Production process of spring wheat variety Radmira under different growing condition
Production process of spring wheat variety Radmira under different growing condition
Abstract
In a model vegetation experiment in soil culture, the effect of two biopreparations: the biostimulant Biodukx and the organomineralbiopreparation (OMB) on the production process of spring wheat plants of the Radmira variety, depending on water supply conditions, was studied. In various agricultural production conditions, when the tasks are set to obtain a high yield of agricultural crops with improved characteristics, there is a need to use modern cultivation technologies. These technologies involve regulating the conditions of mineral nutrition and the use of innovative biopreparations that allow creating the most effective plant protection and activating the mechanisms of plant resistance to stress reactions arising under the influence of abiotic and biotic environmental factors. The use of different technological methods, depending on the level of moisture supply to plants, allows regulating the intensity of photosynthetic processes during the growing season and the efficiency of the plant production process
, , . The aim of the research was to study the effectiveness of biopreparations in regulating the production process and controlling the yield of spring wheat plants under various water supply conditions. The formation of the assimilation surface of wheat plants, the yield and quality of wheat grain of this crop were studied. Research methods. To address the issues raised, a vegetation experiment was conducted in a soil culture, where various conditions of plant water supply were modeled. Conditions of optimal water supply, moisture deficiency and excess were created during the critical period of plant growth. The object of the research was spring wheat of the Radmira variety. The studies examined the biopreparation Biodukx and the organomineral biopreparation (OMB). Statistical processing of the research results was carried out using one-way analysis of variance. Research results. The research results allowed us to identify the role of biopreparations when used by treating seeds before sowing in regulating the production process of the studied spring wheat variety Radmira, depending on the conditions of soil water supply. A positive effect of the studied biopreparations on the processes of formation of wheat plant yield, as well as on grain quality indicators, was revealed under conditions of optimal water supply and moisture deficiency in the soil, during the critical period of plant growth. In experimental conditions, in which drought was established, when using the biopreparations Biodukx and OMB (organomineralbiopreparation), a slowdown in the growth rate of the assimilation apparatus of wheat plants was observed, which was probably caused by the activation of the plant's protective mechanisms. This contributed to the regulation of the size and intensity of the outflow of assimilates into the reproductive organs of wheat. Under these conditions, an increase in plant productivity and the production of the main product with improved characteristics were achieved. A positive effect of the organomineralbiopreparation on the processes of grain productivity formation and the quality of the resulting products under conditions of soil overmoistening was established.1. Введение
Значительная часть Российского зернового сектора занята пшеницей, зерно высшего сорта которой является ценным продуктом питания. Одним из основных факторов, ограничивающих рост растений, является условием неустойчивого увлажнения почвы. Причем условия недостатка влаги для растений чередуются с периодами избытка водообеспечения почвы. Помимо аномальных отклонений климатических условий от среднемноголетних показателей, возникают изменения водно-физических свойств почвы и условий водообеспечения нижележащих горизонтов профиля почвы. Совокупность всех этих факторов оказывает существенное отрицательное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность применяемых в сельскохозяйственной практике приемов, что обусловлено уменьшением доступных форм основных элементов питания и соответственно снижением размеров их поступления в растения , , , , .
Яровая пшеница отличается некоторой влаголюбивостью. Для нормального роста и достижения хорошей продуктивности ей на протяжении всего жизненного цикла требуется определенное количество воды. Наиболее подходящие условия для роста растений и использования почвенной влаги – это когда наличие влаги в корнеобитаемом слое почвы находится в пределах 60-70% ПВ . Период от начала фазы выхода в трубку до фазы колошения – является критическим, когда рост растений пшеницы наиболее чувствителен к условиям увлажнения почвы. Скорость потребления влаги растениями подвержена изменению в течение вегетационного периода и зависит от многих факторов, к которым относятся: возраст растения, интенсивность его роста и развития, доступность влаги в почве, температура и степень развития корневой системы растений . Недостаток или избыток влаги в первой половине вегетации является распространенной проблемой при выращивании зерновых культур, особенно яровой пшеницы. Это может привести к аномальным отклонениям основных физиологических процессов роста и развития растений, снижению темпов роста, что, в свою очередь, снижает продуктивность культуры .
Достижение оптимального производства сельскохозяйственных культур и продукции наилучшего качества требует использования современных технологий выращивания, которые предполагают регулирование условий минерального питания и использование инновационных биопрепаратов, которые позволяют создать наиболее эффективную защиту растений и активизировать механизмы устойчивости растений к стрессовым реакциям, возникающим под воздействием абиотических и биотических факторов окружающей среды. Использование разных технологических приемов в зависимости от уровня обеспечения растений влагой, позволяет регулировать интенсивность фотосинтеза в течение вегетационного периода и эффективность продукционного процесса растений , , .
К числу методов, применяемых в современных технологиях выращивания яровой пшеницы с целью получения хороших урожаев, помимо внедрения новых ценных сортов, относится применение экологически безопасных и физиологически эффективных препаратов, которые в последние годы приобрели большую популярность в результате их биологической активности и широкого спектра действия. Эти препараты, применяемые в низких концентрациях, отличаются способностью стимулировать обменные процессы, способствуют росту и развитию растений, повышают его адаптационные способности в неблагоприятных условиях окружающей среды, что позволяет получать повышенные урожаи хорошего качества , , , и .
В связи с вышеизложенным, была поставлена цель исследования – изучение эффективности биопрепаратов в регулировании продукционного процесса растений яровой пшеницы в различных условиях водообеспечения. В задачи наших исследований входит изучение влияния препаратов Биодукс и органоминерального биопрепарата (ОМБ) на способность растений формировать фотосинтетическую активность в течение периода вегетации, а также на формирование урожайности и качества зерна сорта Радмира.
2. Методы и принципы исследования
Для достижения целей исследования был проведен вегетационный эксперимент с выбранным в качестве объекта данного исследования сортом яровой пшеницы Радмира (Triticumaestivum L.). Исследовательский опыт с растениями проводился в вегетационном домике по стандартным общепринятым методикам на кафедре агрономической, биологической химии и радиологии, входящей в состав института Агробиотехнологии ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Выращивание исследуемых растений было в условиях почвенной культуры с использованием сосудов типа Вагнера (вместимостью 5 кг почвы). В нашем эксперименте, для растения минеральное питание создавали путем внесения в почву удобрений азофоски (действующее вещество – 16:16:16) и NH4NO3 (действующее вещество – 35%) в дозе из расчета N150P100K100 мг на 1 кг почвы. Предпосевную обработку растений в опыте проводили препаратами Биодукс и органоминеральным биорегулятором (ОМБ).
Биодукс является универсальным многоцелевым препаратом для растений, состоящим их арахидоновой кислоты. В небольших концентрациях проявляет иммуностимулирующее действие, способствуя формированию у растений долгосрочной неспецифической системной устойчивости, а также активирует ростовые и биологические процессы . Органоминеральный биостимулятор (ОМБ) – препарат, оказывающий полифункциональное действие на растения, так как обладает способностью регуляции биохимических и физиологических процессов внутри растительных клеток. Он способствует активированию системы фотосинтеза и тем самым стимулирует рост растений , , .
Для исследования создавали разные условия водообеспечения: (1) оптимальное водообеспечение растений, которое устанавливалось путем полива сосудов по массе до влажности 60% ПВ на протяжении всего периода развития растения, (2) недостаточное водообеспечение растений (засуха) моделировали путем прекращения полива растений пшеницы на VI этапе органогенеза; (3) переувлажнение почвы, вызванное в результате затопления растений пшеницы в сосудах на VI этапе органогенеза. Периоды засухи и переувлажнения длились семь дней, после чего благоприятные условия для обеспечения растений водой в данных вариантах возобновлялись. Чтобы оценить влияния препаратов на растение, была измерена площадь ассимиляционной поверхности растений яровой пшеницы при оптимальном водообеспечении в три разных момента времени: в фазы выхода в трубку, колошения и цветения. В условиях засухи и переувлажнения, созданных в ходе эксперимента, образцы растений отбирали также в трех временных точках развития растения: в фазы выхода в трубку (начало стрессовых условий), в фазу колошения (окончание стрессовых условий и возобновление полива), в фазу цветения (период репарации-восстановление после прекращения созданных стрессовых условий) . После уборки урожая яровой пшеницы определяли массу зерна в г/сосуд. В зерне, полученном из урожая культура определяли основные показатели качества по общепринятым методикам. Все полученные результаты исследований обрабатывались с использованием статистического метода дисперсионного анализа .
3. Основные результаты
Интенсивность фотосинтеза, образующего основное органическое вещество в вегетирующих растениях и преобразующего солнечную энергию в энергию биомассы растений, тесно коррелирует с формированием продуктивности сельскохозяйственных растений. Факторы окружающей среды в различных почвенно-климатических зонах, и также продолжительность вегетационного периода оказывают непосредственное влияние на фотосинтетическую активность растений. Интенсивность процессов, связанных с ростом растительного организма, и скорость роста отдельных органов растений формируют величину ассимиляционного аппарата. При этом продолжительность его работы и интенсивность фотосинтетических процессов являются основными факторами, определяющими урожайность растений , , , .
Многочисленные исследования показывают, что применение стимуляторов физиолого-биохимические процессы прорастающих семян и проростков позволяет оптимизировать условия выращивания и регулировать формирование площади ассимиляционного аппарата растений. Одним из наиболее актуальных аспектов современной науки является поиск маркеров оценки потенциальной продуктивности растений и получения максимально возможного урожая растений пшеницы , , . Одним из таких маркеров предполагается использовать показатели фотосинтетической активности растений яровой пшеницы в течение вегетационного периода, по которым можно оценить уровень потенциальной продуктивности растений пшеницы еще до уборки урожая с целью работы над возможными корректировками и улучшением условий питания растений.
Результаты исследования по изучению действия препаратов Биодукс и ОМБ на площадь ассимиляционной поверхности растений яровой пшеницы сорта Радмира, в вегетационном опыте, в зависимости от создаваемых условий водообеспечения растений представлены на рисунке 1.
В оптимальных условиях водообеспечения применение изучаемых препаратов способствовало увеличению площади ассимиляционной поверхности растений пшеницы в течение всего вегетационного периода. При использовании для обработки семян биопрепарата Биодукс выявлено возрастание площади фотосинтезирующей поверхности пшеницы в фазу выхода в трубку на 17%. В фазу колошения на 12%, в фазу цветения на 21% исходя из сравнения с контрольными вариантами без обработки. Обработка семян органоминеральном препаратом привела к нарастанию площади ассимиляционной поверхности растений пшеницы на 5%, 46 % и 35% соответственно выше контрольных вариантов без обработки.
В вариантах, где моделировали условия дефицита влаги в почве, в фазу колошения препарат Биодукс приводил к увеличению площади ассимиляционной поверхности опытного растения на 9% выше значения контрольного варианта. При применении органоминерального препарата площадь поверхности растений оказалась ниже контроля на 19%. В тех же условиях в фазу цветения, после окончания засушливого периода, и при возобновлении оптимального полива растений, выявлено торможение процессов роста и нарастания ассимиляционной поверхности пшеницы. В результате чего показатели площади фотосинтетической поверхности растений при применении биопрепаратов были ниже контрольного варианта.
В условиях избыточного водообеспечения, в фазу колошения в вариантах с обработкой семян перед посевом препаратами Биодукс и органоминеральным биопрепаратом, наблюдалось увеличение площади фотосинтезирующей поверхности растений пшеницы на 31% (до 121 см²/раст. 121,7 см²/раст. против 92 см²/раст. в контрольном варианте) и 32% (до 122 см²/раст. против 92 см²/раст. в контрольном варианте). В фазу цветения, после окончания периода переувлажнения, когда возобновляли оптимальные условия водообеспечения, возрастание площади ассимиляционной поверхности растений пшеницы получено с использованием препаратом Биодукс на 7% по сравнению с контролем без обработки. При применении биопрепарата ОМБ изменение площади ассимиляционной поверхности растений было не достоверным.
Рисунок 1 - Влияние биопрепаратовразличной природы на показательна площадь ассимиляционной поверхности растений яровой пшеницы в зависимости условий водообеспечения
Высказано предположение, что сокращение площади ассимиляционной поверхности растений пшеницы, как в период воздействия засухи, так и в период репарации растений способствовало активизации энергосберегающего механизма, позволяющего путем активного оттока питательных элементов к репродуктивным органам лучше обеспечивать формирование колосьев, приводя к увеличению урожая. В условиях переувлажнения получена высокая эффективность обоих препаратов. Однако после окончания периода переувлажнения и возобновления оптимальных условий водообеспечения, также было выявлено ограничение процессов нарастания ассимиляционной поверхности пшеницы. При этом при использовании препарата Биодукс получено возрастание площади ассимиляционной поверхности растений. В то время как при использовании органоминерального биопрепарата достоверного изменения площади ассимиляционной поверхности растений не выявлено.
Урожайность сельскохозяйственных культур определяется множеством факторов, включая почвенные и климатические условия конкретного региона, используемую технологию всельскохозяйственной сфере, биологические и сортовые особенности растения и т.д. , . Известно, что урожайность растений является результатомспособности осуществлять фотосинтетическую деятельности сельскохозяйственных растений. Интенсивность процессах фотосинтеза и ростовых функций растений, активность процессов поглощения и ассимиляции основных элементов питания, а также синтеза ассимилятов и их оттока в репродуктивные органы определяют ход продукционного процесса сельскохозяйственных культур , , . Многочисленные исследования показали, что применение биопрепаратов в технологиях выращивания сельскохозяйственных культур позволяет управлять продукционным процессом растений с целью получения высокой урожайности культур с улучшенными характеристиками качества основной продукции , , , , .
