольника, что, естественно, не может способствовать повышению урожайности из-за нерационального использования предоставленной растениям площади питания. С увеличением междурядий эта картина еще больше усугубляется.

Переход от обычного рядового к узкорядному посеву позволяет более равномерно распределять растения по площади. При этом сокращение расстояния между рядами на 10 мм дает прирост урожая до 1%. Еще лучший результат обеспечивает ленточный посев. Так, ленточный посев с шириной ленты 70 мм и расстоянием между сошниками 125 мм позволяет повысить урожайность до 6% по сравнению с рядовым посевом с междурядьем 125 мм. Однако сдерживающим фактором применения такого посева является современный сошник, который качественно выполняет посев только при качественно подготовленном посевном слое и отсутствии растительных остатков.

На дерново-подзолистых почвах Европейской территории общепринятой шириной междурядий посева зерновых является 125 мм. Обоснована она конструктивными и технологическими возможностями посевных машин.

На практике применяются различные способы подготовки сплошного семенного ложа. Однако исследованиями, выполненными в 80-90-е годы Институтом экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича АН БССР совместно с Центральным НИИ механизации сельского хозяйства Нечерноземной зоны СССР, обоснованы параметры посевного слоя, при котором важнейшие факторы внешней среды сочетаются наиболее оптимально. На основании этих параметров установлены требования к технологическому процессу и рабочим органам формирования семенного ложа:

Посевная бороздка должна создаваться с плотным дном, поскольку оно позволяет влаге поступать по капиллярам к высеянным семенам.

Обеспечить контакт семян с влажным дном семенной бороздки, определяющий скорость их набухания и прорастания.

Влажная уплотненная почва с семенами должна быть закрыта слоем рыхлой почвы, снижающей испарение влаги.

Технологический процесс работы включает:

рыхление посевного слоя почвы;
подуплотнение его колесными или катковыми почвоуплотнителями перед каждым сошником;
укладку семян в бороздки, раскрытые сошником;
прикатывание бороздок с семенами обрезиненными каточками, ширина обода которых несколько больше ширины дна бороздки, благодаря чему семена полностью закрываются обжатой почвой (рис. 5).

Прикатанные бороздки закрываются рыхлой почвой, для чего предусмотрены пружинные боронки (загортачи за сошниками).

Рис. 5. Подготовка семенного ложа с послепосевным прикатыва- нием бороздок: а) технологический процесс; б) состав рабочих органов.

невзрыхленный (капиллярный) слой почвы ниже дна обработки;
взрыхленный слой почвы на глубину обработки;
подуплотненный слой колесными или катковыми уплотнителями;
уплотненная зона цилиндрическими катками сошников;
рыхлая почва в бороздках.

Достоинства варианта:

хороший контакт семян с почвой и обеспеченность влагой;
прикатанная почва в бороздках уменьшает толщину слоя залегания семян, повышает равномерность их заделки по глубине;
полосовое прикатывание посевного слоя улучшает воздухообмен почвы по сравнению со сплошным прикатыванием;
заполненные рыхлой почвой бороздки замедляют процесс испарения влаги из уплотненного слоя почвы с семенами.

Таким образом, несоблюдение основных требований к качеству обработки почвы и посева может привести к недобору урожая культур до 10-30% и более.

В публикации приведено научное обоснование биологической коррекции продуктивности сельскохозяйственных культур. Продукционным процессом растений, можно управлять с помощью нескольких видов коррекции: физической, химической и биологической

Растениеводство — основа хозяйственной деятельности человека. Половина проблем цивилизации, так или иначе, связана с функциональными возможностями этой сферы деятельности. Увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур и их защита от болезней и вредителей являются центральными вопросами современной агробиологии.

Каждый знает, как тяжел крестьянский труд. Самое большое счастье земледельца — это богатый и отменный по качеству урожай. Сколько надо вложить сил и умения, чтобы не только вырастить и собрать урожай, но и сохранить его.

Продукционный процесс растений зависит не только от климатических факторов и запасов элементов минерального питания растений в почве, но также и от физиологических особенностей конкретной сельскохозяйственной культуры. Одним из направлений в области регуляции урожайности и скорости развития растений является выяснение точек приложения отдельных факторов, ограничивающих продукционный процесс. При этом воздействие на продукционный процесс должно быть множественным — по возможности направленным на максимальное количество лимитирующих факторов. Чем полнее создаётся комплекс необходимых растениям условий, тем выше будет урожай. Продуктивность сельскохозяйственных культур — результат их существования в конкретных почвенно-климатических условиях.

Продукционным процессом культурных растений, можно управлять с помощью нескольких видов коррекции (рис. 1): физической, химической и биологической.

