Влияние пролонгированной стрессозащиты на устойчивость продукционного процесса зерновых культур
Процесс вегетации у сельскохозяйственных культур протекает в условиях динамично изменяющихся факторов абиотической среды, варьирующихся от оптимальных до экстремально стрессовых значений (резкие перепады температур и выпадающих осадков, засуха, аридность климата, механические повреждения, пестициды), которым они неизбежно подвергаются на том или ином этапе онтогенеза.
На воздействие стресс-факторов растительный организм реагирует нарушением функциональной активности, ферментативной и гормональной регуляторных систем, угнетением процессов роста, снижением посевных качеств семян, продуктивности растений и урожайности сельскохозяйственных культур. Всё это указывает на способность абиотических стресс-факторов оказывать отрицательное влияние на растительный организм на всех этапах жизненного цикла.
В основе реализации продукционного процесса лежит тесная непрерывная взаимосвязь каждого этапа онтогенеза с генетической и физиологической программой развития, с одной стороны, и комплексом экологических факторов — с другой. Блокирование и разрушение данных связей стрессором — базовые причины снижения устойчивости и продуктивности растений. Наиболее выраженное угнетающее воздействие на рост, развитие растений и формирование урожая сельскохозяйственных культур оказывает длительный эдафический стресс, обусловленный содержанием в почве загрязняющих веществ или при выращивании на участках земли, ранее занятых монокультурой, что ведет к формированию у растений хронического стресса.
Одним из приоритетных и наиболее масштабных направлений в системе антистрессовой защиты сельскохозяйственных растений продолжает оставаться применение широкого спектра полифункциональных стрессопротекторов, обеспечивающих нормализацию гормональной регуляции и повышение резистентности растений к повреждающим факторам среды. Однако в практике растениеводства применение регуляторов роста носит преимущественно избирательный характер, то есть в отдельные фазы роста и развития растений или для обработки семенного материала. В результате их защитный эффект последействия проявляется только фрагментарно, на том или ином этапе органогенеза.
Но очередная серия абиотических стрессоров способна нивелировать ранее достигнутый кратковременный положительный эффект влияния регулятора роста. Возникает последующее нарушение взаимодействия физиологической программы продукционного процесса с факторами внешней среды, которое может неоднократно повторяться в течение вегетации.
При всём многообразии экспериментальных данных по изучению механизма влияния повреждающих воздействий и фототоксичных свойств почвы, оказывающих угнетающее воздействие на рост, развитие и формирование урожая сельскохозяйственных культур и приемов их защиты, они главным образом касались вегетирующих растений. Тогда как, согласно научным данным последних лет, у воздушно-сухих семян, находящихся в состоянии стресса, выявлена способность отвечать на повреждающие воздействия изменениями гормонального баланса, модифицирующим влиянием на физиологическое состояние и посевные качества неповрежденных семян, нарушением генетической стабильности в зависимости от продолжительности и особых условий их хранения.
В связи с этим только последовательная и непрерывная взаимосвязанная система антистрессовых приемов в течение всего жизненного цикла организма — от семени до завершения растениями вегетации, то есть пролонгированной защиты, создает предпосылки, обеспечивающие повышение устойчивости и продуктивности растений.
Цель работы — экспериментальное обоснование эффективности пролонгированной защиты зерновых культур от семени до завершения растениями вегетации в зависимости от погодных условий и уровня фитотоксичности почвы.
Материалы и методы исследования
Исследования проводили с 2018 по 2022 год в ОАО «Аграрий» (Рязанская обл., Россия). Объект изучения — семена яровой пшеницы Triticum aestivum L. сорта Агата и ячменя Hordeum vulgare L. сорта Яромир, полученные в данном хозяйстве.
Семена, используемые для посева, отвечали требованиям ГОСТ Р 52325-2005 на сортовые и посевные качества семян сельскохозяйственных растений.