В задачи наших исследований входило изучение эффекта обработки семян перед посевом биопрепаратом Биодукс и органоминеральным биопрепаратом при различных условиях водообеспечения на урожайность яровой пшеницы сорта Радмира (рис. 2).
В условиях оптимального водообеспечения было выявлено положительное действие препарата Биодукс на формирование урожайности растений. Прибавка массы зерна составила 21,4%. В тех же условиях достоверных изменений урожайности при использовании органоминерального биопрепарата не выявлено. В условиях засухи и переувлажнения было выявлено снижение урожайности растений. Было показано, что при выращивании растений в стрессовых условиях произошло уменьшение массы зерна в 2,1 раз и в 1,17 раз соответственно по сравнению с вариантом, где растения выращивали в течение всего вегетационного периода при оптимальном водообеспечении. Применение препаратов оказало неодинаковое действие на формирование урожайности в условиях дефицита и избытка влаги в критический период их роста. Использование препарата Биодукс оказало положительное влияние на массу зерна яровой пшеницы, как в условиях засухи, так и в условиях переувлажнения почвы. Увеличение урожая зерна произошло в 1,55 и 1,75 раз соответственно по сравнению с вариантом без обработки препаратом. В тоже время применение органоминерального биопрепарата оказало положительное влияние на урожайность пшеницы сорта Радмира только в условиях переувлажнения почвы в критический период роста растений. Прибавка урожайности составляли только 5% по сравнению с вариантом без обработки препаратом.
Рисунок 2 - Влияние биопрепаратов различной природы на урожайность яровой пшеницы сорта Радмира в зависимости от условий водообеспечения: синий – оптимальные условия, красный – условия засухи, зеленый – условия избыточного увлажнения
Для устойчивого повышения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения эффективности и производительности АПК мероприятия, направленные на увеличение валового производства зерна в ресурсосберегающих агротехнологиях, должны сочетаться со стремлением улучшения качественных показателей, отражающих всю совокупность биологических, химических, физических, технологических и потребительских свойств зерна, которые указывают на пригодность зерна для определенных целей промышленного использования. Крахмал, углеводы, витамины и белковые соединены, входят в число важнейших органических веществ, содержащихся в зерне пшеницы и используемых в питании человека. Содержание белка в семенах яровой пшеницы в основном определяется условиями средой выращиваниярастения и сортовыми признаками. В состав зерна, наряду с белком, содержатся также 2-2,5% жира, 1,5-2% золы, 2-3% клетчатки, 10-14% воды, 63-74% безазотистых соединений , , . Согласно ГОСТ 9353-2016, к основным показателям качества зерна применительно к пшенице относятся белок, клейковина, индекс деформации клейковины, стекловидность, натура и др. . Сочетание внесения минеральных удобрений и применения различных биопрепаратов в технологиях возделывания посевов пшеницы является важным фактором, способствующим более эффективному использованиюазота и других основных элементов питания растений, что может способствовать получению продукции с улучшенными характеристиками качества .
В связи с этим в проведенных исследованиях было оценено влияние биопрепаратов Биодукс и ОМБ на содержание белка, сырой клейковины и стекловидность зерна яровой пшеницы сорта Радмира (табл. 1).
В оптимальных условиях водообеспечения предпосевном применение препаратов на семенах позволило повысить содержание белков в полученном зерне растения в 1,1 раз по сравнению с контрольным вариантом без обработки препаратами. Также показано положительное действие препарата Биодукс на содержание сырой клейковины. Содержание сырой клейковины в зерне увеличилось в 1,13 раз по сравнению с контрольным вариантом. Величина стекловидности в вариантах, где растения выращивали в оптимальных условиях водообеспечения изменилась. Но осталась в пределах одного класса. Сделан вывод, что в данных условиях выращивания было получено зерно 3-его класса товарной классификации при оценке трех показателей качества. Данное зерно возможно использовать в хлебопекарных целях.
При дефиците влаги в почве, изучаемые препараты оказали неоднозначное действие на показатели качества зерна пшеницы. При применении органоминерального биопрепарата, в полученном зерне пшеницы сорта Радмира произошло увеличение содержания сырого белка в 1,12 раз, сырой клейковины в 1,06 раз по сравнению с контролем. При применении препарата Биодукс в зерне произошло увеличение содержания белка в 1,06 раз выше контроля. Величина стекловидности в зерне пшеницы в условиях засухи оказалась в пределах в пределах 50,8-55,5%, что позволяет охарактеризовать полученное зерно по 3-ему классу технической классификации.