Под физической коррекцией понимается система агротехнических, агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, направленных на создание и поддержание благоприятного для культурных растений водного, теплового и воздушного режимов, а также биологической активности почв. Этот вид коррекции был одним из первых приёмов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Она появилась тогда, когда человек разумный палкой-копалкой взрыхлил почву вокруг полюбившегося ему растения. Но прогресс не стоит на месте: на смену палки-копалки пришла соха, соху сменил плуг, потом появился плоскорез и т. д. Интенсивная механическая обработка земель приводит к почворазрушающим процессам, поэтому в настоящее время общей тенденцией земледелия является минимизация физического воздействия на почву. Для выращивания зерновых пропагандируются: стрип-тилл — узкополосная вспашка с образованием гребня (две третьих поля остаются нетронутыми), мини-тилл — минимальная обработка почв, предусматривающая замену вспашки плугом с отвалом пласта рыхлением (чизелеванием) или дискованием с созданием мульчирующего слоя, и ноу-тилл — бесплужная (одна неглубокая обработка почвы рыхлением на небольшую глубину) или, как ещё называют, нулевая технология со стерневым посевом. Для остальных культур пока ещё применяются традиционные системы земледелия. До сих пор остаются актуальными приёмы изменения минералогического и гранулометрического составов почв — пескование тяжёлых и глинование лёгких почв. Конечно же, почвы, характеризующиеся агрономически ценной структурой — наиболее благоприятны для роста и развития растений.

Исходя из изложенного выше, физическая коррекция является первой важной составляющей регулирования продукционного процесса растений.

Химическая коррекция — система мероприятий, направленная на регулирование продуктивности сельскохозяйственных растений посредством химизации — восполнения запасов элементов минерального питания растений и азота в почве, некорневых подкормок макро- и микроэлементами, регулирования кислотного и солевого режима почв, а также с помощью применения химических средств защиты растений (рис. 1). В связи с этим, основное усилие земледельцев направлено на создание в почве необходимого количества и пропорциональности фосфора, калия и азота (производственного потенциала), что достигается внесением в почву тех или иных удобрений, чаще всего минеральных. Регулируя поступление минеральных веществ в растения, также следует помнить, что недостаток одного из биофильных элементов может привести к накоплению в почве другого, что, конечно же, затруднит коррекцию основных элементов питания в почве. Количество соединений биофильных элементов, потребляемых растениями, определяется взаимодействием между скоростью потребления/выделения корнями растений этих веществ, подвижностью последних в почве, а также скоростью преобразования доступных форм питательных веществ, необходимых растениям, в недоступные и наоборот.

Исторически химическая коррекция была вторым эволюционным шагом растениеводства. Вначале использовалась древесная зола (например, при подсечно-огневом земледелии), затем — навоз сельскохозяйственных животных и, наконец, минеральные удобрения. В 21-ом веке для рационального использования минеральных удобрений используется точное, или прецизионное земледелие. Этот подход с помощью современной электронной техники позволяет дозированно вносить в почву минеральные удобрения в зависимости от содержания NPK в том или ином агрохимическом контуре.

Одним из эффективных подходов управления продукционным процессом и защиты растений является биологическая коррекция (рис. 1), которая за счёт совокупности методов направленного воздействия на биологию растений позволяет не только дополнительно повысить урожайность культурных растений с улучшением качества получаемой продукции, но увеличить сохранность выращенного урожая.

Биологическая коррекция — это третий эволюционный шаг растениеводства, развивающий адаптивное земледелие. Можно сказать, что методы биологической коррекции не новы. Их применяли давно. Особенно если вспомнить выращивание ананасов в Санкт-Петербурге в 19-ом веке — при печном отоплении и свечном освещении, но при использовании хорошо гумифицированного материала — садовой земли. Да, зачастую, новое — это хорошо забытое старое. Так зачем же забывать то, что весьма полезно для практиков? Современная теория биологической коррекции опирается на известный опыт, но базируется на достижениях современной науки.

Так, методология биологической коррекции опирается на следующие три ключевых положения:

1) зелёные сосудистые растения способны поглощать и усваивать органические соединения;

2) в зелёных сосудистых растениях одним из путей, обеспечивающих транспорт веществ, является единая система протопластов растительных клеток, объединённых в одно целое многочисленными специальными каналами (плазмодесмами), что позволяет растениям поглощать питательные вещества не только с помощью корней, но и листьями;

3) продукционный процесс растений в значительной степени определяется скоростью передвижения питательных веществ из корня в листья, и из листьев в корень.

Суть этого подхода — восполнение недостающих звеньев системы почва-растение, воспроизводство которых осуществляется вне этой системы посредством искусственной их интенсификации. При этом обязательно должны учитываться физиологические особенности растений. Биологическая коррекция роста и развития растений опирается на научные достижения современных биотехнологий, таких как: производство микробиологических препаратов, физиологически активных веществ, биологических средств защиты растений и т. д. В основе таких биотехнологий лежит принцип биологического соответствия.

