Рост и развитие яровой пшеницы при различном режиме увлажнения почвы в вегетационном опыте

Введение. Роль воды в жизни растений огромна и многообразна. С водой неразрывно связаны все явления роста. Для усвоения зольных элементов необходима небольшая часть воды, составляющая примерно 9 % потребленного количества. Вся остальная масса (90 %) испаряется с поверхности растений для охлаждения тканей и поддержания тепловых условий, необходимых для жизни растений [1]. Растения при недостатке воды резко снижают продуктивность в период образования репродуктивных органов. Поэтому изучение водного режима почв имеет первостепенное значение в связи с их плодородием – почва является практически единственным источником влаги для растений [2].

Водный режим почвы, который зависит от количества и интенсивности выпадения осадков в течение года и вегетационного периода, является одним из решающих факторов урожая. Удобрения способствуют более продуктивному использованию растениями влаги. При резком ее недостатке в почве удобрения не повышают урожай сельскохозяйственных культур и даже могут ослабить рост и развитие растений [3].

Важно отметить, что растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Недостаток, как и избыток, влаги в почве ограничивает продуктивность растений. Водо-обеспеченность растений определяется не только количеством поступающей воды в почву, но и ее водными свойствами, способностью почвы впитывать, фильтровать, удерживать, сохранять и отдавать ее растению по мере потребления [4].

Цель исследований . Определение оптимального режима увлажнения почвы для нормального роста и развития яровой пшеницы и эффективного усвоения азотных удобрений.

Объекты и методы исследований. Работа проводилась на кафедре агроэкологии и природопользования ИАЭТ КрасГАУ. В качестве основного объекта исследований использовались семена яровой пшеницы сорта Новосибирская 15.

Новосибирская 15. Сорт селекции СибНИИРСа. Разновидность лютесценс. Сорт включен в Госреестр по краю в 4 и 5 зонах. Куст полупрямостоячий. Соломинка выполнена слабо, с сильным опушением верхнего узла. Колос цилиндрический, средней плотности, белый. Зерно яйцевидное, окрашенное, хохолок короткий. Масса 1000 зерен 34–36 г. Раннеспелый. Обладает высокой устойчивостью к полеганию, пыльной головней поражается слабо, но восприимчив к поражению твердой головней. По содержанию белка и клейковины в зерне отвечает требованиям сильных пшениц.

Яровая пшеница довольно влаголюбивая культура, в течение всего жизненного цикла она требует определенного количества воды. Наиболее благоприятные условия по использованию растущим растением влаги создаются при влажности корнеобитаемого слоя почвы в пределах 60–70 % от полной полевой влаго-емкости. При такой влажности снижается и величина транспирационного коэффициента [5]. Быстрое набухание и прорастание проходит при влажности почвы выше 40 % от полной влагоемкости. Прорастание замедляется и почти прекращается, если в почве содержание воды падает ниже 30 %. Рост вегетационной массы, листьев, стеблей и соцветий прекращается, если влажность снижается до 20–25 %. При такой влажности почвы рост корневой системы почти приостанавливается [5].

Внесение удобрений как одно из средств повышения эффективности плодородия почвы также приводит к снижению транспирационного коэффициента и уменьшает у пшеницы расход воды на построение единицы сухого вещества на 25–30 %. Коэффициент использования минеральных азотных удобрений обычно составляет 60–70 % и зависит в значительной степени от особенностей растений, поглотительной деятельности корневой системы, форм удобрений, погодных условий, кислотности, окультуренности почв и т.д. [6].

Недостаток и избыток влаги резко снижает использование азота удобрений. В связи с этим важно правильное сочетание доз удобрений и поливов. При недостатке поливной воды нормы удобрений следует снижать. Удобрения хорошо вносить вместе с поливной водой. Все вышеизложенные факты определили направление проведенных исследований.

К качестве основного метода исследований использовался вегетационный опыт, позволяющий поддерживать в благоприятных соотношениях внешние условия и, прежде всего, обеспеченность растений влагой, светом, теплом [7]. Однако это не означает, что он может заменить полевые опыты, так как условия произрастания растений в полевых условиях существенно отличаются от условий в вегетационных опытах [8].

