Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вопрос о конкуренции кукурузы с сорняками рассматривается в мировой науке и практике в течение длительного периода. Сорняки малоэффективно используют ресурсы воды, элементов минерального питания и света, поэтому они поглощают их в больших количествах. Особенно острая конкуренция за солнечную радиацию наблюдается в начальные фазы развития кукурузы. В этот период сегетальные растения не только затеняют ее, но и рассеивают свет. Кукуруза, относящаяся к растениям с С4-путем фотосинтеза, в таких условиях, во-первых, существенно затягивает развитие, во-вторых, снижает продуктивность.

Аспекты конкуренции кукурузы и сорняков за влагу и элементы минерального питания достаточно изучены как в мировой практике, так и в исследованиях, проведенных в России, Сибири и Зауралье. Менее освещенным является вопрос о конкуренции за ресурсы света. К показателям, характеризующим влияние освещенности на рост и развитие кукурузы, относятся площадь ассимилирующей поверхности и интенсивность синтеза хлорофилла.

Таким образом, актуальность проблемы заключается в исследовании влияния засоренности посевов кукурузы на площадь листьев и содержание хлорофилла в них, а также зависимости урожайности культуры от этих показателей.

Цель исследований: установить влияние сегетальной растительности на показатели фотосинтетической активности и урожайность кукурузы.

Задачи исследований:

1. Изучить влияние различных приемов защиты растений на засоренность кукурузы.

2. Исследовать связь засоренности с площадью листовой поверхности и содержанием хлорофилла в листьях кукурузы.

3. Выявить зависимость урожайности зерна кукурузы от засоренности посевов и показателей фотосинтетической активности.

Исследования выполнены на опытном поле и в агрохимической лаборатории Института агроэкологии в 2009-2011 гг. Личный вклад автора заключается в выполнении всего объема исследований в 2011 году и анализе данных 2009-2010 годов.

1. Биологические и технологические аспекты контроля засоренности кукурузы (обзор литературы)

1.1 Биологические особенности кукурузы, определяющие ее конкурентные отношения с сорняками

кукуруза хлорофилл продуктивность сорняк

Кукуруза (Zea mays) относится к семейству злаковых (Poaceae, Gramineae), трибе Maydeae [9].

Кукуруза является культурой с фотосинтезом С4. Это эффективная с энергетической точки зрения схема, которая обладает рядом преимуществ в формировании урожая. Кукуруза обладает повышенным КПД ФАР (0,4-1,1% по сравнению с 0,2-0,5 у пшеницы) и приростом биомассы 50-54 г./м² в сутки, в то время как у растений группы С3 - лишь 34-39 г./м² [10]. Это способствует формированию за короткие сроки высокого урожая, но обусловливает требовательность кукурузы к освещенности. Оптимум ее составляет 27-32 люкс при продолжительности светового дня около 12-14 часов [9, 11]; продолжительность световой стадии кукурузы - 30-40 дней. При затенении урожай сильно снижается [13].

Интенсивность ассимиляции СО₂ в большой мере зависит от интенсивности света. Поэтому положение листьев на растении и площадь питания имеют большое значение. Оптимальный индекс листовой поверхности (листовая площадь / площадь почвы) для кукурузы на силос - 3,0-6,0, для кукурузы на зерно - 3,0-6,0 [16].

Действие света сказывается, прежде всего, на интегральных показателях. При исследовании влияния света на рост С3- и С4-видов в полевых опытах и в экспериментальных камерах показано, что при низких интенсивностях света скорости роста у С4-видов были ниже, чем у С3 - представителей, и, тем не менее, нетто - фотосинтез был в 2 раза выше в С4-растениях. Следовательно, отличительной чертой фотосинтеза С4-растений является светолюбивость, то есть по мере увеличения интенсивности света происходит возрастание поглощения СО₂ С4-растениями. С3-растения ассимилируют на свету СО₂ со скоростью 1-50 мг СО₂ / (дм² • ч), а С4 - 40-80. Активность ряда ферментов зависит от света [3].

Листья С4-растений характеризуются «корончатым» двухслойным расположением ассимиляционной ткани (первым такое описание листовой ткани двудольных растений дал Габерландт (1914), однодольных Н.П. Авдулов (1931)) [3].

С4-цикл содержит 4 атома углерода. Реакцию карбоксилирования в С4-цикле осуществляет фосфоенолпируваткарбоксилаза (ФЕП-карбоксилаза) [1].

Растения, у которых в фиксации СО₂ участвует С3-цикл, в большинстве своем отличаются более высокой максимальной скоростью фотосинтеза, а также другими признаками, соответствующими повышенной производительности фотосинтетического аппарата. Большинство из них обладает также специфическим строением ассимилирующей ткани, так что указанное биохимическое отличие тесно связано с анатомическими признаками [1].

У растений с С4-циклом фотосинтез протекает в хлоропластах 2-х специализированных типов. В клетках мезофилла тилакоиды снабжены полным фотосинтетическим аппаратом, разлагающим воду и освобождающим кислород, но фиксацию СО₂ в них осуществляет преимущественно ФЕП-карбоксилаза [1].

Высокая интенсивность фотосинтеза требует для своей реализации оптимального температурного режима, чем обусловлена теплолюбивость кукурузы [14]. С4-растения характеризуются высокой жароустойчивостью. Оптимум активности фотосинтеза в С4-растениях приходится на 35є, а интенсивность фотосинтеза у С3-растений при 25є [3].

Кукуруза весьма экономично использует влагу: на создание 1 т сухого вещества ее расходуется почти в два раза меньше, чем у большинства зерновых культур [2, 4, 15]. Однако это не дает основания считать кукурузу культурой, толерантной к водному режиму. Она обладает высокой продуктивностью и длительным циклом развития и в течение периода вегетации предъявляет довольно высокие требования к общим ресурсам влаги [14].