Экспериментальную работу выполняли в два этапа: первый — лабораторные исследования, второй — полевые опыты.
На этапе лабораторных исследований в соответствии с оригинальными авторскими методами проводили: а) скрининг-отбор для посева наиболее устойчивых партий семян яровой пшеницы и ячменя на воздействие этилена — гормона «старости» (патент от 15.02.2023 № 2790268); б) послеуборочное хранение семян в течение 9 месяцев, обеспечивающее их пролонгированную стрессозащиту (патент от 10.12.2003 № 2217894); в) оценку устойчивости семян к термострессу; г) определение оптимальной глубины посева семян, используя почву участка, на котором планируется проводить их посев.
В полевых опытах пролонгированная антистрессовая защита включала: а) предпосевную обработку семян полифункциональным антистрессовым регулятором роста «Эпин-Экстра» («НЭСТ М», Россия); б) опрыскивание растений ранцевым опрыскивателам Gardena (Husqvarna, Швеция) на IV–V этапах органогенеза, формирование потенциально возможного числа цветков в колосках и на IX–X этапах органогенеза: цветения, оплодотворения, формирования зерновки и активной ассимиляционной деятельности флагового листа.
На всех этапах технологии выращивания зерновых культур, начиная с подготовки, хранения посевного материала и в критически важные фазы роста, развития и формирования урожая, обеспечивали условия, направленные на сохранение и поддержание непрерывной морфофизиологической связи между этапами органогенеза и гормонального баланса с устойчивостью продукционного процесса к абиотическим стресс-факторам.
Схема полевого опыта для яровой пшеницы и ячменя включала:
- Контроль — напольное хранение семян (ГОСТ Р 52325-2005).
- Стрессозащиту семян (СЗ) — контейнерное хранение.
- СЗ + предпосевную обработку семян «Эпин-Экстра, Р» (СЗ + ПОС) — 200 мл/т.
- СЗ + ПОС + опрыскивание растений на IV–V этапах органогенеза «Эпин-Экстра, Р» (СЗ + ПОС + IV–V) — 50 мл/га.
- СЗ + ПОС + IV–V + опрыскивание растений на IX–X этапах органогенеза «Эпин-Экстра, Р» (СЗ + ПОС + IV–V + IX–X) — 50 мг/га.
Предварительно (до начала проведения полевого опыта) на двух разных участках определяли фитотоксичность почвы согласно ГОСТ Р ISO 22030-2009. Посев проводили на двух уровнях фитотоксичности почвы — низком (предшественник — озимые, идущие после занятого пара) и повышенном (предшественник — монокультура ячмень, бессменное возделывание 3–5 лет).
Почвы опытных участков серые лесные среднесуглинистые, содержание гумуса — 3,63% (ГОСТ 26213-2021), Р2О5 — 197 мг/кг почвы, К2О — 141 мг/кг почвы (ГОСТ Р 54650-2011), рН — 5,3 (ГОСТ 26483-85). СИ поверенные.
Посев проводили в оптимальные агротехнические сроки для ранних зерновых культур центральных районов Нечерноземной зоны РФ. Агротехника общепринятая в технологии выращивания яровой пшеницы и ячменя. Норма высева семян яровой пшеницы и ячменя, соответственно, 600 шт. и 500 шт. всхожих семян на 1 м2, глубина посева по годам варьировала от 3 до 7 см. Посевная площадь делянок 110 м2, учетная — 75 м2, повторность четырехкратная.
Фенологические наблюдения, учеты, морфометрические параметры растений выполняли в соответствии с методикой Госсорткомиссии. Чистую продуктивность фотосинтеза определяли как прирост сухой массы растений (в г) за определенное время (сутки), отнесенный к единице листовой поверхности (м2), содержание хлорофилла — фотоколориметрическим методом (ФЭК-56М, Россия), массу 1000 зерен — по ГОСТ ISO 520-2014.