Отбор почвенных проб проводился с дернового горизонта (со слоя 0–20 см) на целинных участках в микрорайоне «Ветлужанка». Количество необходимой почвы для вегетационного опыта определяли с учетом числа сосудов и их емкости. Таким образом, была отобрана серая лесная почва, в которой содержание общего азота в горизонте А1 составило 0,3 %, подвижного фосфора – около 15 мг/100 г почвы по Кирсанову, подвижного калия – 8 мг/100 г почвы по Масловой [8].

Перед закладкой опыта семена были заложены для проращивания в стерильных чашках Петри. Определение энергии прорастания и всхожести семян проводили по стандартной методике.

В ходе выращивания культуры для исследования создавались одинаковые условия для всех вариантов опыта, но с различным увлажнением от 40 до 80 % от полной влагоемкости (табл. 1). Поливную массу, до которой необходимо поливать сосуды, вычисляли по стандартной методике [7].

Поливная масса складывалась из массы сосуда, массы почвы с влажностью в день набивки и массы недостающей воды. Дозу азотного удобрения в физической массе на сосуд в вариантах, где оно использо- валось, рассчитывали в зависимости от объема сосуда, взятой дозы удобрения в действующем веществе и содержания питательного элемента в удобрении [7].

В ходе исследований были определены жизнеспособность семян, масса надземной части растений и объем корней, произведен учет всходов, проводились наблюдения за динамикой развития проростков.

Статистическая обработка данных была выполнена с помощью программы STATISTICA (Statistica for Windows, ver. 5.0).

Условия проведения опыта

Таблица 1

Номер сосуда	Масса сосуда, г	Увлажнение (в %) от ПВ и наличие удобрения	Масса пакета + абсолютно сухая почва, г	Масса абсолютно сухой почвы, г	Влажность, %	Средняя масса сухой почвы, г	Средняя влажность почвы в вариантах, %	Поливная масса, г	Масса абсолютно сухой почвы + сосуд, г	Масса почвы + поливная масса, г
1	2,35		134,3	129,3	38,9				131,7	157,7
2	2,48		134,4	129,4	38,8				131,9	157,9
3	2,50	60	134,7	129,7	38,5	128,7	39,6	26	132,2	158,0
4	2,49		134,5	129,5	38,7				132,0	158,0
5	2,44		130,4	125,4	43,2				127,8	153,8
6	2,35		135,9	130,9	37,2				133,3	151,6
7	2,50		137,0	132,0	36,1				134,5	152,8
8	2,46	40	141,8	136,8	31,1	131,8	36,4	18,3	139,3	157,6
9	2,34		135,2	130,2	37,9				132,5	150,8
10	2,44		134,1	129,1	39,1				131,5	149,8
11	2,37		134,7	129,7	38,5				132,0	165,7
12	2,37		132,0	127,0	41,4				129,4	164,1
13	2,40	80	132,0	127,0	41,4	128,7	39,6	34,7	129,4	164,1
14	2,48		134,5	129,5	38,7				131,9	166,6
15	2,49		135,3	130,3	37,8				132,7	167,4
16	2,45		133,3	128,3	40,0				130,7	156,7
17	2,03		134,1	129,1	39,1				131,4	157,4
18	2,41	60+моч	133,6	128,5	39,1	130,6	40,2	26	130,9	156,9
19	2,50	евина	131,6	126,6	41,9				129,1	155,1
20	2,32		132,8	127,8	40,5				130,2	156,2
21	2,43		133,7	128,7	39,6				131,1	149,4
22	2,54		134,4	129,4	38,8				131,9	150,2
23	2,49	40+моч	135,0	130,0	38,2	128,5	39,5	18,3	132,5	150,8
24	2,59	евина	131,8	126,8	41,7				129,4	147,7
25	2,49		132,4	127,4	39,4				129,9	148,2
26	2,51		133,6	128,5	39,7				131,0	165,7
27	2,58		132,7	127,7	40,6				130,2	164,9
28	2,43	80+моч	129,3	124,5	44,5	127,1	41,3	34,7	126,9	161,6
29	2,50	евина	130,8	125,8	42,8				128,3	163,0
30	2,41		134,2	129,2	38,8				131,6	166,3