Регулирование процессов метаболизма растений осуществляется с помощью использования биологических препаратов и комплексных органо-минеральных питательных смесей. Питательные смеси лучше всего приготавливать на основе растворов гуминовых веществ (ГВ). Характерная особенность питательных органо-минеральных смесей состоит в том, что извлечённые ГВ должны быть безбаластными (то есть без липидов) и не содержать углекислых солей натрия и калия. Помимо этого, в растворы необходимо добавлять инициальное количество основных элементов минерального питания растений (NPK) и полный комплекс микроэлементов, которые должны находиться в определённой пропорции и в стабильном растворённом состоянии.

Питательные органо-минеральные смеси хорошо сочетаются с биологическими инсектицидами и сами обладают выраженными фунгистатическими свойствами (то есть угнетающими рост и развитие патогенных грибов). Эти растворы предназначены для некорневых обработок сельскохозяйственных культур.

Анализ научной литературы и собственные экспериментальные данные свидетельствуют, что некорневая обработка органо-минеральными смесями приводит:

2) к увеличению проницаемости клеточных мембран — вследствие непосредственного воздействия ГВ,

3) к вызову (индукции) экспрессии генов, приводящей к увеличению защитных свойств растений и оптимизации биосинтеза,

4) к энергетическому обогащению — в результате использования некоторых компонентов ГВ в качестве структурных фрагментов биологических макромолекул,

5) к оптимизации дыхания и фотосинтеза — по причине ускорения циркуляции питательных веществ, а также использования некоторых компонентов ГВ в качестве структурных фрагментов биологических макромолекул;

6) к оптимизации соотношения органических и минеральных анионов в растениях и, как следствие, к снижению нитратов в продукции растениеводства;

7) к оптимизации биосинтеза и, как следствие, к увеличению в продукции белков, сахаров, жиров и витаминов;

9) к возрастанию устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям — за счёт вызова экспрессии генов и биосинтеза фитонцидов;

10) к повышению коэффициента использования минеральных удобрений сельскохозяйственными культурами — посредством ускорения циркуляции питательных веществ в растениях, а также увеличения проницаемости клеточных мембран,

11) к снятию стресса после применения пестицидов — в результате детоксикации ксенобиотических веществ.

Биологическая коррекция предусматривает также использование биологических средств защиты растений и инфицирование последних полезными для сельскохозяйственных культур микроорганизмами и грибами.

Сомневаться в чрезвычайно положительном влиянии питательных органо-минеральных смесей на рост и развитие культурных растений, на объем и качество их урожая, у нас нет ни малейших причин. Это подтверждено многочисленными научно-исследовательскими экспериментами и результатами производственных опытов (рис. 2).

Накопленный производственный опыт позволяет утверждать следующее:

1) отрицательных последствий при обработке сельскохозяйственных растений питательными органо-минеральными смесями нет;

2) увеличение урожайности сельскохозяйственных культур с различными физиологическими особенностями имело место во всех случаях производственных испытаний в разных климатических зонах и при отличающихся погодных условиях.

3) обработка культурных растений питательными органо-минеральными смесями повышала пищевую или кормовую ценность продукции растениеводства;

Рисунок 2. – Результаты влияния биологической коррекции на прибавку урожайности сельскохозяйственных культур разных семейств, выращенных в производственных условиях.

4) у обработанных растений плоды были вкусными и ароматными;

5) у декоративных растений венчик цветов, как правило, был ярче, а запах сильнее;

6) в ряде случаев наблюдалось сокращение вегетационного периода развития растений;

7) обработка рассады приводила к увеличению её приживаемости;

8) у черенков, выращиваемых в питательной смеси, корнеобразование происходило более интенсивно;

9) совместное применение органо-минеральных питательных растворов с биологическими инсектицидами (например, битоксибациллином, лепидоцидом) позволяет успешно бороться даже с минирующими насекомыми (при этом биологические инсектициды под защитой специального нетоксичного и не вызывающего побочных действий у живых организмов комплексона вводятся в питательный раствор).

Была выявлена следующая закономерность при применении некорневых обработок органо-минеральными смесями:

- при высоком производственном потенциале почв и благоприятных агрометеорологических условиях наблюдалось относительно невысокое увеличение урожайности сельскохозяйственных культур (в среднем на 15–25 %);

- при экстремальных агрометеорологических обстоятельствах, но при хорошей обеспеченности почвы основными элементами минерального питания растений (NPK), эффект был максимальным и зачастую достигал двукратного превышения урожайности по отношению к контролю.

Таким образом, путь биологической коррекции позволяет уберечь урожай от вредителей, воспрепятствовать развитию инфекционных болезней и дополнительно повысить как сам урожай сельскохозяйственных культур, так и его качество. Этот путь позволяет реализовать резервные функции растений, а также увеличить устойчивости посевов к неблагоприятным погодным условиям. Биологическая коррекция — один из важных приёмов биологического земледелия.

Читайте также: