INFLUENCE OF BIODRUGS ON PRODUCTIVITY ELEMENTS, YIELD AND GRAIN QUALITY OF SPRING WHEAT AT DIFFERENT LEVELS OF NITROGEN NUTRITION
INFLUENCE OF BIODRUGS ON PRODUCTIVITY ELEMENTS, YIELD AND GRAIN QUALITY OF SPRING WHEAT AT DIFFERENT LEVELS OF NITROGEN NUTRITION
Abstract
In a micro-field experiment, different drugs were tested on spring wheat variety Zlata at different levels of nitrogen. Increasing the yield of grain crops, which are the basis of food security of mankind, is based on the improvement of technological methods, including the use of modern drugs necessary to regulate the growth and development of plants. The relevance of this task remains against the background of expanding assortment of wheat varieties and the range of applied drugs. The aim of the research was to test the effectiveness of drugs of different importance in the formation of yield and quality of spring wheat plants at different levels of nitrogen. Achievement of research objectives was carried out in a small-delivery field experiment at the experimental station of the Russian State Agricultural Academy of Agricultural Sciences named after K.A. Timiryazev. The efficiency of five drugs (Biodux, Epin-Extra, Emistim, Ferovit and Hardy) was studied at two levels of nitrogen nutrition (without nitrogen fertilizers – N0; and with nitrogen fertilizers – N90), which were used to treat plants twice in the phases of tillering and tube emergence. One-factor analysis of variance was used for statistical processing of the study data. According to the results of the experiment, an increase in the values of the yield index on both backgrounds of nitrogen nutrition was shown. Upon the background of natural soil fertility, all drugs had a significant stimulating effect on the yield of the studied wheat variety, especially effective were the drugs Emistim, Hardy and Ferovit. When nitrogen fertilizers were applied, the most effective were Biodux, Ferovit and Emistim, which increased yields by 38%, 38% and 29% above the control, respectively. The value of 1000 grain weight varied quite significantly and almost twice exceeded the control variant on the natural soil background in the variants with Biodux, Emistim and Hardy. On the background of nitrogen fertilizer application the difference was less, but still the deviation was noted in the positive direction, where the increase in the variants with biodrugs Biodux, Emistim and Ferovit is also quite significant (1.6 times, 1.8 times and 1.4 times, respectively).
1. Введение
Использование регуляторов роста в агропроизводстве широко распространенный метод воздействия на сельскохозяйственные культуры, позволяющий прежде всего получать более высокие урожаи. Однако регуляторы роста выступают также для достижения других целей: обеспечение устойчивости растений к стрессам, к болезням и вредителям, регулирование густоты стояния посевов и индекса кущения растений, выполненность колоса, повышают процент сухого вещества в вегетативной массе растений. Многие авторы в своих работах показывают значительную эффективность применения регуляторов роста при возделывании практически всех растений: от однолетних, до многолетних культур, от травянистых до плодовых, декоративных и лесных видов. Эти соединения позволяют управлять различными сторонами физиологических процессов (ростом, развитием, цветением, плодоношением, созреванием), обеспечивая количество и качество урожая и снижение потерь при уборке и хранении сельскохозяйственной продукции , , , .
Сочетание внесения азотных удобрений и применения регуляторов растений имеет большое значение в современных технологиях выращивания зерновых культур, поскольку способствует более эффективному использованию основного элемента питания азота и тем самым является важным фактором формирования высоких урожаев с улучшением качественных показателей зерна , , .