Кукуруза отличается высоким потреблением питательных веществ, что напрямую связано с эффективной схемой С4 [16]. Элементы минерального питания потребляются кукурузой неравномерно в процессе вегетации, а максимум его совпадает с наибольшим водопотреблением [14]. Больше всего питательных веществ кукуруза требует в период от выбрасывания метелок и рылец до трех-четырех недель после цветения [16].

У С4-растений продуктивность транспирации составляет от 2,5 до 6,0 г сухого вещества на 1 л испаряемой влаги [3].

Высокая интенсивность фотосинтеза определяет некоторые морфологические особенности кукурузы. Примером является строение листа. По данным Г.М. Добрынина [17], уже первые пять листьев имеют повышенное количество жилок - 119 против 11 у овса, причем, если у хлебов первой группы все продольные жилки связаны через влагалище непосредственно со стеблем, то у кукурузы - лишь 11 наиболее крупных и 10 средних. Остальные жилки функционируют с помощью анастомозов, связывающих их со средними и крупными. Еще большие отличия обнаруживаются при изучении шестого и последующих листьев, пластинки которых сложены из трех практически самостоятельных частей, причем каждая из них связана со своей частью влагалища. Внешним проявлением этой анатомической особенности является мутация с трифуркатными листьями, описанная В.Е. Мику [18].Сложное устройство листа и особенности жилкования обеспечивают быстрый отток ассимилянтов, что позволяет поддерживать интенсивность фотосинтеза на высоком уровне и в конечном счете определяют преимущества кукурузы по продуктивному потенциалу [14].

Листья кукурузы состоят из листовой пластинки, листового влагалища и лигулы (листового язычка). Количество листьев колеблется в зависимости от группы спелости гибрида. Их бывает от 6-8 до 48 - у позднеспелых. Как правило, бывает 8-16 листьев. От положения листьев на растении зависит взаимное затемнение и интенсивность фотосинтеза. Так как початок снабжается, прежде всего, ассимилянтами от листа, который находится непосредственно под ним, очень важно, чтобы происходила полная инсоляция его поверхности [16].

Поскольку углекислота поступает в ткани листа через устьица, интересным является соотношение их плотности и расположение у С3- и С4-растений. Оказалось, что для С4-растений характерно обилие устьиц не только на нижней, но и на верхней стороне листа, для них показатель нижн / верхн = 0,60-1,60, в то время как для С3-растений - 2,2-7,2. важным является и различие в ритмике раскрытия устьиц. У С3-растений они полностью раскрыты к 10 ч утра, а у С4 - к 12 ч дня, что также способствует лучшему усвоению СО₂ в условиях жаркого климата [3].

Стебель кукурузы прямой, гладкий, высотой от 0,6 до 4 м и более, состоит из отдельных междоузлий, разделенных стеблевыми узлами, каждый узел охватывается влагалищем листа. В отличие от большинства злаков у кукурузы стебель выполнен паренхимой, пронизанной сосудисто-волокнистыми пучками. Биологическая целесообразность такого строения стебля большинством авторов объясняется необходимостью увеличения его прочности. Однако, по мнению Г.М. Добрынина [17], выполненность стебля позволяет повысить плотность сосудисто-волокнистых пучков в соответствии с обильным жилкованием листьев и обеспечивает прямую связь мужского и женского соцветий с корневой системой. Эволюция стебля, так же как и листа, испытывала на себе выраженное влияние схемы фотосинтеза [14].

Корневая система мочковатая, сильно разветвленная, состоит из корней четырех типов, различающихся по срокам образования и роли их в жизни растения [9, 15]. Основная масса корней сосредоточена на глубине 30-60 см. Однако много жизнедеятельных корней проникает на глубину 150-250 см, используя при этом влагу и питательные вещества из нижележащих горизонтов. Особенности устройства корневой системы создают условия для быстрого и значительного потребления питательных веществ, что определяет высокую потребность кукурузы в их наличии и концентрации [14].

1.2 Площадь листовой поверхности и содержание хлорофилла как факторы продуктивности кукурузы

Фотосинтез является одной из важнейших функций растительного организма, ответственный за формирование урожая. А.А. Ничипорович [6] и другие авторы считают, что фотосинтез на 90% определяет урожай. Поэтому все агротехнические мероприятия должны иметь целью создание оптимальных условий для формирования фотосинтетического аппарата и увеличения его активности. Они, в основном, заключаются в минеральном питании, водообеспеченности и других факторах, необходимых для формирования оптимальной рабочей поверхности растений - листьев [5].

Высокая продуктивность сложных производительных систем (растительных сообществ) возможна при условиях, когда в них:

формируется оптимальный по размерам и по длительности работы фотосинтетический аппарат (площадь листьев);

обеспечивается наилучшая по интенсивности и по качественной направленности его работа в разных фазах роста и развития растения;

обеспечивается наилучшее, с наименьшими потерями использование продуктов фотосинтеза на процессы передвижения, общего метаболизма, роста и развития растений, то есть на конечные процессы формирования урожаев.

Ход и уровень этих процессов зависят, во-первых, от генетической и экологической природы и свойств культивируемого растения и, во-вторых, от уровня обеспеченности растений условиями внешней среды (свет, температура, влажность, условия снабжения растений СО_2,режим снабжения элементами минерального питания и т.д.) [5].

Оптимальная или максимальная площадь листьев, которая создается в посевах в период максимального их развития - очень важный показатель, определяющий конечные размеры урожая [7].