Метеорологические условия в годы проведения полевых опытов были выраженными контрастными как по годам вегетации, так и внутри каждого вегетационного периода. Вегетационный период 2018 года характеризовался экстремально засушливым с ранних этапов онтогенеза до завершения формирования урожая, тогда как многолетние значения температурного режима незначительно отклонялись от средних значений. В среднем за весь период вегетации ГТК = 0,63.
Агроклиматические условия 2020 года отличались повышенным выпадением осадков, превышающим в 1,5–1,9 раза климатическую норму, при температуре воздуха ниже нормы на 1,0–1,3 °С. Все фазы роста и развития у зерновых культур протекали при благоприятных метеорологических условиях. За вегетацию ГТК составил 1,44.
Погодные условия 2019, 2021, 2022 гг. сопровождались неравномерным выпадением осадков в течение всего периода вегетации, особенно на ранних этапах онтогенеза в 2019 г. и 2021 г., когда количество осадков не превышало 45–60% нормы. У растений отмечали признаки засухи и выраженного дефицита влаги.
Нестабильность водного режима сопровождалась формированием у растений гидротермического стресса, нарушением сопряженности связей морфогенеза с продукционным процессом.
В отдельные фазы роста и развития метеорологические показатели 2022 г. были близки к многолетним значениям. ГТК в среднем за весь период вегетации варьировал от 0,83 до 0,91.
Статическую обработку биометрических показателей растений выполняли с использованием критерия Стьюдента, различия считали статистически значимыми при р ≤ 0,05, урожайные данные — методом дисперсионного анализа.
Результаты и обсуждение
Результатами 5-летних опытов выявлена устойчивая тенденция более динамичного прорастания семян и формирования всходов яровой пшеницы и ячменя при сочетании скрининга и стрессозащитного послеуборочного хранения (табл. 1).
Скрининг и стрессозащитное послеуборочное хранение семян сопровождалось выраженным увеличением числа всходов на почве с низкой фитотоксичностью в стадии шильца у яровой пшеницы и ячменя к контролю по годам вегетации — соответственно, на 3,3–9,2% и 1,3–7,8% или в среднем за 5 лет на 6,1% и 3,7%. В фазе 2 листьев (полные всходы) различия в интенсивности формирования всходов между опытными вариантами и контролем уменьшились до 2,7% и 1,5% соответственно.
На почвах с повышенной фитотоксичностью (количество проросших семян овса было на 7,3–10,4% меньше по сравнению с менее фитотоксичной почвой) превышение числа всходов в стадии шильца к контролю варьировало по годам вегетации у яровой пшеницы от 3,8 до 9,4%, ячменя — от 1,9 до 8,3%, в среднем за 5 лет, соответственно, 6,4% и 3,5%. При формировании полных всходов их число было больше, чем в контроле: у яровой пшеницы — на 8,2%, у ячменя — на 4,1%. Следовательно, более фитотоксичная почва, как эдафический стрессовый фактор хронического воздействия, в большей степени подавляла процессы роста на ранних этапах онтогенеза у проростков яровой пшеницы и ячменя контрольного варианта, что свидетельствует об их меньшей стрессоустойчивости по сравнению с проростками семян опытного варианта.
Совместное использование скрининга, стрессозащитного хранения с последующей предпосевной обработкой семян полифункциональным регулятором роста со свойством стресспротектора пролонгировало защитный эффект прорастания семян, обеспечивало повышение всхожести у зерновых культур — как при низкой, так и при повышенной фитотоксичности почвы.
Количество всходов на стадии шильца в опытных вариантах варьировало в зависимости от метеорологических условий по годам вегетации на почве с пониженной фитотоксичностью с превышением к контролю у яровой пшеницы на 6,4–12,5% и ячменя 4,0–11,0%, в среднем за 5 лет — на 9,4% и 6,2%. В фазу 2 листьев всхожесть семян в опытных вариантах в среднем за 5 лет была больше контроля у яровой пшеницы на 5,9%, у ячменя на 5,6%.