Поскольку яровая пшеница в ряде регионов России занимает значительную долю в посевах зерновых культур, то испытания новых регуляторов роста, а также подбор оптимальных доз и способов воздействия этих препаратов проводят именно на этой культуре. Биостимуляторы роста Эпин-Экстра и Циркон, в условиях стресса от засухи, поддерживают адаптационные процессы растения сорта Злата за счет увеличения площади ассимиляционной поверхности стеблей, но при этом наблюдается снижение скорости развития площади листовой поверхности . В ряде исследований установлено благотворное влияние стимуляторов роста на снижение уровня поражения растений вредными организмами. При предпосевной обработке яровой пшеницы препаратами Эпин Экстра, Циркон, НВ 101, янтарной кислотой отмечали снижение повреждения растений полосатой блошкой, клопом-вредная черепашка и ростковой мухой, кроме того уровень поражения корневыми гнилями снижался в вариантах обработки регуляторами роста Эпин-Экстр, янтарной кислотой и Циркон . Стабилизация высокого уровня урожайности и качества зерна яровой пшеницы может быть осуществлена за счет применения биостимулятора роста Циркон . Многие исследования показали важную защитную и стимулирующую роль приемов применения различных соединений, таких как Циркон, а также микроэлементов, которые регулируют рост и развитие культурных растений, в контроле производственного процесса и поддержке механизмов адаптивной защиты яровой пшеницы при воздействии стрессовых условиях, возникающие в результате засухи или загрязнения почвы элементами тяжелых металлах , , .
Биопрепараты Циркон и Эпин-Экстра обеспечили урожайность до 3 т/га зерновых культур в Самарской области . Препараты Рибав-Экстра и Крезацин существенно активизировали фотосинтетическую деятельность растения яровой пшеницы в стрессовых неблагоприятных водно-температурных условиях . Они способствовали повышению скорости ростовых процессов и увеличивали площадь листовой поверхности растений пшеницы. В условиях Белоруссии регуляторы роста Эпин-Экстра и Фитовитал повышали количество продуктивных стеблей и продуктивную кустистость растения яровой пшеницы, что позволило повысить урожайность зерна на 3,1 и 5,8 ц/га по сравнению с фоновым удобрением .
Биопрепарат Биодукс показал себя на сельскохозяйственных культурах как средство повышения устойчивости растений к ряду вредных организмов . Предпосевная обработка растений яровой пшеницы препаратом Биодукс показала хорошую эффективность (42-77%) против корневых гнилей, что позволило улучшить фитосанитарное состояние растений и получить хороший урожай с прибавкой 0,47 т/га . По данным исследования , биопрепарат Биодукс повышает урожайность сорта Дарья на 16% с улучшением показателей качества семян. Отмечалось, что прибавка содержания белка составляла 2,9% по отношению к контролю.
Весьма перспективными являются новые комплексные препараты, содержащие не только стимуляторы роста, но и метаболиты полезных микроорганизмов, например, метаболиты, выделяемые в окружающую среду грибом Trichoderma atrobrunneum ВКПМ штамм F-1434 в сочетании с препаратами Нигор и Эликсир Урожая, которые не только повышают энергию прорастания семян и полевую всхожесть, но и увеличивают массу 1000 зерен, число сохранившихся при посеве растений, число продуктивных стеблей, способствуют накоплению сахаров в семенах, обеспечивают толерантность зерновых культур к корневым гнилям .
Использование различных приёмов применения регуляторов роста – предпосевная обработка и две внекорневые обработки в период вегетации растения яровой пшеницы позволяет снижать негативное влияние засушливых условий. Наибольший урожай растение был получен в случае сочетания всех способов обработки, что обусловлено эффективным положительным влиянием на количество продуктивных стеблей, а также количество зерен в колосе . Однако, предпосевная обработка семян яровой пшеницы сорта Баженка биопрепаратом Эмистим Р достоверно снизила общую площадь листьев на 21,3% по сравнению с контролем, хотя при опрыскивании вегетирующих растений в фазе кущения он был эффективней других регуляторов роста и способствовал увеличению общей площади листьев на 8,7%, по сравнению с обработкой семян .
Существенное снижение листовых болезней яровой пшеницы было отмечено при их обработке препаратами Альбит и Эмистим Р . Биопрепараты Эпин-Экстра, Феровит и сочетание его с препаратом Циркон позволяют существенно повысить белковость семян яровой пшеницы .