Результаты исследований и их обсуждение. Посев яровой пшеницы произведен на глубину 2,5 см одновременно во все сосуды. Всхожесть – основной показатель качества семян, это процент нормально проросших семян в пробе, взятой для анализа [9]. Всхожесть исследуемой культуры в опыте была равна 90 %.

После определения лабораторной всхожести семян был заложен вегетационный опыт. В каждый сосуд высевалось по семь жизнеспособных семян. Через неделю взошли семена в варианте с влажностью 80 и 60 % от полной влагоемкости с добавлением азотного удобрения (карбамида), в вариантах без удобрений и меньшей влажностью (40 %) – на 9-й день, в варианте с влажностью 40 % + карбамид всходы не появились в указанный период.

В целом в вариантах с влажностью 80 % от ПВ с применением азотного удобрения и без его использования всхожесть семян была равна 100 %, с влажностью 60 % от ПВ и 40 % от ПВ – 40 и 11 % соответственно. В вариантах с влажностью 60 % от ПВ + карбамид всхожесть составила 74 %. В варианте с увлаж- нением почвы 40 % + азотное удобрение семена оказались нежизнеспособны, так как всходы не появились. Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее дружные всходы яровой пшеницы появляются при увлажнении почвы на 60–80 % от полной влагоемкости. Удобрения, используемые на фоне недостаточного увлажнения почвы, негативно влияют на растения, замедляя их прорастание. При увлажнении почвы до 40 % от ПВ ростки пшеницы были сильно изрежены, угнетены недостатком влаги.

Определение роста и развития растений пшеницы проводилось с целью изучения влияния различного режима увлажнения на рост и развитие исследуемой культуры.

За день в сосудах без применения удобрения с влажностью 80 % от ПВ длина проростков увеличивалась на 9,0 мм, в сосудах с влажностью 60 и 40 % от ПВ – на 5,0 и 3,5 мм соответственно. В сосудах с добавлением карбамида и влажностью 80 % от ПВ длина увеличивалась в среднем на 10 мм, при увлажнении почвы до 60 % от ПВ – на 6,0 мм.

Результаты, представленные на рис. 1–2, показывают, что для выращивания яровой пшеницы в данном опыте наиболее эффективно увлажнение почвы до 60–80 % от полной влагоемкости.

Длина всходов, мм

—• — Влажность 60% —^— Влажность 80% —-•—- Влажность 40%

Рис. 1. Изменение длины проростков пшеницы, выращенной при различном режиме увлажнения без применения удобрений

Длина всходов, мм

Рис. 2. Изменение длины проростков пшеницы, выращенной при различном режиме увлажнения с применением удобрений

При увлажнении почвы до 60–80 % от полной влагоемкости на фоне азотного удобрения наблюдается интенсивный рост яровой пшеницы.

При использовании азотного удобрения на фоне недостаточного увлажнения (40 % от ПВ) происходит задержка роста и развития растения, вплоть до его полного угнетения.

Также, помимо изменения длины проростков, была определена масса надземной части полученных растений (табл. 2).