Что касается зерна, полученного в условиях переувлажнения почвы, то увеличение содержания белка по сравнению с контролем получено при использовании препарата Биодукс в 1,12 раз, увеличение содержания сырой клейковины получено в 1,08 раз при использовании органоминерального биопрепарата. Величина показателя стекловидности получена в пределах 42,6-52,3% и полученной зерно соответствует 3-ему классу технической классификации.
Содержание клейковины определяет пищевые и хлебопекарные качества полученного зерна пшеницы. Поэтому данный показатель имеет наиболее важное значение при оценке качества зерна .
Таблица 1 - Показатели качества зерна яровой пшеницы под действием биопрепаратов различной природы в зависимости от условий выращивания
Варианты обработки
| Содержание сырого белка, % | Содержание сырой клейковины, % | Стекловидность, % |
Оптимальные условия водообеспечения | |||
Контроль | 15,0 | 34,1 | 46,6 |
Биодукс | 16,7 | 38,5 | 47,9 |
ОМБ | 16,5 | 34,1 | 49,5 |
НСР 05 | 0,8 | 1,8 | 2,5 |
Условия дефицита влаги в почве | |||
Контроль | 16,5 | 42,6 | 52,8 |
Биодукс | 17,3 | 44,0 | 55,4 |
ОМБ | 18,5 | 45,3 | 50,8 |
НСР 05 | 0,8 | 2,8 | 2,6 |
Условия переувлажнения почвы | |||
Контроль | 14,8 | 31,7 | 42,6 |
Биодукс | 14,8 | 34,1 | 50,3 |
ОМБ | 16,6 | 34,8 | 52,3 |
НСР 05 | 0,7 | 1,8 | 2,3 |
4. Заключение
В вегетационном опыте, проведенном в модельных условиях почвенной культуры изучено влияние биопрепаратов на формирование фотосинтетического аппарата растений яровой пшеницы, урожайность и показатели качества зерна яровой пшеницы сорта Размира. В условиях обеспечения оптимального водоснабжения растений была выявлена высокая эффективность исследуемых биопрепаратов на формирование ассимиляционной поверхности растений пшеницы. В результате применения обработки семян перед посевом биопрепаратами достигнуто возрастание площади ассимиляционной поверхности растений пшеницы в течение всего вегетационного периода. Установлено, что в стрессовых условиях, возникающих в результате дефицита или избытка влаги в критический период роста растений пшеницы, использование предпосевной обработки препаратом Биодукс и органоминеральным биопрепаратом проявило различное действие на формирование фотосинтетического аппарата и урожайности растений исследуемого сорта пшеницы. Так, в вариантах с применением биопрепаратов было выявлено ограничение процессов нарастания ассимиляционного аппарата растений как непосредственно в период засухи, так и в репарационный период после возобновления полива растениям. Скорее всего, это результат активизации в условиях засухи энергосберегающего механизма, позволяющего за счет активного оттока питательных элементов репродуктивные органы лучше обеспечивать формирование колосьев, приводя к увеличению урожая растения. В данных условиях при снижении темпов нарастания ассимиляционной поверхности растений было показано сопутствующее возрастание урожайности растений пшеницы при применении препарата Биодукс в 1,55 раз, при применении органоминерального биопрепарата в 1,75 раз. В этих условиях было выявлено положительное влияние биопрепаратов на показатели качества полученного урожая зерна. Выявлено также увеличение содержания белка и сырой клейковины в зерне пшеницы, что определяется с одной стороны увеличением размером поступления и ассимиляции основных элементов питания в растениях пшеницы, с другой стороны активизацией процессов оттока ассимилятов из вегетативной части растений в репродуктивные органы пшеницы и позволяет получить зерно с улучшенными характеристика качественного состава.
В условиях переувлажнения получена высокая эффективность обоих препаратов на формирование ассимиляционного аппарата растений. Однако после окончания периода переувлажнения и возобновления оптимальных условий водообеспечения также было выявлено торможение процессов нарастания ассимиляционной поверхности пшеницы. В этих условиях наилучшее действие на растения проявил органоминеральный биопрепарат, который способствовал увеличению урожая зерна пшеницы на 5% и возрастанию содержания белка и сырой клейковины в зерне, что, вероятно, обусловлено было составом действующего вещества.