В исследованиях с Пажитником сенным отмечено положительное воздействие стимуляторов роста Циркон, Феровит, Эпин-Экстра и ретарданта Харди на накопление сахаров в семенах и устойчивость к корневым гнилям. При сочетании препаратов Циркон и Феровит в единой смеси урожайность этой кормовой культуры повысилась на 23,8% по сравнению с контролем. Биорегулятор роста Эпин-Экстра обладает сильным адаптационным воздействием, особенно на фоне низких температур и избыточного увлажнения. В жарких и засушливых условиях интенсивное адаптационное воздействие показала бинарная смесь биопрепаратов Циркон+Феровит. Ретардант Харди повышал урожайность семян только при благоприятных условиях, а показатель массы 1000 семян увеличивал в любых погодных условиях .
Учитывая важность вышеизложенного, целью исследований было изучение эффективности биопрепаратов, регулирующих рост растений (как стимуляторов роста, так и ретардантов), в контроле продуктивного процесса растений яровой пшеницы при различных условиях азотного питания. В задачи исследований входит изучение действия биопрепаратов на формирование урожайности пшеницы сорта Злата и связанных с ней морфологических показателей растения, а также показателей качества зерна данного сорта пшеницы.
2. Методы и принципы исследования
Объектом проведенного исследования была яровая пшеница сорт Злата (создатель – ФИЦ «НЕМЧИНОВКА» совместно с Рязанским НИИСХ). Высевали по 400 семян на опытную делянку. Опыты проводили с использованием общепризнанных методик на учебной опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2022 году. Почва полевого участка характеризуется следующими агрохимическими показателями: рНKCl – 6,2, Нг – 0,37 мг·экв /100 г почвы, S –23,6 мг·экв/100 г, V – 98%, Nщ.г. – 80 мг/кг почвы (I класс), количество подвижных форм фосфора в почве составляет 251 мг/кг почвы (VI класс), количество подвижных форм калия составляет 186 мг/кг (VI класс). Создали 2 уровня азотного питания:
1 – N0 (без внесения азотных удобрений);
2 – N90 (вносили нитрат аммония).
Испытывали в четырех повторностях пять препаратов: Биодукс (биостимулятор роста, д.в. арахидоновая кислота по концентрации 0,3 г/л) в дозе 0,1 мл/л воды; Эпин-Экстра (биостимулятор роста, д.в. 24-эпибрассинолид по концентрации 0,025 г/л) в дозе 0,2 мл/л воды; Эмистим (биостимулятор роста, д.в. продукты метаболизма Acremonium lichenicola – 0,01 г/л) в дозе 0.5 мл/л воды; Феровит (биостимулятор роста, микроудобрение, д.в. Fe 75 г/л + N 40 г/л) в дозе 1 мл на 1 л воды; Харди (ретардант, д.в. α-дифенолы и эпибрассинолид) в дозе 0.5 мл/л. Обработку биопрепаратами осуществляли в период вегетации в двух фазах развития растений (1– кущение, 2 – выход в трубку). Площадь экспериментальной делянки была 1 м2. Технология возделывания была стандартной . После уборки определяли урожайность, длину стебля, длину колоса, число колосков в колосе, число семян в колосе, массу 1000 зерен, а также показатели качества зерна. Для статистической обработки данных исследования использовался однофакторный дисперсионный анализ .
3. Основные результаты
Многие исследователи предпочитают совмещать предпосевную обработку семян и обработку вегетирующих растений. В эксперименте было исследовано влияние двухкратной обработки биопрепаратами растений на разных фонах азотного питания. Важнейшим показателем является урожайность, но остальные характеристики тесно связаны с ним и влияние регуляторов роста на эти показатели служит важным оценочным фактором при определении эффективности препарата. В таблице 1 представлены данные по влиянию биопрепаратов на показатели урожайности и массу 1000 зерен изучаемого сорта пшеницы в разных фонах азотного питания.