Абсолютные показатели числа всходов у обеих культур во всех вариантах опыта уменьшились с повышением фитотоксичности почвы, но при этом их число относительно контроля было стабильно большим, чем на низкофитотоксичной почве. Так, среднее число всходов в стадии шильца в опытных вариантах было больше, чем в контроле: у яровой пшеницы — на 9,7%, у ячменя — 6,9%, в фазе 2 листьев, соответственно, на 11,5% и 7,4%. То есть происходило увеличение относительной стрессоустойчивости проростков семян опытных вариантов к контролю на почвах с повышенной фитотоксичностью по сравнению с их стрессоустойчивостью на почвах с низкой фитотоксичностью. Это объясняется более сильным угнетением прорастания семян контроля на более фитотоксичной почве.
Последовательная цепь превентивных приемов стрессозащиты включала обработку растений на IV–V этапах органогенеза регулятором роста и индуцировала интенсивный линейный рост нижних междоузлий, а также активизировала и дифференциацию потенциально возможного числа цветков в колосе (табл. 2).
В результате при контрастных по годам метеорологическим условиям в опытном варианте в фазу выхода в трубку при интенсивном линейном росте нижних междоузлий значительно повышалась наземная фитомасса растений у обеих злаковых культур, что было наиболее выражено в засушливом 2018 г. и при дефиците влаги весеннего периода 2019 г. на почве с повышенной фитотоксичностью. Прибавка фитомассы к контролю в данном варианте варьировала: у растений яровой пшеницы — 17,3–24,4%, ячменя — 14,1–16,3%, тогда как на почве с низкой фитотоксичностью, соответственно, 11,7–13,9% и 10,7–11,3%.
Среднее за 5 лет увеличение фитомассы на почве низкой фитотоксичности у растений яровой пшеницы составило 10,9%, ячменя — 10,3%, с повышенной фитотоксичностью почвы — соответственно, 16,9% и 13,5%. Побегообразование в фазу кущения во всех опытных вариантах сопровождалось слабовыраженным увеличением коэффициента кущения на 0,03–0,09, то есть морфогенез у растений был более консервативный, чем нарастание наземной фитомассы. Полученные данные указывают, что используемый регулятор роста стимулирует процессы роста и синтеза фитомассы и в меньшей степени оказывает влияние на морфогенез.
Применение «Эпин-Экстра» в критические этапы органогенеза (цветение, оплодотворение, формирование зерновок) в резко контрастных метеорологических условиях обеспечивало наиболее полную реализацию физиологической программы фотосинтеза и пролонгировало защитный эффект, индуцированный в предыдущих фазах роста и развития (табл. 3).
Листовой индекс посевов, обработанных регулятором роста в фазу «цветение — формирование зерновок», существенно превышал контроль в зависимости от фитотоксичности почвы: у яровой пшеницы — 16,7–23,1%, у ячменя — 13,1–17,1%. Площадь флаговых листьев, фотосинтетическая деятельность которых обеспечивает питание и развитие зерновок пластическими веществами, была значительно больше контроля: у яровой пшеницы — на 19,5–26,7%, у ячменя — на 16,9–20,9%.
Ответная реакция растений на обработку регулятором роста сопровождалась повышением чистой продуктивности фотосинтеза у яровой пшеницы (на 8,5–8,9%) и ячменя (на 7,1–7,6%) и суммарным повышением содержания хлорофилла «а» и «б» во флаговых листьях, соответственно, на 23,1% и 21,9%, создавая предпосылки увеличения продолжительности по времени ассимиляционной деятельности листового аппарата и активности фотосинтеза (табл. 4).