Фотосинтетическая активность листьев - важный компонент потенциала урожайности, имеющий предпосылки для дальнейшего улучшения, и его оценка должна найти свое место в долгосрочных селекционных программах, направленных на выведение высокоурожайных культурных растений. Селекционеры часто дискутируют о том, как могли бы выглядеть такие высокопродуктивные «идеальные» растения. Но такие растения по существу уже есть. Например, гибридная кукуруза с высоким эффектом гетерозиса обладает многими свойствами, желательным для предполагаемого «идеального» растения. Необходимо досконально изучить сложные функциональные отношения, что является главным условием достижения высокой продуктивности растений. Уровень фотосинтетической активности листьев дает представление лишь об одном, хотя и важном, компоненте этого комплекса. Полное понимание значения этого признака для селекции на высокую урожайность может дать только основательный анализ селекционного материала [1].

1.3 Защита кукурузы от сорняков как условие реализации ее продуктивного потенциала

Чувствительность кукурузы к сорнякам и ее конкурентоспособность не во всех фазах развития одинаковы. До фазы второго-третьего листьев она малочувствительна к сорнякам. От этой фазы и до появления восьмого-десятого листа засоренность посевов может быть причиной резкого снижения урожая. В этот период (20-30 суток) посевы кукурузы должны быть свободны от сорняков. При более позднем появлении они оказывают небольшое влияние на урожай [16].

Необходимым элементом технологии возделывания кукурузы, характеризующим ее как интенсивную культуру, является применение минеральных удобрений, причем оптимальные нормы азота и фосфора в условиях региона колеблются в довольно широких пределах - соответственно от 60 до 120 и от 30 до 80 кг д. в. на 1 га [19, 20].

Взаимодействие систем защиты растений и удобрений осуществляется, в частности, через долю элементов минерального питания, отчуждаемых в процессе вегетации сорняками. Будучи дикорастущими видами, сорные растения, как правило, используют питательные вещества менее эффективно, чем кукуруза, что обеспечивает значительное увеличение их выноса на засоренных фонах как в абсолютном выражении, так и на единицу растительной биомассы [21, 22]. Н.И Кашеваров и др. [23] отмечают, что в регулировании пищевого режима кукурузы применение гербицидов имеет большее значение, чем механические приемы ухода за растениями. В последнем случае даже при снижении числа сорняков на площади эффективность использования удобрений остается сравнительно низкой, так как в биомассе сорных растений наблюдается повышение содержания азота, фосфора и калия.

Следовательно, существенный разброс рекомендуемых норм удобрений может быть обусловлен, помимо прочих факторов, колебаниями засоренности и приемами ее контроля. Поэтому для оптимизации уровня минерального питания кукурузы, особенно при использовании расчетных методов, необходимо уточнение сведений о выносе из почвы основных элементов в связи с засоренностью посевов и применением гербицидов.

Важным ресурсом, потребление которого находится в сильной зависимости от засоренности посевов, является влага. Существенное увеличение расхода влаги посевами кукурузы проявляется за счет повышенной засоренности. Согласно исследованиям М.А. Глухих [24], в условиях Зауралья применение гербицидов позволяет снизить коэффициент эвапотранспирации кукурузы более чем в два раза. Положительная роль химических и механических приемов контроля засоренности в регулировании водопотребления кукурузы выявлена в степной и лесостепной зонах Челябинской области [23, 25].

Очень важным вопросом является конкуренция кукурузы и сорняков за свет. Потому как, сорняки в начальные фазы развития кукурузы не только затеняют ее, но и увеличивают в составе света длинноволновую часть. При таком освещении нормальное развитие кукурузы невозможно.

Слабая конкуренция кукурузы по отношению к сорнякам проявляется в значительном увеличении доли элементов минерального питания и влаги, отчуждаемой сорняками, и в резком снижении эффективности использования этих ресурсов культурой на засоренных фонах. В начальные фазы развития кукурузы остро стоит вопрос о конкуренции кукурузы и сорняков за свет. При этом уровень вредоносности определяется не только общей биомассой, формируемой сорными растениями, но и их видовым составом, что требует изучения количественной вредоносности сорняков различных биологических групп.

Таким образом, выращивание кукурузы невозможно без эффективной борьбы с сорняками. Из-за позднего смыкания ее рядов сорняки растут как в рядках, так и в междурядьях. С незапамятных времен и до наших дней в посевах кукурузы применяется междурядная обработка.

Обработку междурядий кукурузы для уничтожения сорняков и рыхления поверхностного слоя почвы следует проводить бритвенными или стрельчатыми лапами. Особенно необходимы такие обработки на малогумусных почвах для разрушения образующейся после ливневых дождей корки.

Рыхление почвы следует проводить неглубоко для предотвращения потерь влаги и уменьшения опасности повреждения мелкорасположенной корневой системы кукурузы. По этим же причинам надо обязательно оставлять необработанными защитные полосы по обеим сторонам рядка. Поэтому отрицательной стороной применения междурядных обработок является невозможность обработки посевов в защитных зонах.

При массовых посевах кукурузы начал применяться химический метод. Первоначально появились почвенные гербициды против двудольных, позже - против однодольных. Еще позже разработаны повсходовые и листовые гербициды.

Почвенные гербициды нуждаются в обязательной заделке. Они создают блокирующий экран, который препятствует прорастанию сорняков. В засушливые годы могут не проявить своего действия.

Повсходовые гербициды применяются, когда сорняки уже вегетируют. Их преимущество заключается в том, что они меньше зависят от климатических условий и можно точнее рассчитать норму внесения гербицида.

Листовые гербициды применяются в начальные фазы кукурузы (до появления 5 листа). Они могут использоваться для сплошной обработки или для обработки рядков и защитных зон, совместно с междурядной обработкой.

В наше время без применения гербицидов выращивание кукурузы, как правило, невозможно [16]. На очень бедных и очень богатых гумусом и на сильно увлажненных почвах вносить гербициды перед посевом не рекомендуется. При довсходовом внесении гербицидов, которое, как правило, можно применять только на почвах с содержанием гумуса менее 3-4%, действие их в сильной мере зависит от увлажнения почвы. При засухе они не действуют, а при сильных дождях на более легких почвах может проявиться фитотоксичное действие на молодые растения кукурузы.

При послевсходовом применении гербицидов структура почвы, содержание в ней гумуса, почвенная реакция (pH), увлажненность и т.д. на их действие практически не влияют, за счет чего уменьшается вероятность ослабления действия гербицидов, которое нельзя определить заранее.

Борьбу с сорняками необходимо вести целенаправленно в зависимости от конкретной степени засоренности посевов кукурузы.

Растения кукурузы в фазах прорастания и образования первых листьев могут хорошо развиваться и без использования гербицидов. Чтобы снизить опасность загрязнения окружающей среды излишними химикатами необходимо конкретно знать об опасности засоренности посевов особенно злостными сорняками. Естественно, необходимо при этом учитывать действие и требования к применению отдельных гербицидов и их комбинаций. При определении сроков использования гербицидов следует учитывать фазы развития семядолей преобладающих и наиболее злостных сорняков, что позволяет использовать самые низкие количества препарата.

В зависимости от конкретных условий возможна большая вариабельность в применении гербицидов. Чем больше отклоняются условия их применения от оптимальных, тем больше надо повышать дозы их использования и наоборот.

С учетом экологических и экономических причин целесообразно сочетать механическую и химическую борьбу с сорняками. В ряде случаев механические меры борьбы при определенных погодных условиях, а также из-за невозможности уничтожения сорняков в рядках, не очень эффективны. Гербициды достаточно дороги, но и они не всегда эффективны и экологически безопасны [16]. В связи с этим оптимальным становится совместное применение гербицидов в сочетании с междурядными обработками.

2. Условия проведения исследований

2.1 Почвенно-климатические условия северной лесостепи Зауралья и их влияние на засоренность посевов кукурузы

Особенности природных условий Зауралья обусловлены ее географическим расположением вдоль восточных склонов Уральского хребта. В административных границах Челябинской области северная лесостепная зона Зауралья представляет собой холмистую равнину, включающую Красноармейский, Аргаяшский, Каслинский, Кунашакский, Сосновский, Уйский и Чебаркульский районы [26, 27].

Почвенный покров территории северной лесостепи Челябинской области определяется развитием дернового, солончаково-солонцового и подзолистого процессов почвообразования, поэтому для этой зоны характерно разнообразие почв. На всей территории преобладают черноземы выщелоченные, на них приходится 17,4% общей площади, 45,5% пахотных земель и 34,6% сельскохозяйственных угодий. Значительная доля почвенного покрова приходится на серые лесные осолоделые почвы (соответственно 13,6; 15,3 и 13,0%), меньшее распространение имеют черноземы обыкновенные (2,4; 5,9 и 4,6%). На долю солонцов, сосредоточенных преимущественно в Красноармейском и Кунашакском районах, в почвенном покрове приходится 11,5% от площади всех сельскохозяйственных угодий [28].

Таким образом, почвенный покров северной лесостепной зоны представлен преимущественно почвами, обладающими высоким естественным плодородием и обеспечивающими достаточно благоприятный фон для роста и развития кукурузы.

Климат Зауралья характеризуется как континентальный, с суровой малоснежной зимой и коротким засушливым летом. Сумма осадков в регионе вследствие близости Уральского хребта закономерно снижается с северо-запада к юго-востоку. В северной лесостепи условия влагообеспеченности в целом благоприятны для возделывания кукурузы [27]. Запасы влаги в метровом слое почвы к моменту посева составляют более 170 мм. За период активной вегетации растений выпадает 200-250 мм осадков, наибольшее количество их приходится на июль. В мае - июне периодически (с вероятностью около 25%) наблюдается интенсивная атмосферная засуха. Вероятность засушливых явлений слабой и средней интенсивности в этот период близка к 100%. Вместе с тем по отношению к кукурузе климат Зауралья имеет ту положительную особенность, что максимум осадков, выпадающий во второй половине вегетации, совпадает с максимальным водопотреблением культуры.

Климат зоны характеризуется умеренно теплым периодом вегетации. Гидротермический коэффициент по Г.Т. Селянинову в весенне-летний период составляет 1,1-1,4 [7]. Разрушение снежного покрова происходит в начале апреля, к концу второй декады снег полностью сходит на всей территории зоны. К концу апреля почва оттаивает на глубину 30 см, а в середине мая - полностью. В переходные сезоны наблюдается резкое изменение температуры от месяца к месяцу, а также в течение суток. Особенно характерно это для весны. В мае возможны возвраты холодов. Наряду с утренними заморозками нередка дневная жара [7]. Период без заморозков в северной лесостепи составляет 110-120 дней.

Самый теплый месяц - июль. Средняя температура его составляет 17,6-18,3°С. Абсолютный максимум температуры колеблется от +38 до +41, но чаще всего максимальные дневные температуры составляют +28 - +33°С [7]. В отдельные годы наиболее теплым бывает не июль, а июнь или август.

Сумма положительных температур воздуха выше 0°С колеблется в пределах 2260-2350 градусов, выше 5°С - 2170-2270 градусов. Для растений кукурузы период активной вегетации определяется установлением средних суточных температур воздуха выше 10°С и в северной лесостепи составляет 120-130 дней - с конца первой декады мая до середины сентября. Сумма активных температур в это время не превышает 1900-2000 градусов [7], в то время как для получения зеленой массы с початками молочно-восковой спелости и зерна раннеспелых гибридов кукурузы необходимо 2200-2250 [29, 30]. Дополнительные сложности для возделывания кукурузы создают резкие колебания теплообеспеченности, характерные для континентального климата северной лесостепи. Так, абсолютные значения суммы температур выше 10°С в период с мая по август колеблются от 1685 до 2203 градусов с амплитудой более 500 градусов.