Средняя масса надземной части растений яровой пшеницы

Таблица 2

Номер	Вариант увлажнения, %	Масса надземной части	Средняя масса
сосуда	от ПВ	на сосуд, г	в варианте, г
1		0,21
2	60	0,09
3		0,19	0,16
4		0,20
5		0,10
8 9	40*	0,02 0,07	0,05
11		0,38
12		0,45
13	80	0,47	0,42
14		0,36
15		0,42
16		0,26
17		0,25
18	60+мочевина	0,30	0,27
19		0,25
20		0,29
26		0,35
27		0,81
28	80+мочевина	0,83	0,58
29		0,61
30		0,30

В варианте с влажностью почвы 40 % от полной влагоемкости без применения азотного удобрения масса надземной части определялась по числу появившихся всходов. При увеличении почвенной влаги с 40 до 80 % от полной влагоемкости без применения удобрений показатели массы надземной части яровой пшеницы увеличиваются в 8 раз (с 0,05 до 0,42 г). Также эти показатели увеличиваются при добавлении азотного удобрения. В варианте с увлажнением почвы до 60 % от ПВ + карбамид масса надземных органов растений больше на 40,7 %, чем в аналогичном варианте, но без использования карбамида.

В варианте с большим увлажнением (до 80 % от ПВ) наблюдается такая же закономерность в увеличении массы на 31 % при добавлении удобрения.

Определение объема корней исследуемой культуры показало, как увеличивается корневая масса при различном режиме увлажнения (табл. 3). Полученные данные свидетельствуют, что при увлажнении почвы до 60–80 % от полной полевой влагоемкости с применением карбамида и без его использования у растений наблюдается мощная корневая система (0,16 и 0,21 г соответственно). При недостаточном увлажнении почвы (до 40 % от ПВ) корневая система растений развита слабо. В сосудах с низким процентом выживаемости семян для определения использовались все появившиеся отростки.

Таблица 3

Вариант (влажность почвы, % от ПВ)	Средняя масса корня, г	Коэффициент вариации, %	Среднеквадратическое отклонение, г/100 г продукта	Средняя арифметическая ряда, г/100 г продукта	Объем корней, см³
60	0,06	26,7	0,016	0,06	0,04
40	0,03	-	-	-	0,01
80	0,14	13,8	0,019	0,14	0,13
60+мочевина	0,16	8,13	0,013	0,16	0,10
80+мочевина	0,21	12,86	0,027	0,21	0,20

Показатели объема и массы корней растений яровой пшеницы

Изменчивость величины показателей внутри вариантов опыта средняя, так как коэффициент вариации от 8 до 14 %. Исключение составляет контрольный вариант с увлажнением почвы до 60 % от полной полевой влагоемкости без применения удобрения со значительной изменчивостью массы корней 26,7 %. При увлажнении почвы до 80 % от ПВ без применения удобрения изменчивость массы корней снижена на 0,94 % по сравнению с вариантом с использованием удобрения на таком же фоне увлажнения почвы.

Слабая и средняя изменчивость массы корней (8,13 и 12,86 % соответственно) наблюдается в вариантах с применением азотного удобрения. Таким образом, добавление азотного удобрения в варианте с заданной полной полевой влагоемкостью снижает изменчивость показателей, в частности, массы корня внутри варианта.

Анализируя действие азотного удобрения при различном режиме увлажнения почвы на накопление массы растений, можно сделать выводы, что в варианте с оптимальным режимом увлажнения почвы до 60 % от полной влагоемкости добавление азотного удобрения играет значительную роль, так как коэффициент вариации в этом варианте равен 33 %. При достаточной влажности почвы азот стимулирует рост вегетативной массы растений, определяет уровень урожайности и качество продукции.

При увлажнении почвы до 80 % от ПВ на фоне применения удобрения рост и развитие яровой пшеницы усиливается и соответственно увеличиваются урожайность и качество полученной продукции. Коэффициент вариации в этом варианте равен 22 %.

Выводы

• 1.    Всходы яровой пшеницы во всех вариантах опыта были однородные, массивные, кроме варианта с недостаточным режимом увлажнения почвы в размере 40 % от ПВ.

• 2.    Применение азотного удобрения на фоне достаточного увлажнения способствует увеличению основных показателей роста культуры, а именно массы корней на 62 % в варианте с оптимальным увлажнением 60 % от ПВ, объема корней на 60 % в том же варианте, массы надземных органов на 41 %.

• 3.    Для получения высоких урожаев яровой пшеницы оптимальным режимом увлажнения является 60– 80 % от полной влагоемкости.