Повышенный средний уровень продуктивности фотосинтеза в вариантах с обработкой регулятором роста растений яровой пшеницы 8,7% и ячменя 7,4% обеспечивал устойчивый и стабильный рост продуктивности зерновых культур в 2018, 2019, 2021 гг. при неблагоприятных метеорологических условиях в период вегетации, когда ГТК варьировал в диапазоне 0,63–0,81.
Рост урожайности зерна при пролонгированной антистрессовой защите в течение вегетационного периода на почве с низкой фитотоксичностью за 5 лет в среднем составил: у яровой пшеницы — 11,5% и 14,4%, или 0,44 т/га и 0,55 т/га, у ячменя — 8,4% и 11,7%, или 0,29 т/га и 0,41 т/га. Относительная прибавка урожая была максимальной на почве с повышенной фитотоксичностью и достигала, соответственно, 12,8–20,0% и 11,7–14,1%.
Повышение урожайности зерна происходило за счет увеличения продуктивности колоса и массы 1000 зерен в зависимости от вариантов опыта и фитотоксичности почвы, соответственно, на 5,3–8,9% и 4,3–6,7%. Число продуктивных побегов изменялось незначительно. Увеличение параметров репродуктивных органов, вероятно, было обусловлено повышенной аттрагирующей способностью под влиянием «Эпин-Экстра».
Выводы
Повышение устойчивости продукционного процесса зерновых культур обеспечивал алгоритм пролонгированной стрессозащиты, который включал: отбор (скрининг) семян после уборки урожая зерновых культур для посевных целей с повышенной устойчивостью, последующий стрессозащитный режим хранения семян от уборки до посева, предпосевную обработку семян и растений в критические фазы роста и развития полифункциональным регулятором роста «Эпин-Экстра», обладающим свойством стрессопротектора. Более высокий стрессозащитный эффект отмечали в экстремальных погодных условиях на почвах с повышенной фитотоксичностью у яровой пшеницы.
Последовательное применение скрининга, антистрессового хранения семян и предпосевной обработки стимулировало прорастание семян в фазу шильца у яровой пшеницы (на 9,4–9,7%) и ячменя (на 5,3–7,4%), повышало полевую всхожесть, соответственно, на 5,9–11,5% и 5,6–7,4%. Обработка растений регулятором роста на IV–V этапах органогенеза вызывала стабильное усиление нарастания фитомассы в зависимости от фитотоксичности почвы и вариантов опыта: у яровой пшеницы — на 9,3–24,4%, у ячменя — на 7,7–16,3%.
Последующая обработка растений на IX–X этапах сопровождалась устойчивым увеличением листовых индексов посевов, флаговых листьев и продуктивности фотосинтеза на почвах с низкой фитотоксичностью: у яровой пшеницы — 16,7%, 19,5%, 8,9% соответственно; у ячменя — 13,1%, 16,9%, 7,5%, соответственно, на почве с повышенной фитотоксичностью — 23,1%, 26,7%, 8,8%; 17,1%, 20,9%, 7,1%.
В среднем за 5 лет максимальная прибавка урожая зерна была получена на почвах с повышенной фитотоксичностью и составила: у яровой пшеницы — 20,0%, у ячменя — 15,8%, или 0,64 т/га и 0,50 т/га, что объясняется более сильным угнетением посевов контрольного варианта на данных почвах.
Об авторах
Александр Сергеевич Ступин, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры селекции, семеноводства и агрохимии
stupin32@yandex.ru https://orcid.org/0000-0003-0548-6313
Виктор Иванович Левин, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры селекции, семеноводства и агрохимии
levin-49@bk.ru https://orcid.org/0000-0002-9587-0556
Людмила Анатольевна Антипкина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесного дела и садоводства
latalanova@ya.ru https://orcid.org/ 0000-0001-6933-8833
Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, ул. им. Костычева, 1, Рязань, 390044, Россия
УДК 633.1:631.559:632
DОI: 10.32634/0869-8155-2025-398-09-90-98
Просмотров: 126