Продолжительность периода с температурой выше 15°С, наиболее благоприятного для выращивания теплолюбивых культур, не превышает 60-80 дней и длится в среднем с середины первой декады июня до начала третьей декады августа. Сумма температур за этот период варьирует от 1200 до 1350 градусов и в отдельные годы зависит от погодных условий весны и осени.

Особенности динамики прогревания почвы и воздуха имеют важное значение в формировании фитосанитарной обстановки, в частности - общего уровня засоренности посевов и видового состава сорняков. Высокая влажность и медленное прогревание верхнего слоя почвы приводят к задержке прорастания поздних яровых видов и обусловливают их появление после всходов культуры.

В результате основная масса сорняков в посевах кукурузы в условиях зоны представлена поздними яровыми, среди которых около 60% приходится на долю злаковых, преимущественно просовидных сорняков [14]. Так, семена ежовника куриного, приуроченного в основном к северной лесостепи, начинают прорастать при температуре 10-12°С; еще более теплолюбиво просо волосовидное, занимающее аналогичную нишу в южной лесостепной зоне и характеризующееся минимальной температурой прорастания 12-14°С.

В отличие от традиционных зон кукурузосеяния, где поздние яровые сорняки эффективно подавляются в системе предпосевной обработки почвы [30, 31], на фоне короткого переходного периода роль этого приема снижается, особенно при смещении посева на более ранние сроки. По данным М.А. Глухих [24], в Зауралье виды этой группы появляются в посевах зерновых после кущения и наносят вред лишь в отдельные годы. Но для кукурузы, с ее слабой конкурентной способностью в ювенильном возрасте, просовидные сорняки стали специализированной группой с высокой вредоносностью, борьба с которыми при ранних сроках посева почти целиком переносится на послепосевной период.

2.2 Погодные условия в период проведения исследований

Погодные условия трех лет исследований отличались разнообразием, характерным для континентального климата Зауралья (таблица 2.1). В 2009-2011 годах сумма активных температур в период вегетации превышала средние многолетние показатели. Наиболее жарким был 2010 год, когда ресурсы тепла превышали средние многолетние на 16%.

2009 год отличала умеренная, 2010 год - острая засуха. Сумма осадков в период вегетации 2009-2010 годов оказалась ниже средних многолетних значений соответственно на 108 и 161 мм. 2011 год характеризует избыточная увлажненность на сравнительно теплом фоне: общее количество выпавших осадков превышало норму в 1,4 раза.

Таким образом, разнообразие погодных условий в период проведения исследований позволило достаточно объективно оценить влияние засоренности посевов кукурузы на фотосинтетическую активность культуры.

3. Методика и технология проведения исследований

3.1 Схема опыта

Для выполнения оценки фотосинтетической активности в 2009-2011 годах на опытном поле Института агроэкологии проведены полевые исследования по изучению влияния химических и механических приемов контроля засоренности ультрараннего гибрида кукурузы Омка 130 на площадь листовой поверхности и содержание хлорофилла в листьях. Опыт включает 8 вариантов, отражающих взаимодействие почвенного, листовых гербицидов и междурядных обработок.

1. Контроль

2. Диален, 0,5 л/га (фон)

3. Ф + междурядная обработка (МО)

4. Ф + МО + окучивание

5. Ф + дуал голд (1,6 л/га)

6. Ф + дуал голд + МО

7. Ф + дублон голд (70 г./га) + МО

8. Ф + дублон голд + дуал голд + МО

Повторность опыта трехкратная, размещение вариантов рендомизированное. Общая площадь делянки - 28 м², учетная площадь делянки - 14 м².

3.2 Методика проведения исследований

Содержание хлорофилла определяли в третьем сверху незатененном листе, ориентированном своей пластинкой к направлению солнечных лучей. Пробы отбирались из середины листа один раз в неделю, начиная с фазы 3 листа (переход на автотрофный режим питания) и до наступления восковой спелости. Отбор проводили только в солнечные ясные дни при отсутствии осадков в период с 10 до 12 часов утра, так как интенсивность фотосинтеза существенно варьирует в зависимости от времени суток и освещенности [32]. Аналогичный подход был использован З.Г. Дудко [33] при изучении фотосинтеза кукурузы в Белоруссии и Л.Е. Строгоновой [32] в условиях Подмосковья. Площадь листьев определяли методом высечек. Общее содержание хлорофилла определялось фотометрически методом градуировочного графика, построенного с использованием реактива Гетри. Для экстракции использовали 80%-ный раствор ацетона. В ходе исследований было выявлено, что варьирование концентрации ацетона не оказывает существенного влияния на полученные результаты.

Навеску листьев массой 0,1 г помещали в фарфоровую ступку, добавляли на кончике шпателя сухой карбонат кальция и растирали с 2-3 мл 80%-ного ацетона, затем добавляли 10 мл раствора ацетона и продолжали растирать в течение 5 минут. Полученную вытяжку фильтровали в мерную колбу на 25 мл. Экстракцию проводили повторно с порцией чистого растворителя, добиваясь полного обесцвечивания тканей листа. Объем вытяжки доводили до метки. Фотометрирование вытяжки проводили при 670 нм, раствор сравнения чистый 80%-ный раствор ацетона, в кюветах длиной 1 см. Анализ проводили при комнатной температуре на рассеянном свету, не допуская попадания прямых солнечных лучей на вытяжку, так как фотоокисление хлорофилла приводит к искажению результатов анализа.

Для построения градуировочного графика (рисунок 3.1, таблица 3.1), определенный объем стандартного реактива Гетри, соответствующего содержанию 85 мг/л хлорофилла, помещали в мерную колбу на 25 мл и разбавляли до метки 7%-ным раствором аммиака. Фотометрирование проводили при 670 нм, раствор сравнения дистиллированная вода, в кюветах длиной 1 см (таблица 3.2).



