The Photosynthetic Potential and Productivity of Grain Legume Crops in the Forest-Steppe Zone of the Middle Volga Region

Зерновые бобовые культуры являются обязательным элементом адаптивно-ландшафтных систем земледелия. В настоящее время увеличение площади зерновых бобовых культур и их набора, в сочетании с увеличением их продуктивности за счет интенсивных технологий, является одной из актуальных задач

Важной зерновой бобовой культурой для Среднего Поволжья является горох, но в условиях богарного земледелия его продуктивность бывает низкой, накладывая при этом проблемы с уборкой, поэтому необходимо вести поиск альтернативных культур. Перспективной культурой в плане предшественника в севообороте, а также с экономической точки зрения является соя – высокобелковая культура, которая в семенах содержит в полтора раза больше белка, чем в семенах гороха, а цена реализации, как правило, в 2 раза выше

Для повышения эффективности отрасли растениеводства необходимо оптимизировать основные элементы агротехнологий. Остается высокой роль основной обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур, что зачастую занимает первое место среди других агротехнологических приемов, влияющих на создание благоприятных условий от которых зависит процессы фотосинтеза, рост и развития растений

От эффективности процесса фотосинтеза зависит масса сформированного органического вещества и урожай основной продукции. Следовательно, для получения максимальной урожайности необходима оптимизация фотосинтетической деятельности растений в агроценозе. В полевых условиях совокупность растений на единице площади представляет собой сложную фотосинтезирующую систему, изменяющуюся в процессе вегетации в результате взаимодействия с окружающей средой. Многие ее факторы – температурный режим, напряженность света, длина дня, количество осадков и другие – практически невозможно контролировать. Однако, на основании анализа природно-климатических факторов, можно разработать адаптивные технологии, максимально нивелирующие неблагоприятные условия среды, и подобрать сорта приспособленные к возделыванию в определенных условиях. Другие факторы, такие как почвенное плодородие, минеральное питание, засоренность посевов, заселение вредителями и развитие болезней, поддаются регулированию

Следовательно, создание посева с оптимальными значениями показателей фотосинтетической деятельности, обеспечивающего максимальные урожаи в конкретных почвенно-климатических условиях, возможно только за счет систематического контроля роста и развития растений и направления хода посевов в соответствии с заранее заданными параметрами

В результате многочисленных исследований установлено, что фотосинтетический аппарат и его продуктивность полностью зависят от условий внешней среды. В связи с этим возникает необходимость в разработке технологических приемов на основе изучения роста и развития растений сои и гороха с учетом создания оптимальных условий их возделывания.

Цель исследований – оценить продуктивность фотосинтеза и урожайность гороха и сои в зависимости от обработки почвы и защиты растений в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья.

Экспериментальной базой проведения исследований являлось опытное поле ФГБОУ ВО Ульяновского ГАУ, где был заложен 3-факторный стационарный полевой опыт кафедры.

Фактор А – бобовые культуры: соя (УСХИ-6) и горох (Ульяновец).

Нами изучались системы основной обработки почвы (фактор В):

1 вариант – комбинированная в севообороте, заключающаяся в проведении вспашки на 25-27 см 2 раза за ротацию 6-польных севооборотов, плоскорезная обработка, безотвальное рыхление и дискование на 10-12 см;

2 вариант – минимальная: 1 раз за ротацию севооборота вспашка (на 20-22 см), культивация на 12-14 см и дискование на 10-12 см.

Обработка почвы под зерновые бобовые культуры проводилась по следующим схемам:

В1 – дискование на 10-12 см + вспашка на 25-27 см (глубокая обработка);

В2 - дискование на 10-12 см + культивация на 12-14 см (мелкая обработка).

При возделывании изучаемых культур были предусмотрены 2 уровня защиты растений (фактор С):

1) уровень нормальных агротехнологий (минимальная защита растений), который заключается в применении гербицида Пивот, ВРК 0,5 л/га;

2) уровень интенсивных агротехнологий (адаптивно-интегрированная защита растений): протравливание семян препаратом Дэлит Про, КС 0,5 л/т совместно с биопрепаратом БиосолбиСан, Ж 1 л/т; внесение гербицида Пивот, ВРК 0,5 л/га + биофунгицид БисолбиСан, Ж 1 л/га.

Агротехника возделывания зерновых бобовых культур в опыте общепринятая для зоны. Севообороты развернуты в пространстве и во времени, поля расположены на 6 блоках (по количеству полей), размещены методом расщепленных делянок, повторность опыта 3-кратная, размер делянок – от 140 до 560 м2 посевной площади. Почва опытного участка – чернозём выщелоченный среднемощный среднесуглинистый по гранулометрическому составу.

Почвенно-климатические условия лесостепной зоны Поволжья обладают благоприятными условиями для возделывания зерновых бобовых культур. Среднемноголетнее количество осадков на территории опытного поля составляет 529 мм, а за период май-июль 166 мм (ГТК по Селянинову = 1,00). В годы проведения исследований количество осадков за май-июль колебалось от 64 мм, при ГТК = 0,39 (2018 год), до 145 мм, при ГТК = 0,88 (2020 году). В 2019 году за указанный период количество осадков составило 101 мм при ГТК= 0,60. Таким образом, согласно классификации Е. К. Зоидзе

Важным показателем, тесно коррелирующим с величиной урожая, и во многом отражающим его является площадь листовой поверхности растений.

Наши исследования показали, что изучаемые приемы обработки почвы и защита растений оказывали существенное влияние на динамику роста листовой поверхности сои и гороха. Наибольшее значение площади листовой поверхности было получено на варианте обработки почвы – дискование на 10-12 см + вспашка на 25-27 см (комбинированная в севообороте обработка почвы) обеспечила в агрофитоценозах сои площадь в 44,3 тыс. м2/га, превысив показатели мелкой обработки почвы на 3,5 % (1,4 тыс. м2/га), горох – 56,9 тыс. м2/га и 2,6 % (1,5 тыс. м2/га).