Таблица 1 - Урожайность и масса 1000 зерен яровой пшеницы сорта Злата при влиянии различных препаратов на разных фонах азота
Вариант обработки | Урожайность, г/м2 | Прибавка урожая, % | Масса 1000 зерен, г | Прибавка, % | ||||
N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | |
Контроль | 167,8 | 184,3 | - | - | 14,6 | 22,0 | - | - |
Биодукс | 182,1 | 354,8 | + 8,5 | + 92,5 | 40,5 | 35,4 | +177,4 | +60,9 |
Эпин-Экстра | 221,1 | 299,9 | + 31,7 | + 62,7 | 19,3 | 22,4 | +32,2 | +1,8 |
Эмистим | 246,9 | 339,8 | + 47,1 | + 84,4 | 31,0 | 40,2 | +112,3 | +82,7 |
Феровит | 203,8 | 319,6 | + 21,5 | + 73,4 | 25,1 | 31,6 | +71,9 | +43,6 |
Харди | 253,7 | 301,7 | + 51,2 | + 63,7 | 30,3 | 28,4 | +107,5 | +29,1 |
НСР 05 | 11,6 | 15,8 | - | - | 1,3 | 1,5 | - | - |
Анализируя обзор литературы, упомянутый во введении к статье, видно важность применения биологических препаратов при возделывании различных сельскохозяйственных культур, в первую очередь пшеницы, для получения обильных урожаев. Все использованные препараты способствовали увеличению урожайности при всех условиях азотного питания. Как показывают данные таблицы 1 существенное различие по урожайности отмечено на обоих фонах. При этом на фоне N0 все биопрепараты значительно увеличили значение этого показателя. Особенно эффективными были препараты Эмистим и Харди, которые повысили урожайность по сравнению с контролем на 47% и 51% соответственно. Наименьшую эффективность проявлял препарат Биодукс, который на этом фоне показал прибавку урожая только 9 % по сравнению с контролем. На азотном фоне (N90) прибавка урожая от использованных биопрепаратов была значительно больше по сравнению с фоном (N0). На фоне внесения азота в дозе из расчета 90 кг/га наиболее эффективными оказались биопрепараты Биодукс и Эмистим, которые повысили урожайность почти В 1,9 раз и в 1,8 раз выше контроля. Остальные препараты показали меньшие прибавки урожайности.
Важнейшим показателем для определения эффективности воздействия применяемых препаратов на урожайность является величина массы 1000 зерен, поскольку именно она отражает уровень продукционных процессов оттока и накопления питательных соединений в урожае. Как следует из данных таблицы 1, в опыте на фоне N0 явно наблюдается положительный эффект увеличения массы 1000 зерен в вариантах с препаратами Биодукс, Эмистим и Харди в 2,8 раз, 2 раза и 2 раза быше контроля соответственно. На азотном фоне (N90) прибавка в вариантах с биопрепаратами Биодукс, Эмистим и Феровит также довольно значительна (на 61%, 83% и 44% соответственно), хотя и значительно меньше, чем на более бедной по азоту почве (при N0).
Выявлено, что определенное влияние на формирование урожайности пшеницы оказывают и другие морфологические и структурные элементы растения, участвующие в образовании генеративных органов пшеницы. В таблице 2 представлены результаты измерения количественных, морфологических и структурных признаков изучаемых растений в разных уровнях азотного питания.