Рисунок 3.1 - Градуировочный график для определения хлорофилла

Таблица 3.1 - Параметры линейного градуировочного графика

?	А	Sa	B	Sb
0,999	0,007	0,018	0,283	0,014

Таблица 3.2 - Зависимость оптической плотности от концентрации хлорофилла (реактива Гетри), l=1 см, л=670 нм

№ п/п	V, мл	С, мг/25 мл	А
1	2,5	0,21	0,08
2	5,0	0,42	0,12
3	10,0	0,85	0,24
4	12,5	1,06	0,31
5	15,0	1,27	0,36
6	17,5	1,48	0,42
7	20,0	1,70	0,48
8	25,0	2,12	0,62

Содержание хлорофилла определяли в мг / дм² листовой поверхности (формула 1), что позволило оценить его как показатель фотосинтетической активности ассимилирующей листовой поверхности посева в целом.

 (3.1)

где - оптическая плотность фотометрируемого раствора; - тангенс угла наклона градуировочного графика; - площадь высечки листа, взятой для анализа, см².

3.3 Агротехника в опытах

Исследования проводили в двухпольном севообороте кукуруза - чистый пар. Осенью производили вспашку на глубину 20-22 см с одновременным выравниванием почвы средними боронами. Весной после закрытия влаги вносили фоновые удобрения N₈₀P₄₀ вручную. Предпосевная обработка почвы - культивация КПЭ - 3,8 на глубину 6-8 см с боронованием. Под культивацию вносили почвенный гербицид дуал голд в норме 1,6 л/га ранцевым опрыскивателем. Предпосевная обработка семян - инкрустация баковой смесью витавакса (2 кг/т) и круйзера (6 л/т).

Посев осуществляли 10-12 мая сеялкой СУПН-8 на глубину 5-7 см с междурядьями 70 см. Норма посева - 81 тысяча семян на гектар. После посева проводили прикатывание кольчато-шпоровыми катками 3ККШ-6. Обработка листовым гербицидом диален проводилась согласно схеме опыта ранцевым опрыскивателем (Jacto PJ-16) в фазу 3-4 листа кукурузы, междурядные обработки - культиватором КОН - 2,8 в период появления от 5 до 7 листьев.

Уборку урожая проводили вручную в третьей декаде сентября.

4. Результаты исследований

4.1 Влияние приемов защиты растений на засоренность кукурузы

Контрастные погодные условия трех лет исследования привели к различной степени засоренности посевов (таблица 4.1). Групповой и видовой состав сорной растительности существенно различался по годам. В 2009 году сорный компонент в значительной степени был представлен малолетними однодольными сорняками с преобладанием овсюга, тогда как в 2010 и 2011 году доминировали поздние яровые сорняки. Доля многолетних двудольных сорняков по годам оставалась достаточно стабильной.

Таблица 4.1 - Влияние гербицидов и приемов ухода на сухую биомассу сорняков (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

Вариант	Засоренность, г/м2
	2009 год	2010 год	2011 год	В среднем
Контроль	274	86	388	249
Диален (фон)	231	58	272	187
Ф+МО	160	34	223	139
Ф+МО+О	97	28	192	106
Ф+дуал голд	254	50	171	158
Ф+дуал голд+МО	166	31	108	102
Ф+дублон голд+МО	83	26	19	43
Ф+дублон голд+дуал голд+ МО	71	23	16	37
НСР05	82	13	45	-

В контрольном варианте сухая биомасса сорняков была максимальной и составила в среднем в 2009-2011 гг. 249 г./м². С увеличением химической и механической нагрузки на почву сухая биомасса сорняков снижается. В вариантах с совместным применением почвенного и листового гербицидов в сочетании с междурядными обработками засоренность была наименьшей.

4.2 Влияние приемов защиты растений на площадь листовой поверхности и содержание хлорофилла в листьях кукурузы

Важным компонентом потенциала урожайности является фотосинтетическая активность листьев. Ее показатели - площадь листовой поверхности и содержание хлорофилла в листьях кукурузы - существенно варьировали по годам (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Влияние гербицидов и приемов ухода на площадь листьев кукурузы (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

Вариант	Площадь листьев, тыс. кв. м/га
	2009 год	2010 год	2011 год	В среднем
Контроль	5,3	32,2	52,7	30,1
Диален (фон)	5,4	37,7	57,0	33,4
Ф+МО	6,1	51,8	76,7	44,9
Ф+МО+О	6,5	53,8	82,3	47,5
Ф+дуал голд	3,0	48,5	56,4	36,0
Ф+дуал голд+МО	5,1	50,7	76,2	44,0
Ф+дублон голд+МО	5,2	55,5	74,6	45,1
Ф+дублон голд+ дуал голд+МО	12,0	53,2	75,7	47,0
В среднем	6,1	47,9	69,0	41,0

В 2009 году площадь листьев была наименьшей независимо от варианта опыта, что явилось следствием высокой засоренности посевов овсюгом на фоне недостаточного увлажнения. 2010 год отличала острая засуха со значительно бульшим дефицитом влаги, чем в предыдущий год. Однако, поскольку злаковый компонент засоренности был представлен в основном просом сорным, растения сформировали в 4-6 раз бульшую площадь листовой поверхности. Максимальная площадь (53-76 тыс. кв. м/га) наблюдалась на фоне высокого увлажнения 2011 года.