Адаптивно-интегрированная защита растений обеспечила формирование площади листовой поверхности в ценозах гороха на уровне 56,5 тыс. м2/га, превысив показатели первого уровня защиты на 3,5 тыс. м2/га (6,1 %), в посевах сои соответственно – 43,7 тыс. м2/га и 2,3 тыс. м2/га (5,3 %).

Таким образом, наибольшая площадь листовой поверхности была отмечена в посевах сои 39,8-45,7 тыс. м2/га и гороха 51,5-59,3 тыс. м2/га в фазу начала налива семян (табл. 1). Максимальные значения были получены по комбинированной обработке почвы на адаптивно-интегрированной системе защиты растений: соя – 45,7 тыс. м2/га; горох – 59,3 тыс. м2/га.

Площадь листовой поверхности растений определяла их фотосинтетический потенциал. Установлено, что из изучаемых вариантов опыта наиболее эффективна была также технология с комбинированной обработкой почвы по адаптивно-интегрированной защите растений. В этом варианте опыта был получен самый высокий уровень ФСП: соя – 2203 тыс. м2*дней/га; горох – 2123 тыс. м2*дней/га (табл. 2). Низкий уровень ФСП был отмечен на сое с мелкой обработкой почвы по первому уровню защиты растений – 1843 тыс. м2*дней/га (табл. 2).

Значение чистой продуктивности фотосинтеза посевов бобовых возрастало от фазы всходов и достигало максимальных значений к периоду цветение-образование бобов, после чего происходило постепенное его снижение. С наступлением фазы образования бобов, растения гороха полегают, при этом нарушается световой режим листьев нижнего яруса. Нарастание площади листовой поверхности и увеличение биомассы растений приводит к увеличению чистой продуктивности фотосинтеза.

Показатели чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) исследуемых бобовых культур варьировали в зависимости от варианта опыта. В фазу бутанизация-цветение значение ЧПФ горох достигало 4,09, а сои – 3,70 г/м2 в сутки (в среднем).

Обработка данных по влиянию вариантов основной обработки почвы позволяет сделать вывод, что первый вариант в наибольшей степени повлиял на увеличение показателя чистой продуктивности фотосинтеза в фазу бутонизация-цветение в сравнении со вторым. Адаптивно-интегрированная защита растений, как и комбинированная обработка почвы в севообороте, повышали чистую продуктивность фотосинтеза. Сочетание комбинированной в севообороте обработки почвы с адаптивно-интегрированной защитой растений от вредных организмов позволили получить максимальные показатели ЧПФ по культурам.

Урожайность сельскохозяйственных культур является одним из определяющих показателей агрономической эффективности ведения производства, это основной показатель, который характеризует тот или иной агротехнический прием, существенно зависящий от факторов внешней среды.

Урожайность зерновых бобовых культур в зависимости от изучаемых факторов в период 2018-2020 гг. представлена в таблице 3.

Анализ данных, полученных по системам основной обработки почвы, позволил выявить, что урожайность сои на глубокой вспашке на 0,31 т/га (13,8 %) выше, чем при мелкой обработке почвы – 1,94 т/га. Урожайность гороха также повышалась на отмеченном варианте – 2,65 т/га, что больше на 0,29 т/га (10,9 %) в сравнении с мелкой обработкой.

На адаптивно-интегрированной защите растений урожайность семян сои повысилась на 0,22 т/га или 10,0 %, гороха также на 0,22 т/га или на 8,4% в сравнении с минимальным уровнем защиты посевов (обработка гербицидом).

Погодные условия за годы исследований и изучаемые нами факторы отразились на урожайности зерновых бобовых культур. В засушливом 2018 году урожайность сои изменялась от 1,55 до 2,03 т/га и в среднем по опыту – 1,79 т/га. Урожайность гороха варьировала от 1,85 до 2,32 т/га, в среднем – 2,10 т/га, что на 0,29 т/га выше урожая сои (при НСР05 = 0,24 т/га). Наибольшая урожайность была получена в 2020 году, который оказался наиболее обеспечен влагой. В среднем за 2020 год урожайность сои составила 2,31 т/га, что 0,13 т/га выше урожая 2019 года, и на 0,50 т/га выше данных полученных в первый год исследований. Урожайность гороха в 2020 году в среднем была на уровне 3,05 т/га, превышая урожайности первого и второго годов исследований на 0,95 и 0,67 т/га соответственно.

Нами выявлена сильная прямая связь урожайности зерновых бобовых культур (Y1,2, т/га) с площадью листовой поверхности культур (х1, х2, тыс. м2/га) в фазу начала налива семян:

- соя: Y1 = 0,0308x1 + 0,6047 (r = 0,983);

- горох: Y2 = 0,029x2 + 0,8002 (r = 0,971).

В условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья на черноземных почвах для повышения площади листовой поверхности, фотосинтетического потенциала (ФП) и чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) изучаемых культур более эффективна технология обработки почвы по схеме: дискование на 10-12 см + вспашка на 25-27 см и защита растений с протравливанием семян Дэлит Про, КС (пираклостробин, 200 г/л) 0,5 л/т совместно с биопрепаратом БиосолбиСан, Ж (Bacillus subtilis, штамм Ч-13) 1 л/т; обработка гербицидом Пивот, ВРК (имазетапир, 100 г/л) 0,5 л/га + биофунгицид БисолбиСан, Ж (Bacillus subtilis, штамм Ч-13) 1 л/га.