Таблица 2 - Влияние биопрепаратов на морфологические структурные элементы формирования продуктивности растений яровой пшеницы сорта Злата на разных фонах азотного питания
Вариант обработки | Длина стебля, см | Длина колоса, см | Количество колосков в колосе, шт. | Число семян в колосе, шт. | ||||
N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | |
Контроль | 52,0 | 52,8 | 8,3 | 8,3 | 12 | 13 | 21 | 29 |
Биодукс | 49,3 | 52,5 | 8,8 | 7,4 | 14 | 9 | 25 | 31 |
Эпин-Экстра | 56,7 | 56,4 | 10,3 | 8,8 | 14 | 13 | 35 | 29 |
Эмистим | 51,4 | 55,7 | 9,2 | 8,9 | 13 | 11 | 21 | 35 |
Феровит | 46,8 | 55,5 | 9,0 | 9,2 | 13 | 12 | 25 | 37 |
Харди | 51,2 | 51,4 | 9,9 | 9,5 | 14 | 13 | 27 | 35 |
НСР05 | 2,6 | 2,7 | 0,5 | 0,4 | 0,7 | 0,6 | 1,1 | 1,6 |
Как показывают данные таблицы 2, показатели длины стебля и длины колоса в большинстве вариантов существенно не изменились от уровня контроля, т.е. использованные регуляторы роста не оказали влияния на эти морфологические характеристики. Под влиянием препарата Эпин-Экстра на фоне N0 длина стебля и длина колоса увеличились на 9% и 24%. На фоне внесения азота (N90) длина стебля растений увеличивалась на 7%, 5% и 5% при использовании препаратов Эпин-Экстра, Эмистим и Феровит соответственно, а прирост длины колоса достигал 7%, 11% и 14% с препаратами Эмистим, Феровит и Харди. Влияние биопрепаратов, как и влияние фона, не было значимым на показатель числа колосков в колосе. Препараты Биодукс, Эпин-Экстра и Харди на фоне N0 стимулировали образование колосков в колосе по сравнению с контролем, но на фоне внесения азота N90 отрицательное влияние на этот показатель наблюдалось в вариантах с биопрепаратами Биодукс и Эмистим, что в целом совпадает с данными других авторов . Как видно из данных таблицы, большинство использованных препаратов способствовало стимуляции образования семян в колосе. При N0 прибавка количества зерен в колосе составила 67% и 29% под влиянием биопрепаратов Эпин-Экстра и Харди, а при внесении азотных удобрений N90 увеличение количества зерен в колосе составила 21%, 28% и 21% при использовании биопрепаратов Эмистим, Феровит и Харди.
В технологиях выращивания пшеницы, как указывается во многих литературных источниках, производство зерна с улучшенными характеристиками качества и значительной ценностью поддерживается комбинированным применением рострегулирующих препаратов и удобрений , , . В отношении пшеницы ГОСТ 9353-2016 устанавливает, что основными показателями качества зерна являются содержание белка, клейковины, индекс деформации клейковины (ИДК), содержание крахмала, натура и др. .
В таблице 3 приведены результаты, представляющие анализ качества муки из зерна яровой пшеницы, полученных после внекорневой обработки растений препаратами на разных азотных фонах.
Таблица 3 - Влияние биопрепаратов на качество зерна яровой пшеницы сорта Злата в различных фонах азотного питания
Вариант обработки | Содержание белка, % | Содержание сырой клейковины, % | ИДК | Содержание крахмала, % | ||||
N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | N0 | N90 | |
Контроль | 13,8 | 13,3 | 25,0 | 28,6 | 99,8 | 97,9 | 50,4 | 54,3 |
Биодукс | 13,7 | 13,6 | 23,7 | 32,0 | 81,7 | 99,9 | 63,5 | 55,0 |
Эпин-Экстра | 13,6 | 12,2 | 29,1 | 31,7 | 96,6 | 95,9 | 55,7 | 54,8 |
Эмистим | 11,9 | 12,9 | 26,3 | 31,0 | 87,1 | 93,5 | 60,2 | 60,8 |
Феровит | 12,3 | 14,0 | 24,9 | 29,5 | 85,5 | 90,7 | 60,8 | 60,3 |
Харди | 12,4 | 13,9 | 30,0 | 30,9 | 96,8 | 105,1 | 64,0 | 57,4 |
НСР 05 | 0,7 | 0,7 | 1,3 | 1,4 | 4,6 | 4,9 | 3,0 | 2,9 |