Содержание хлорофилла в листьях также зависело от внешних условий, но в условиях засухи 2009 года и на фоне высокого увлажнения 2011 года получены близкие результаты, а наименьшие значения наблюдались в 2010 году (таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Содержание хлорофилла в листьях кукурузы (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

Вариант	Содержание хлорофилла, %
	2009 год	2010 год	2011 год	В среднем
Контроль	0,19	0,10	0,19	0,16
Диален (фон)	0,21	0,15	0,20	0,19
Ф+МО	0,30	0,14	0,20	0,21
Ф+МО+О	0,32	0,16	0,21	0,23
Ф+дуал голд	0,21	0,12	0,20	0,18
Ф+дуал голд+МО	0,25	0,17	0,25	0,22
Ф+дублон голд+МО	0,30	0,17	0,31	0,26
Ф+дублон голд+ дуал голд+МО	0,32	0,17	0,27	0,25
В среднем	0,26	0,15	0,23	0,21

В результате прослеживается средняя по силе прямая зависимость содержания хлорофилла от площади листьев кукурузы (r = -0,46). Рядом авторов отмечено существование определенных компенсаторных отношений между площадью ассимилирующей поверхности и интенсивностью фотосинтеза [4, 5]. Наличие этих отношений подтверждают наши исследования. Угнетение формирования ассимиляционного аппарата в 2009 году под влиянием овсюга и засухи привело к увеличению содержания хлорофилла, которое обеспечило сравнительно высокую фотоассимиляцию растения в целом.

В период исследований наименьшее содержание хлорофилла и площади листьев отмечается в контрольном варианте. В вариантах, где применяются химические и механические приемы контроля засоренности, эти показатели увеличиваются соответственно в 1,5-1,6 раза. Этим обусловлена тесная обратная зависимость обоих параметров от засоренности посевов (рисунок 4.1): при увеличении массы сорняков на каждые 100 граммов наблюдается уменьшение площади листьев в среднем на 8,3 тыс. кв. м/га, а содержания хлорофилла - на 0,05%.

Рисунок 4.1 - Зависимость площади листьев и содержания хлорофилла от засоренности кукурузы (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

В 2010 году содержание хлорофилла определялось и в листьях основных групп сорных растений (таблица 4.4). Отмечается высокое процентное содержание хлорофилла по сравнению с кукурузой, при этом зависимость его от применяемых приемов выражена слабо. В совокупности это говорит о высокой конкурентной способности сорняков, особенно в начальные фазы развития кукурузы.

Таблица 4.4 - Содержание хлорофилла в листьях сорных растений различных биологических групп (Институт агроэкологии, 2010 г.)

Вариант	Содержание хлорофилла, %
	Малолетние однодольные	Малолетние двудольные	Многолетние двудольные
Контроль	1,0	1,7	1,6
Диален (фон)	1,0	1,7	-
Ф+МО	1,5	1,7	1,6
Ф+МО+О	1,3	1,5	1,8
Ф+дуал голд	1,7	1,7	1,5
Ф+дуал голд+МО	1,6	1,8	1,2
Ф+дублон голд+МО	1,1	1,8	1,7
Ф+дублон голд+ дуал голд+МО	1,7	1,8	1,3

4.3 Влияние гербицидов и междурядных обработок на урожайность кукурузы

Высокий урожай зерна кукурузы в конкретных погодных условиях достигается при оптимизации основных мероприятий по уходу за посевами. Наиболее продуктивными были варианты с применением листовых гербицидов в сочетании с обработкой междурядий. В 2009 году в наиболее засоренных вариантах наблюдалось снижение урожайности в 21-36 раз (таблица 4.5).

Таблица 4.5 - Влияние приемов защиты растений на урожайность кукурузы (Институт агроэкологии, 2010 г.)

Вариант	Урожайность, т/га
	2009 год	2010 год	2011 год	В среднем
Контроль	0,07	2,91	0,70	1,23
Диален (фон)	0,25	3,97	2,95	2,39
Ф+МО	0,54	4,79	4,31	3,21
Ф+МО+О	0,81	4,81	4,87	3,50
Ф+дуал голд	0,12	4,27	5,29	3,23
Ф+дуал голд+МО	0,72	4,94	6,67	4,11
Ф+дублон голд+МО	1,85	4,83	7,54	4,74
Ф+дублон голд+ дуал голд + МО	2,55	4,93	7,91	5,13
НСР05	0,42	0,59	0,93	-

Урожайность 2010 года на фоне низкой исходной засоренности была достаточно высокой даже на контрольном варианте (всего в 1,7 раза ниже, чем в оптимальных вариантах). Высокое увлажнение 2011 года, с одной стороны, привело к увеличению массы сорняков, с другой - повысило конкурентную способность кукурузы. Поэтому контрольный и наиболее интенсивные варианты различались в 11,3 раза.

Установлена тесная прямая зависимость урожайности от площади листовой поверхности (рисунок 4.2) и содержания хлорофилла в листьях (рисунок 4.3).

Таким образом, рост урожайности кукурузы под влиянием гербицидов и приемов ухода за посевами достигается за счет снижения конкуренции со стороны сорняков за абиотические факторы жизни растений, в том числе за свет.

Рисунок 4.2 - Зависимость урожайности зерна кукурузы от площади листьев (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

Рисунок 4.3 - Зависимость урожайности зерна кукурузы от содержания хлорофилла (Институт агроэкологии, 2009-2011 гг.)

При этом наиболее благоприятные условия освещенности растений создаются при совместном применении почвенного и листового гербицидов в сочетании с междурядными обработками.

Выводы

1. Обработка посевов кукурузы гербицидами существенно снижает засоренность посевов. На фоне смешанной засоренности двудольными и однодольными видами с различными сроками прорастания оптимальным является вариант с совместным применением почвенного и листовых гербицидов в сочетании с обработкой междурядий.

2. Высокая засоренность посевов существенно снижает площадь листовой поверхности и содержание хлорофилла в листьях кукурузы. Негативное влияние сегетальной растительности усиливается в неблагоприятных погодных условиях. Так, на фоне достаточной влагообеспеченности площадь листьев снижалась лишь в 1,4 раза, тогда как в условиях засухи - в 1,7-2,3 раза.

3. Установлена тесная прямая зависимость урожайности от площади листовой поверхности и содержания хлорофилла в листьях. Рост урожайности кукурузы под влиянием гербицидов и приемов ухода за посевами достигается за счет снижения конкуренции со стороны сорняков за абиотические факторы жизни растений, в том числе за свет. При этом наиболее благоприятные условия освещенности растений и формирования урожая создаются при совместном применении почвенного и листовых гербицидов в сочетании с междурядными обработками.

Библиографический список

Авратовщукова Н.А. Генетика фотосинтеза. М, 1980. С. 20-23.

Толстов Н.В. Основы борьбы с засухой. К вопросу организации хозяйств в условиях засушливого юго-востока Европейской России и Западной Сибири. Екатеринбург: Гос. изд-во, 1921. - 80 с.

Магомедов И.М. Фотосинтез и органические кислоты, Л, 1988. 121 с.

Ильин В.С., Гаценбиллер В.И. Раннеспелая кукуруза на зерно в Западной Сибири. Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1995. 160 с.

Ничипорович А.А. Важнейшие проблемы фотосинтеза в растениеводстве. М, 1970. 171 с.

Ничипорович А.А. Физиология фотосинтеза. М, 1982. 80 с

Ничипорович А.А. Фотосинтезирующие системы высокой продуктивности. М, 1966. 137 с.

Ничипорович А.А. Фотосинтез и урожай. М, 1966. 91 с.

Шмараев Г.Е. Кукуруза (филогения, классификация, селекция). М.: Колос, 1975. 304 с.

Фотосинтез, продукционный процесс и продуктивность растений / Гуляев Б.И., Рожко Н.И., Рогаченко А.Д.и др. Киев: Наукова думка, 1989. 152 с.

Иванова И.В. Структурно-анатомические особенности растений двух генотипов кукурузы в связи с адаптацией к условиям освещенности. М., 1993. 22 с.

Ивахненко А.Н. Селекция гибридов для северных районов кукурузосеяния // Основы селекции и семеноводства гибридной кукурузы. М.: Колос, 1968. С. 203-248

Тудель Н.В. Интенсивная технология производства кукурузы. М.: Росагропромиздат, 1991. 272 с.

Панфилов А.Э. Культура кукурузы в Зауралье: Монография. Челябинск: ЧГАУ, 2004. 356 с.

Циков В.С., Матюха Л.А. Интенсивная технология возделывания кукурузы. М.: Агропромиздат, 1989. 247 с.

Шпаар Д. и др. Кукуруза / Шпаар Д., Дрегер Д, Крацш Г., Пиккерт И., Постников А., Шлапунов В., Щербаков В., Ястер К. Минск: ФУАинформ, 1999. 192 с.

Добрынин Г.М. Рост и формирование хлебных и кормовых злаков. Л.: Колос, 1969. 275 с.

Мику В.Е. Генетические исследования кукурузы. Кишинев: Штиинца, 1981. 232 с.

Брагин В.Н. Состав и дозы минеральных удобрений под кукурузу на выщелоченном черноземе лесостепного Зауралья / В.Н. Брагин, Ю.Д. Кушниренко // Проблемы регулирования плодородия почв и совершенствования систем удобрений в современном земледелии. Сборник / Сост. Ю.Д. Кушниренко. Миасс: Геотур, 1997. С. 79-87.

Волынкина О.В. Эффективность мочевины при разных дозах и сроках внесения на выщелоченном черноземе Курганской области / О.В. Волынкина // Агрохимия. 1985. №12. С. 22-28.

Безуглов В.Г. Вынос питательных веществ из почвы сорняками и кукурузой при обработке гербицидами / В.Г. Безуглов // Докл. ТСХА. Вып. 106. С. 69-75.

Фисюнов А.В. Конкуренция между кукурузой и сорными растениями в использовании питательных веществ // Агрохимия. 1969. №10. С. 99-101.

Кукуруза в Сибири / Н.И. Кашеваров, В.С. Ильин, Н.Н. Кашеварова, И.В. Ильин. Новосибирск, 2004. 400 с.

Глухих М.А. Влага черноземов Зауралья и пути ее эффективного использования / ЧГАУ. Челябинск, 2003. 358 с.

Силантьев А.Н. Обоснование и разработка интенсивной технологии возделывания кукурузы в системе почвозащитного земледелия Западной Сибири. Автореферат… д-ра с.-х. наук. Омск, 1996. 32 с.

Система ведения агропромышленного производства Челябинской области на 1996-2000 гг. / МСХиП РФ, РАСХН. ЧНИИСХ. Челябинск: Изд-во ЧДП, 1996. 231 с.

Агроклиматические ресурсы Челябинской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 151 с.

Козаченко А.П. Состояние почв и почвенного покрова Челябинской области по результатам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. - Челябинск: Изд-во «Челябинский дом печати», 1997. 110 с.

Гурьев Б.П., Гурьева И.А. Селекция кукурузы на скороспелость. М.: Агропромиздат, 1988. 173 с.

Циков В.С. Интенсивная технология возделывания кукурузы / В.С. Циков, Л.А. Матюха. М.: Агропромиздат, 1989. 247 с.

Логачев Н.И. Влияние экологических условий на рост, развитие и продуктивность кукурузы / Н.И. Логачев // Тр. ВНИИ кукурузы. Днепропетровск, 1973. С. 66-71.

Строганова Л.Е. О фотосинтезе кукурузы в полевых условиях // Фотосинтез и вопросы продуктивности растений. М.: Академия наук СССР, 1963. 158 с.

Дудко З.Г. Фотосинтез кукурузы в условиях БССР: автореф. дис… канд. с.-х. наук. Горки, 1965. 21 с.

Размещено на Allbest.ru