Как показали полученные данные исследования, применение азотного питания фон существенно влияло только на показатели содержания сырой клейковины и уровня ИДК полученного зерна пшеницы, а на все остальные изученные показатели – азотный фон существенно не повлиял. На фоне N0 показатель белка зерна был меньше, чем в контроле в вариантах с биопрепаратами, а на азотном фоне N90 такая тенденция отмечена в варианте с препаратом Эпин-Экстра, что согласуется с данными С.А. Семиной . На обоих фонах азотного питания N0 и N90 накоплению клейковины в зерне способствовали все препараты. На фоне N0 препараты Эпин-Экстра и Харди показали увеличение содержания сырой клейковины на 1,2 раз по сравнению с контролем, а на азотном фоне N90 значения этого показателя увеличивались до 4% во всех вариантах с регуляторами роста, причем увеличение в 1,1 раз достигалось с препаратами Биодукс, Эпин-Экстра и Эмистим. Важную роль в характеристике реологических свойств клейковины (растяжимости, эластичности и др.) играет ИДК (качества клейковины), который способствует оценке хлебопекарных качеств изучаемых сортов пшеницы . Показатель ИДК, к сожалению, в большестве вариантов опыта оказался выше хорошего показателя, что связано, видимо, с особенностями культуры и сорта. Яровая пшеница обычно имеет довольно низкое качество клейковины (ИДК этого зерна превышает 90-100 единиц). На азотном фоне (N90) индекс деформации клейковины, показывающий уровень качества муки, в нашем эксперименте колебался от 90 до 105 единиц. Однако на фоне N0 в вариантах с препаратами Биодукс и Феровит этот показатель имел лучше значения и составил соответственно 81,7 и 85,5. При оценке значений показателей качества (содержание белка, сырой клейковины и ИДК), полученное зерно изучаемого сорта пшеницы Злата в нашем эксперименте можно отнести к третьему классу технической классификации, его можно использовать в секторе хлебопекарной промышленности. Все препараты при всех уровнях азотного питания оказали положительное действие на содержание крахмала по сравнению с контролем. Более эффективными на фоне N0 были препараты Биодукс и Харди, которые увеличили этот показатель в 1,3 раз, а на азотном фоне N90 препараты Эмистим и Феровит увеличили – в 1,1 раз.
Таким образом, изученные препараты, по-видимому, оказывают свое положительное воздействие через механизмы накопления массы 1000 зерен, что и объясняет повышение урожайности. На показатели, связанные с размерами стебля и колоса, а также с числом семян и колосков в колосе, изученные препараты существенного влияния не оказали, хотя тенденции такие отмечены. Были выявлены наиболее эффективные препараты, оказывающие влияние на качественный состав зерна пшеницы сорта Злата. На показатель сырой клейковины и крахмала наибольшее действие проявили на фоне N0 препарат Харди, на фоне N90 – препарат Эмистим.
4. Заключение
Существенную прибавку в урожайности выявили во всех вариантах регуляторов роста на фоне естественного плодородия почвы N0, наиболее четко у препаратов Эмистим и Харди и Феровит (при возрастании в 2 раза, 1,9 раз и 1,8 раз выше контроля), а на фоне внесения азота N90 выделились как наиболее эффективные стимуляторы этого показателя Биодукс, Феровит, Эмистим (прибавки 38%, 38% и 29% выше контроля).
Масса 1000 семян довольно значительно колебалась и почти в два раза превысила контроль на фоне естественного плодородия почвы в вариантах с препаратами Биодукс, Эмистим и Харди. На фоне азотного питания N90 разница была меньше, но все-таки отклонение отмечено в положительную сторону, где прибавка в вариантах с биопрепаратами Биодукс, Эмистим и Феровит также довольно значительна (на 61% и 83% и 44% соответственно), хотя и значительно меньше, чем на более бедной азотом почве.
Содержание крахмала и сырой клейковины, а также ИДК изменялись под влиянием регуляторов роста и азотного фона. Оказались наиболее эффективными препаратами по показателю сырой клейковины – Харди и Эпин-Экстра (прибавка на 1,2 раз в условиях N0), и Биодукс, Эпин-Экстра и Эмистим (прибавка на 1,1 раз в условиях N90), по показателю крахмала – Биодукс и Харди (прибавка на 1,3 раз в условиях N0), и Эмистим и Феровит (прибавка на 1,1 раз в условиях N90). На показатель сырой клейковины и крахмала наибольшее действие проявили на фоне N0 препарат Харди, на фоне N90 – препарат Эмистим.
При оценке значений показателей качества (содержание белка, сырой клейковины и ИДК), полученное зерно изучаемого сорта пшеницы Злата в нашем эксперименте можно отнести ко третьему классу технической классификации.